黃河上游某水電站上游圍堰設(shè)計(jì)

段軍邦，杜　永，孫　斌，賀智安

(1.青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司工程建設(shè)分公司，西寧　810000；2.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安　710065)

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黃河上游某水電站上游圍堰設(shè)計(jì)

段軍邦1，杜永1，孫斌2，賀智安2

(1.青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司工程建設(shè)分公司，西寧810000；2.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安710065)

針對(duì)黃河上游某水電站上游圍堰位置邊坡高陡、河谷狹窄的特點(diǎn)，考慮截流施工道路的布置，將截流戧堤布置在圍堰上游端，并對(duì)截流拋投物沖距進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)該地區(qū)的氣候特點(diǎn)、進(jìn)度安排及防滲土料儲(chǔ)量豐富，上游圍堰采用混凝土防滲墻+黏土的防滲型式，取得良好效果，為高寒地區(qū)圍堰防滲提供了經(jīng)濟(jì)安全可靠的技術(shù)方案和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

截流戧堤；環(huán)線道路；預(yù)留沖距；黏土防滲；滲流穩(wěn)定

1　工程概況

黃河上游某水電站位于青海省海南藏族自治州同德縣與果洛藏族自治州瑪沁縣交界處的黃河干流上，高程為3 080.00～3 350.00 m，多年平均氣溫0.5 ℃，屬高原寒冷地區(qū)。電站工程規(guī)模為Ⅰ等大(1)型工程，樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、右岸1條泄洪放空洞、右岸3孔溢洪道及右岸引水發(fā)電系統(tǒng)等組成[1-2]。

工程采用土石圍堰一次斷流河床，隧洞全年導(dǎo)流的導(dǎo)流方式，導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4級(jí)，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，相應(yīng)的流量為Q5%=3 390 m3/s。上游圍堰堰頂高程為3 135.00 m，圍堰最大堰高為53.5 m[3]。

2　圍堰工程區(qū)地質(zhì)條件

上游圍堰軸線處河床覆蓋層厚約3～5 m，堰基覆蓋層以卵石為主，含漂石，級(jí)配不良，透水性強(qiáng)，滲透破壞類型主要為管涌型。左岸地形陡峭，地形較完整，基巖裸露，巖性為中生代二長(zhǎng)巖(πγ5)。右岸邊坡呈上陡下緩特征，巖性為三疊系變質(zhì)砂巖(T2-3-Ss)，巖體結(jié)構(gòu)面主要為順層裂隙和層間擠壓帶。上游圍堰工程區(qū)河道較窄，河水湍急[2]。

3　截流戧堤位置設(shè)計(jì)

本工程截流戧堤龍口段拋投量為7.64萬(wàn)m3,合龍時(shí)間按72 h控制，小時(shí)最大拋投強(qiáng)度為1 380 m3/h。工程區(qū)兩岸邊坡高陡、河谷狹窄、水深流急，僅有導(dǎo)流洞0號(hào)施工支洞和左岸低線過(guò)壩交通洞可到達(dá)上游圍堰，為此擬定了圍堰下游戧堤和圍堰上游戧堤2種截流戧堤布置方式。

3.1截流道路的布置

上游戧堤施工道路布置詳見圖1，從圖1中

圖1　上游端頭戧堤施工方法圖　　單位：cm

圖2　下游端頭戧堤施工方法圖　　單位：cm

可見圍堰上游戧堤截流施工道路通過(guò)0號(hào)施工支洞、岸坡道路和左岸低線過(guò)壩交通洞下叉洞形成環(huán)線道路。截流材料運(yùn)輸自0號(hào)施工支洞進(jìn)入，拋投后從過(guò)壩交通洞下叉洞撤離，施工干擾較小，拋投強(qiáng)度易于保證，同時(shí)該環(huán)線道路也為后期圍堰填筑利用，大大加快了圍堰填筑施工進(jìn)度。下游戧堤施工道路布置詳見圖2，從圖2中可見下游戧堤施工運(yùn)輸僅能通過(guò)過(guò)壩交通洞進(jìn)出，施工干擾大，拋投強(qiáng)度難以保證。

3.2截流拋投物料預(yù)留沖距計(jì)算

若戧堤布置在圍堰防滲墻軸線上游，為防止鋼筋籠(或大粒徑石碴)落于混凝土防滲墻施工區(qū)內(nèi)，戧堤軸線和混凝土防滲墻軸線要相隔一定的距離，需要計(jì)算截流拋投物預(yù)留沖距[4-5]。

在流水中拋石，石塊在河底的穩(wěn)定點(diǎn)和入水點(diǎn)間的距離，稱為拋石沖距，沖距與水流參數(shù)和河床粗糙度有關(guān)，由于因素復(fù)雜，河床表面地形千差萬(wàn)別，計(jì)算時(shí)利用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算[6-8]：

