三道灣水電站樞紐一期工程圍堰防滲形式的優化

仵海強，于建，李亞強，徐勇

(中國水利水電第五工程局有限公司第一分局，四川雙流，610225)

1 工程概況

三道灣水電站位于甘肅省張掖市肅南縣境內的討賴河干流上，是出山口已建冰溝水電站的上一級梯級電站，為閘壩引水式水電站。電站由首部樞紐、引水發電隧洞、調壓井、高壓水道及地下廠房等建筑物組成，壩高29.7m，裝機容量90MW。首部樞紐沿壩線方向全長160m，自左至右依此為左岸防滲墻段、重力式混凝土左副壩段、溢流壩段、泄沖閘段、壩內式進水口段、重力式混凝土右副壩段、右岸防沖混凝土刺墻段。

討賴河屬于河西內陸河流域的黑河水系，為黑河一級支流，河道平面展布呈凸向右岸的弧形，河水面寬20～35m，河谷開闊，漫灘發育，橫剖面呈開闊的“U”字型，河床覆蓋層厚3.5～9.5m。按照5年一遇的洪水標準，該河流相應洪水流量為201m3/s，工程共分為三期進行施工。

一期圍堰位于樞紐左岸，由上游圍堰、下游圍堰和縱向圍堰組成，均為土石圍堰。一期基坑寬約86m，長約200m，基坑底高程低于堰外河床7.5m。

2 原投標設計方案

2.1 原圍堰結構形式

原投標方案中，一期圍堰全部采用土石圍堰，防滲采用高壓旋噴防滲墻，一期圍堰上游圍堰長46.75m，最大堰高3.51m，圍堰頂寬5m，防滲采用高壓旋噴防滲墻，防滲墻厚度為0.6m，最大深度為12.5m;下游圍堰長49.72m，最大堰高2.67m，圍堰頂寬5m，防滲采用高壓旋噴防滲墻，防滲墻厚度為0.6m，最大深度為11.7m;縱向圍堰長197.02m，采用土石圍堰及高噴防滲墻，形式與上下游圍堰相同，圍堰迎水面采用0.7m鋼筋籠作防沖措施。原上游圍堰結構形式詳見圖1。

圖1 原上游圍堰典型斷面

2.2 工程量

根據原一期圍堰結構形式，計算原一期圍堰結構工程量如表1所示。

表1 一期圍堰工程量

2.3 成本分析

原投標方案中，一期圍堰全部采用土石圍堰，防滲采用高壓旋噴防滲墻，圍堰迎水面采用鋼筋籠作防沖措施。圍堰填筑料源在工程區域附近挖取，主要填筑方案為:采用液壓反鏟裝15t自卸汽車運渣料至現場填筑，SD22推土機平料，13.5t振動碾振壓，最后利用PC220型液壓反鏟修坡。根據投標文件規定，此項目報價為總價2591213元。成本計算詳見表2。

表2 一期圍堰原投標方案成本計算

3 優化后的實施方案

3.1 優化方案的提出

原投標方案中，一期圍堰全部采用高壓旋噴防滲墻防滲，造價較高，施工時間長，且本工程工期非常緊迫，很難在計劃工期內完成高噴防滲施工。項目部進場后，對施工現場進行了詳細勘察和分析，發現除壩基沖積層砂礫石覆蓋層較厚外，左岸壩肩為砂礫石松散堆積體，砂礫石塊徑較大，如果采用高噴防滲墻，防滲效果恐難保證。介于河床砂礫石層的滲透系數為(5.8～9.3)×10－4cm/s，且一期圍堰基坑較小，圍堰高度也較小，一期工程施工工期也較短，施工期采用淺層黏土心墻防滲，并在基坑加強排水的方案完全能保證基坑施工安全，并能縮短圍堰施工工期，降低導流工程造價。

3.2 控制參數計算分析

3.2.1 一期過流河槽水力計算

根據現場實際地形情況，一期圍堰按照最小范圍布置，并對右岸河槽進行擴寬后，可保證右岸最小15m的河槽底寬。按照寬頂堰堰流基本公式:Q=δc×m×n×b×(2g)1/2×(Ho)3/2計算，按照5年一遇的洪水標準，相應來水量201m3/s，堰前水頭(雍高水位)為4.084m，對應流速3.28m/s，該流速超過了砂卵石的不沖流速，故此圍堰迎水面及砂卵石河床須做抗沖防護。

