江坪河混凝土面板堆石壩施工期反向排水補救方案研究

徐建華，張 繁

(湖北能源集團溇水水電有限公司，湖北 鶴峰 445801)

江坪河水電站位于澧水最大支流的溇水上游河段，地處湖北省鶴峰縣走馬鎮，壩址控制流域面積2 140 km2，本工程開發任務以發電為主，兼顧防洪。工程為一等大(1)型工程，工程樞紐由混凝土面板堆石壩、右岸泄水建筑物、左岸引水發電系統等建筑物組成。水庫正常蓄水位470 m，汛限水位459.70 m，死水位427 m，正常蓄水庫容12.56億m3，調節庫容6.78億m3，具有多年調節能力。電站裝機2臺，總裝機容量450 MW，多年平均發電量9.64億kW·h。混凝土面板堆石壩壩頂高程476 m，壩頂寬10 m，壩頂長415 m，最大壩高219 m，大壩上游坡比1∶1.4，下游壩坡設“之”字路，路寬2 m，下游綜合壩坡1∶1.4。工程于2005年截流，大壩于2011年10月全斷面填筑至高程375 m(壩體凈高達118 m)，由于某些特殊原因，工程全面停工，工程于2015年更換了業主并復工，大壩于2016年6月恢復填筑。因工程2011年至2015年長期停工，大壩上游一直處于基坑高水位運行。復工后，上游基坑水位抽排至高程262 m(水平趾板基礎高程)以下時，施工單位對上游集水坑進行了人工清淤、采取高壓水槍疏通反向排水管等措施。經疏通后，2根排水管排水正常,1根排水管排水量相對較小。2016年，大壩一期面板混凝土施工完成后，為保證汛期面板安全，大壩上游基坑進行了沖水平壓。汛后將基坑水位降至高程262 m以下，準備進行一期面板止水施工時，檢查發現大壩施工期3根反向排水管全部被堵死。

1 面板堆石壩施工期反向排水設計

1.1 施工期反向排水設置的必要性

由于面板堆石壩在大壩上游鋪蓋填筑前，需要進行壩體填筑、面板混凝土施工、面板止水系統的施工，這一階段需要壩體上游基坑保持干地施工。而在此期間壩體內的各種來水(山體滲水、壩體碾壓水及雨水等)需要及時排出，否則一旦壩體內水水位高于上游基坑水位，易形成反向水壓，可能造成壩體墊層料滲透破壞、一期面板頂托破壞，對工程造成難以挽回的損失。因此，面板堆石壩施工期反向排水措施的合理設置、排水順暢可靠對大壩防滲系統的安全就顯得尤為重要[1]。

1.2 施工期反向排水設計

面板堆石壩施工期反向排水一般設計思路為：在壩基處理完成后開始大壩填筑時，在壩基合適的部位就開始埋設集水井、排水花管及引向上游穿過趾板混凝土基礎的排水鋼管，排水花管及排水鋼管連接集水井；埋設于壩體內的集水井及排水花管隨著壩體填筑的上升而上升，至一定高程后進行排水花管管口的封閉處理，而排水鋼管外露于趾板外側段需提前在趾板混凝土澆筑前設置上游基坑集水坑，排水鋼管通過集水坑上引，排水鋼管出口端頭需安裝法蘭盤及過濾鋼罩，并在出口設置閥門；排水鋼管將施工期壩體內水引入集水坑后通過事先已布設的抽水設備將水抽排至上游圍堰外；在面板止水系統安裝完成至一定高程后，導流洞下閘前，需填筑完成大壩上游蓋重料填筑，在蓋重料填筑前，下游量水堰需具備壩體內排水功能，此時，才可對反向排水鋼管及集水坑進行封堵[1]。

1.3 江坪河大壩施工期反向排水設計

江坪河大壩施工期反向排水布置設計按上述一般設計思路進行設計，見圖1。

圖1 壩體施工排水布置剖面圖

集水井與排水花管伸入墊層料底部，排水花管的頂面采用一定板厚的鋼板密封處理；排水花管采用雙層不銹鋼濾網包裹，內層濾網采用1 mm×1 mm的濾網，外層濾網采用2 mm×2 mm的濾網，并用細鉛絲綁扎牢固；集水井及排水花管進入過渡區開始，其周圍1 m范圍均用反濾料填筑保護，先包500 mm粒徑為20～40 mm碎石，然后填筑厚度為500 mm粒徑為40～80 mm的砂卵石料，鋪料厚度400 mm，碾壓采用振動碾靜碾；集水井內填筑料采用粒徑20～100 mm的卵石料作為排水通道，碾壓采用振動碾靜碾；集水井采用鋼筋籠制作井筒，井筒外包裹一層2 mm×2 mm的不銹鋼濾網；集水井及排水鋼管周圍3 m范圍內碾壓采用靜碾；上游粘土鋪蓋料填筑前，排水鋼管須用水泥砂漿回填灌漿封堵，集水坑須用微膨脹混凝土回填[2-3]。

