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水電站工程施工中導流圍堰施工技術(shù)

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水電站工程施工中導流圍堰施工技術(shù)

1工程概況

石門水電站位于新疆呼圖壁縣的呼圖壁河中游河段,是該河中下游河段梯級開發(fā)規(guī)劃中的第三級。設計正常蓄水位1240.00m,死水位1185.00m,正常庫容為7000萬m3,水電站總裝機容量為95MW,設計年平均發(fā)電量為2.14億kWh。電站樞紐工程主要水工建筑物設計按3級劃分,其中大壩按2級建筑物設計,次要建筑物為4級設計,臨時建筑物為5級設計。上游圍堰擋水標準按全年20a一遇洪水流量設計,設計流量389m3/s,經(jīng)水力學計算,上游圍堰擋水水位為1175.20m。

2進口圍堰原設計方案

2.1原方案介紹

導流洞進口圍堰的原設計方案按照20a一遇洪水標準進行設計,洪峰流量為389m3/s,圍堰堰頂高程為1176.00m。圍堰采用重力壩式結(jié)構(gòu),基礎開挖到1123.00m高程時,澆筑1.50m厚的C15毛石混凝土,上部采用漿砌石結(jié)構(gòu)。圍堰不占壓導流洞進口底板混凝土,全部布置底板邊緣外側(cè),圍堰總布置長度為480m。經(jīng)計算確定堰頂寬度為8m,迎水面坡比為1∶2.20,背水面坡比為1∶2.50,堰體按照10m為單位進行分塊,各塊之間設橡膠止水帶。

2.2原設計方案實施缺點與難點分析

原導截流方案中上游圍堰設計按照原來的施工進度安排,這種圍堰設計方案是可行的,并且這種方案具有工程投資較低,便于大壩施工的人員和設備的配置的優(yōu)勢。但是在整體工程施工過程中,由于導流洞工程滯后,留給上游圍堰的施工周期有所縮短,若仍按此方案實施,在工期上有一定的困難,此外,由于堰體的填充材料主要是砂礫石料,并且圍堰基底為砂礫層,因此對圍堰的防滲要求較高,原圍堰設計中除防滲底板外沒有采取其它的防滲漏工程設計,因此一旦發(fā)生圍堰滲漏,并造成實質(zhì)性的破壞,將會對施工安全和工程進度造成嚴重影響。

3優(yōu)化設計方案

3.1優(yōu)化方案設計思路

3.1.1上游圍堰堰體結(jié)構(gòu)設計按照工程設計,導流洞進口圍堰按照20a一遇的洪水標準進行設計,在此標準下圍堰擋水水位為1175.20m,考慮到安全、浪高以及冬季冰情等因素的影響,計算確定圍堰堰頂高程為1176.00m,圍堰位置的河床高程為1148.22m,因此,最大堰高設計為27.78m,堰頂寬10m,堰頂長度480.09m。堰體由砂礫料、防滲體以及護坡組成。迎水面坡度設計為1:2.20,背水面坡度設計為1:2.00,以利于圍堰穩(wěn)定。

3.1.2圍堰防滲體設計為保證大壩施工的干地條件,同時防止圍堰因為滲流遭到破壞,在堰體內(nèi)增設防滲體,由于圍堰基底及堰體填筑均為砂礫石料,因此擬設計采用高噴板墻。防滲墻頂高程按照五年一遇標準設計,洪水流量為171m3/s,圍堰擋水水位為1166.00m,為確保圍堰防滲效果,高噴板墻施工作業(yè)平臺高程在此基礎上加高0.50m至1166.50m,底部深入基巖0.50m,因此高噴板墻最大高度24.40m,并且以此為基礎組成良好的垂直防滲體系。墻頂長380.50m,高噴鉆孔孔距設計為1m。1166.50m以上堰體的防滲也是設計中不可忽視的問題,在設計中此段采用瀝青混凝土心墻防滲。將其設計在堰體中部,以圍堰軸線作為心墻軸線。防滲心墻頂高程1176.00m,頂部厚0.50m,并按1:0.02的坡度放坡至高程1167.00m的混凝土基座。瀝青混凝土與混凝土基座接觸面做成弧形,進一步加強防滲作用,并改善心墻的應力分布。瀝青混凝土與常態(tài)混凝土的結(jié)合部以瑪?shù)僦盍献鳛檫^渡材料,高噴板墻與瀝青混凝土心墻連接以蓋帽混凝土相連。