(1)

式中：L為拋石沖距，m；H為水深，m；v為垂線平均速度，m/s；d為塊石折算直徑，cm。

截流時(shí)拋投料塊石粒徑及沖距計(jì)算成果見表1。

采用圍堰上游戧堤方案時(shí)，從表1可以看出，上游拋石沖距最大為17.13 m，設(shè)計(jì)的截流戧堤下游坡腳至防滲墻軸線距離為25 m，滿足拋石沖距，截流戧堤拋投物對(duì)圍堰防滲墻影響較小。

表1　拋投料塊石粒徑及沖距計(jì)算成果表

3.3防滲墻施工進(jìn)度及施工質(zhì)量

圍堰堰基覆蓋層含漂石，可利用圍堰上游戧堤擋水，施工設(shè)備下入基坑，清理防滲墻軸線位置的漂石，有利于防滲墻施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。圍堰下游戧堤方案拋石對(duì)防滲墻雖無(wú)影響，但防滲墻部位的漂石無(wú)法清除。

綜上比較，選擇圍堰上游戧堤方案。

4　上游圍堰設(shè)計(jì)

4.1上游圍堰防滲設(shè)計(jì)

上游圍堰防滲體設(shè)計(jì)以防滲施工平臺(tái)為界分為下部堰基及上部堰體2部分。

圍堰布置處河床覆蓋層約2～5 m，覆蓋層顆粒組成以卵石層為主，含漂石，下部堰基防滲最大深度達(dá)到49 m，最大擋水水頭為52 m，對(duì)于高水頭的基礎(chǔ)防滲方式，采用混凝土防滲墻防滲效果較旋噴、帷幕灌漿好。結(jié)合黃河上同類工程經(jīng)驗(yàn)，下部堰基防滲型式選用混凝土防滲墻[9]。

根據(jù)黃河來(lái)水流量和施工進(jìn)度安排，截流時(shí)間安排在第2年11月截流，瑪爾擋地區(qū)11—次年2月氣溫較低，該時(shí)段月平均氣溫在-11.9～-8.7 ℃之間，依據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)日平均氣溫低于-10 ℃，混凝土應(yīng)該暖棚內(nèi)澆筑，且要采取必要的防凍措施。為確保工程進(jìn)度和施工質(zhì)量，防滲墻施工安排在2014年3—5月進(jìn)行，防滲墻施工平臺(tái)高程必須高于11月份至次年5月份20年一遇洪水流量相應(yīng)的上游圍堰堰前水位3 105.70 m，同時(shí)考慮到瑪爾擋地區(qū)6月份進(jìn)入黃河汛期，圍堰必須在汛期前完成，防滲墻施工完成后僅為防滲墻施工平臺(tái)上部圍堰施工預(yù)留1個(gè)月的工期，考慮上部圍堰施工工期及施工強(qiáng)度，上游圍堰防滲墻施工平臺(tái)高程最終確定為3 125.00 m。

3 125.00 m上部堰體防滲比較了黏土和土工膜防滲2種形式。

(1) 從防滲要求方面比較，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果，該工程區(qū)土料的滲透系數(shù)、水溶鹽含量及有機(jī)質(zhì)含量均滿足防滲土料質(zhì)量要求，黏土防滲的效果與土工膜相當(dāng)；

(2) 從施工工藝和造價(jià)方面比較，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查記錄和試驗(yàn)成果，該工程區(qū)黏土儲(chǔ)量豐富，開采方便，土料場(chǎng)深部土體長(zhǎng)年處于稍濕狀態(tài)，天然含水狀態(tài)接近最優(yōu)含水量和塑性含水量，且基本保持穩(wěn)定，開采后可直接上壩填筑，施工快捷，土料場(chǎng)距離上游圍堰約2 km，開采運(yùn)輸成本較小，造價(jià)相對(duì)較低；采用土工膜防滲，土工膜前后需鋪設(shè)級(jí)配良好的砂礫石過(guò)渡料，且與防滲墻和圍堰邊坡接觸處的連接均需采用混凝土埋置法，施工工藝復(fù)雜，,工期長(zhǎng)，難于滿足工期要求。經(jīng)比較上部堰體采用黏土防滲，填筑形成均質(zhì)土壩。