3.2.2 滲流穩定分析

壩基及沖刷區河床覆蓋層厚3.5～9.5m，組成物為沖洪積砂卵礫石，經試驗，D10和D60分別為1.0mm和104.28mm，不均勻系數Cu為104.28，滲透破壞形式為管涌，滲透系數為(5.8～9.3)×10－4cm/s，臨界滲透坡降0.58，故此粘土心墻伸入基礎以下2.5m能保證圍堰滲流的穩定。

3.3 優化的實施方案

3.3.1 優化后圍堰結構形式

優化后仍分三期進行施工導流。一期圍堰采用土石圍堰束窄右岸河床過流，為確保安全渡汛，優化后上游堰頂高程增高為2343.34m，下游堰頂高程增高為2340m，堰頂寬度為5m，圍堰實際填筑長度為202m，最大堰高5.51m，采用粘土心墻土工膜防滲，心墻深入基礎2.5m。上游裹頭和縱向圍堰段總長174.79m，該段處于強沖刷段，圍堰迎水面3m深度采用鋼筋籠護腳，其余部位不做抗沖防護。優化后上游圍堰結構形式詳見圖2。

圖2 優化后上游圍堰典型斷面

3.3.2 施工工序

土石圍堰主要施工程序:圍堰填筑料填筑→碾壓→削坡→鋼筋石籠施工→開槽、粘土心墻及復合土工膜防滲施工→圍堰加高至設計高度。

施工過程中，土工膜粘土心墻與圍堰填筑同步上升，先填筑圍堰石渣料，再鋪黃土，黃土按30cm一層填筑，采用16t振動碾碾壓后再用反鏟松動表面，然后再填筑上層。鋼筋籠和鉛絲石籠護坡跟進施工。

3.3.3 實際發生工程量

根據優化后的一期圍堰結構形式，計算一期圍堰結構工程量如表3所示。

表3 一期圍堰工程量

3.3.4 成本計算

方案優化后，圍堰填筑施工和左岸碎石土及石方開挖施工同時施工，故此填筑料源全部利用左岸壩肩碎石土開挖料及石方開挖碴料進行填筑，從而節約了填筑料取料成本，粘土心墻填筑料源就近取料。根據圍堰過流情況，只進行了鋼筋籠護腳施工。主要施工方案為:采用液壓反鏟裝15t自卸汽車運渣料至現場填筑，裝載機平料，振動碾碾壓，鋼筋籠護坡，粘土心墻土工膜防滲施工跟進施工。

對此，根據圍堰施工過程中的各工序實際成本發生情況，并結合實際發生工程量，經計算得出了方案優化后實際施工成本為745344元。方案優化后實際成本計算詳見表4。

表4 樞紐一期圍堰原投標方案成本計算

其中，加上左岸壩肩繞滲水量后，施工期基坑總滲水量達到了45m3/h左右。對此，根據基坑繞滲情況及工程施工需求，在基坑上、下游各設置一個集水坑，在基坑周圍設網格狀排水溝將水流匯集到集水坑集中抽排的方法進行施工。兩集水坑內各布置了一臺8吋潛水泵，平均每天運行時間為10h，混凝土澆筑過程中，采用2吋泵對局部區域滲水進行臨時加深抽排，以達到混凝土建基面要求。由此計算平均每天排水費用為2563.35元，一期工程總時間為119d，從而計算出施工期排水實際成本為305515元。

4 方案優化的成果

通過施工方案的優化，利用就地取材便于施工的粘土心墻，加強排水的圍堰方案代替工序較多、造價較高、耗時較長的高噴防滲墻圍堰方案。合理利用現有地形和地質條件，縮小圍堰范圍，降低右岸河床高度，擴寬河槽過渡寬度，降低了堰前水位，為粘土心墻圍堰方案創造了條件。通過施工過程中對粘土心墻的重視和精心施工，確保了施工期圍堰滲漏安全，從而取得了較好的經濟效益。

5 結語

在本工程施工過程中，結合工程實際情況，并對可能出現的不利影響提前進行了分析，對有利因素加以充分利用，成功采用粘土心墻，加強排水圍堰方案代替了原投標設計的高噴防滲墻圍堰方案，有效地保證了圍堰功能，說明因地制宜的優化施工導流措施有利于縮短和保證工期，降低臨時工程造價。