3.1.3圍堰穩(wěn)定計算導流洞進口圍堰為Ⅳ級建筑物,高度為27.80m,因此根據(jù)土石壩的計算規(guī)定,需要對圍堰進行抗滑穩(wěn)定安全計算。利用改良圓弧法對圓弧滑裂面的安全系數(shù)進行計算,結(jié)果顯示上游邊坡最小安全系數(shù)為2.49,下游邊坡最小安全系數(shù)為1.73,圍堰改良設計的穩(wěn)定安全系數(shù)滿足要求。

3.2優(yōu)化設計方案概述

3.2.1堰體1166.50m高程以下施工在戧堤施工結(jié)束后要迅速組織抽排水施工作業(yè),然后進行覆蓋層開挖,開挖作業(yè)利用挖掘機逐層剝離,并將其運到1.50km外的右岸棄渣場。由于圍堰基礎下以砂礫石層為主,因此開挖工作前必須將河床淤泥及不合格覆蓋層徹底清除干凈。本部分填筑量40.35萬m3,填筑料主要來自經(jīng)過分選的引水洞和導流洞進水口開挖料。填筑料利用推土機平料,攤鋪厚度為每層50cm。每攤鋪完一層,利用24t自行式振動碾進行碾壓。考慮到堰體具有一定的長度,因此可以在兩端分別進行攤鋪和碾壓作業(yè),以提高施工效率,縮短工期。

3.2.2高噴板墻施工高噴板墻鉆孔施工分序進行,相鄰的異序孔孔距設計為1.00m。高噴板墻施工順序為先造孔后高壓噴射注漿。采用地質(zhì)鉆機鉆孔,泥漿護壁;噴漿采用“三重管法”,噴射機可采用高噴液壓臺車。高噴板墻鉆孔及灌漿8116m3。

3.2.3堰體1166.50m以上填筑施工高噴板墻施工結(jié)束后即可開始瀝青混凝土心墻基礎開挖,工程量約為4266m3。槽挖工程施工以4m一段自上而下進行,施工采用鉆孔爆破的方式,開挖渣料以挖掘機裝載,利用自卸汽車運至棄渣場。槽挖工程結(jié)束后澆筑兩岸基座混凝土以及1166.50m高程平臺上的蓋帽混凝土,混凝土量1462m3。澆筑完畢后再在蓋帽混凝土和瀝青混凝土相接部鋪設2cm瑪?shù)僦盍?,以保證瀝青混凝土與常態(tài)混凝土緊密結(jié)合。瀝青混凝土心墻兩側(cè)的過渡料,與瀝青心墻施工同時進行,其分區(qū)寬度設計為4m。本部位填筑砂礫料量為24.40萬m3,過渡料11.60萬m3,瀝青混凝土0.24萬m3,其填筑料均來自引水洞和導流洞進水口開挖料或砂礫料場料,平均運距1.60km左右。

3.3方案的優(yōu)化效果

按照優(yōu)化后的方案,進口圍堰施工歷時61d,在年枯水時段順利完工,并且當年汛期5a一遇的洪水中經(jīng)受住了考驗,汛期最大洪峰流量為183m3/s,相對應的進口圍堰最高水位高程為1166.25m,圍堰安然無恙,內(nèi)側(cè)基本沒有滲水,總體運行情況良好。

4結(jié)語

石門水電站導流洞進口圍堰設計中,根據(jù)現(xiàn)場施工條件和地質(zhì)情況,對圍堰的結(jié)構(gòu)型式進行合理優(yōu)化,不僅滿足了施工工期的要求,同時提高了圍堰的防滲水平和自身結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。本次設計優(yōu)化的經(jīng)驗值得類似工程借鑒。

作者:張臻 單位:新疆水利水電勘測設計研究院