綜上所述，上游圍堰采用混凝土防滲墻+黏土的防滲型式。

4.2上游圍堰斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)水力學(xué)模型試驗(yàn)，當(dāng)導(dǎo)流洞下泄20年一遇流量Q=3 390 m3/s時(shí)，相應(yīng)的上游水位為3 133.40 m，考慮一定的安全超高及風(fēng)浪壅高，上游圍堰堰頂高程為3 135.00 m，圍堰最大高度53.5 m，圍堰頂寬為20 m，圍堰上游坡比為1∶2，圍堰下游坡比為1∶2[10]，圍堰頂部長(zhǎng)度118 m，圍堰最大底寬263.5 m。截流戧堤位于圍堰防滲軸線上游側(cè)，截流戧堤頂高程為3 105.00 m，戧堤頂寬30 m，戧堤最大高度23 m。圍堰防滲型式采用混凝土防滲墻+黏土的型式，堰基防滲采用塑性混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)，防滲墻厚度取1 m，防滲墻最大深度49 m，最大擋水水頭52 m。防滲墻施工平臺(tái)高程為3 125.00 m，堰體3 125.00 m以上采用黏土填筑均質(zhì)土壩防滲，均質(zhì)土壩高度10 m。圍堰上游坡采用1 m厚的塊石進(jìn)行防護(hù)。上游圍堰標(biāo)準(zhǔn)剖面見圖3。

5　結(jié)　語(yǔ)

本工程上游圍堰的特點(diǎn)是截流戧堤布置在圍堰防滲軸線上游，圍堰防滲型式采用混凝土防滲墻+黏土防滲，充分體現(xiàn)了因地制宜的設(shè)計(jì)思想，同時(shí)也為高寒地區(qū)類似土石圍堰設(shè)計(jì)提供一定的設(shè)計(jì)參考。

(1) 黃河上游某水電站上游圍堰于2013年11月下旬開始修建，至2014年6月初全部完工。經(jīng)過(guò)2014年汛期考驗(yàn)，圍堰運(yùn)行良好。

(2) 經(jīng)過(guò)黃河上游某水電站上游圍堰施工驗(yàn)證，在滿足拋投物沖距要求下，截流戧堤可以布置在圍堰防滲軸線上游，并且有利于清理防滲墻軸線范圍的孤石，提高防滲效果。

圖3　上游圍堰剖面圖　　單位：高程，m；其它，cm

(3) 采用混凝土防滲墻+黏土的防滲型式對(duì)于高寒地區(qū)避免冬季防滲墻施工提供了經(jīng)濟(jì)安全可靠的技術(shù)方案和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

[1]中電建西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.瑪爾擋水電站工程施工總布置專題報(bào)告[R].西安：2013.

[2]中電建西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.瑪爾擋水電站工程施工導(dǎo)流規(guī)劃專題報(bào)告[R].西安：2013.

[3]中電建西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黃河上游瑪爾擋水電站工程主河床截流設(shè)計(jì)報(bào)告[R].西安：2013.

[4]水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)1：施工規(guī)劃[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.

[5]呂興祖,劉發(fā)權(quán).施工截流與基坑排水[M].北京：水利電力出版社，1987.

[6]編委會(huì).水利水電工程施工手冊(cè)：施工導(dǎo)(截)流與度汛工程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[7]國(guó)家發(fā)改委.水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范:DL/T 5397-2007[S].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[8]國(guó)家發(fā)改委.水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范:NB/T 35041-2014[S].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

[9]中國(guó)電建西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.瑪爾擋水電站工程施工詳圖設(shè)計(jì)階段圍堰滲流及穩(wěn)定計(jì)算書[R].西安：中國(guó)電建西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2013.

[10]高鵬.向家壩水電站大江截流設(shè)計(jì)與施工[J].人民長(zhǎng)江，2015(02)：67-70.

Design of Upstream Cofferdam of One Hydropower Project at Upstream Yellow River

DUAN Junbang1, DU Yong1, SUN Bin2, HE Zhi'an2

(1. Engineering Construction Branch of Huanghe Hydropower Development Co., Ltd., Xining810000,China;2. Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an710065,China)

As the high & steep slope and the narrow river valley where the upstream cofferdam is built as well as considering the arrangement of the construction roads for the river closure operation, the river closure dike is arranged at the upstream end of the cofferdam, and the washing distance of dumped materials for the river closure is calculated as well. Based on the regional climate features, construction schedule and the rich impervious materials, the upstream cofferdam applies both concrete cutoff wall and clay for impermeability. This impervious mode achieves well in effect providing the cofferdam impermeability in high and cold region with economic, safety and reliable technical scheme and practice experience. Key words: river closure dike; ring road; provided washing distance impermeability by clay; seepage stability,

1006—2610(2016)04—0050—04

2016-03-24

段軍邦(1982- )，男，青海省樂(lè)都區(qū)人，工程師，從事水利水電工程建設(shè)管理工作.

TV551.3

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.04.013