2 施工期反向排水補救方案研究

2.1 施工期反向排水補救方案研究背景

在汛后將基坑水位降至高程262 m(水平趾板高程263 m)以下，發現原埋設于壩體內引至水平趾板前基坑集水坑內的3根反向排水鋼管全部堵塞，無壩體內水排出。隨后，施工單位在集水坑內將排水鋼管上彎段割除，因集水坑狹小，在坑內架設100B鉆機對反向排水管進行掃孔疏通，掃孔疏通至一定深度(約8 m)后，發現排水管被水泥漿液凝結堵塞且前施工單位并未按設計圖紙埋設排水直鋼管，埋設的排水鋼管存在彎肘段，已無法用機械方式疏通排水鋼管。即使強行破管疏通，壩體內水排出過程中將會長期帶出大量壩體內的細顆粒，破壞墊層料結構且排水無法長期通暢。

2.2 施工期排水鋼管被堵原因分析

經查找前期施工資料及鉆機掃孔取出的堵塞物質樣品分析，排水鋼管被堵塞主要原因為：壩體停工時間較長，反向排水管被長期充水的基坑淤泥反灌堵塞；兩岸趾板補強帷幕灌漿棄漿流入基坑，造成反向排水管堵塞。

2.3 施工期反向排水補救方案研究

為防止一期面板受壩體內水反向水壓頂托破壞，需盡快解決這一工程難題，研究人員對江坪河水電站大壩工程施工期反向排水恢復措施項目進行了技術攻堅，迅速提出了3種壩體內排水補救方案：壩前重新設置反向排水管；壩后設置排水管；利用右岸310 m高程灌漿平洞在近壩基段設置排水廊道[4]。

方案一：壩前重新設置反向排水管

設計思路：將狹小的集水坑爆破擴挖后，布置地質鉆全程下套管穿過趾板基礎基巖、壩體填筑料至原設計集水井內實現正常排水。

該方案的優點：鉆孔及開挖工程量不大。

該方案的缺點：由于原集水坑極其狹小，需擴挖后才能布置地質鉆下套管重新設置排水管，而集水坑四周多為混凝土和基巖，緊鄰水平趾板，不宜采用鉆孔爆破的方法進行擴挖，開挖施工難度大，爆破極易破壞已澆筑的趾板結構；鉆孔需穿過墊層料、過渡料、成孔難度大，擾動墊層料，易造成墊層料防滲系統破壞；大壩上游小基坑狹小，大型設備很難在基坑就位，施工安全風險高；缺乏排水系統施工資料，集水井無法準確定位；可能反復試鉆或擴大集水坑，工期無法掌控。

方案二：壩后設置排水管

設計思路：將壩后已壓重的295 m高程以下蓋重料挖除至270 m高程，布置鉆機鉆穿已澆筑的量水堰面板、下套管鉆至壩體內一定深度埋設排水鋼管實現正常排水。

該方案的優點：交通較為便利，施工比較方便；露天作業，安全風險較小。

該方案的缺點：須挖除該部位已施工的蓋重料，開挖、回填工程量較大(約5 000 m3)；與廠房尾水基坑施工干擾大，且下游尾水基坑水位須常年保持在270 m以下，須布置大量的抽水設備保證尾水基坑長期抽排水(不少于12個月)，否則會引起倒灌；鉆孔施工須穿過壩后鋼筋混凝土面板，若封堵不當會影響后期量水堰量水效果；投資大，初步測算不少于400萬元。

方案三：利用右岸310 m高程灌漿平洞在近壩基段設置排水廊道

設計思路：從右岸310灌漿平洞洞口開挖斜井至263 m高程近壩基部位形成排水室后，再下套管鉆水平孔至壩體內一定深度，將壩內積水導出至排水室，利用抽水設備將壩體內水排出。

該方案的優點：有獨立的工作面，施工干擾小，工期可控(約3個月)；施工完成后，有利于徹底解決上游蓋重施工期間的壩體排水難題；封堵相對簡單、獨立，不破壞壩體防滲體系；抽排工程量小(經常性排水≤40 m3/h)；投資相對較小，約為200萬元。

該方案的缺點：施工工程量相對較大(硐挖約1 650 m3)；離已施工帷幕較近(水平直線最近距離約50 m)，需控制性爆破作業，防止對已施工帷幕的破壞。

通過對上述三種方案進行技術、進度、安全、經濟等專家咨詢比選認為：方案一雖工程量較小，投資相對較小，但由于結構安全及施工安全風險高、工期不可控，不宜采用；方案二工程量大，施工干擾大，抽排設備多且抽排時間長，經濟投入大，不宜采用；方案三技術可行，施工工作面獨立，進度及安全可控，經濟投入適中，可采用該方案。

最終確定采用方案三。具體方案如圖2所示。

圖2 大壩施工期排水恢復措施布置圖(斜井方案)

3 方案實施后的排水效果

經過3個月的施工，快速實現了壩體內水的正常排水，有效地將壩內水位降至264 m高程以下。該方案實施后至今，通過壩體內埋設的滲壓計取得的數據和日常抽排數據反映，壩體內水位基本在264 m高程上下波動，壩體內排水穩定，無任何異常情況，有效保障了的大壩防滲系統結構的施工期安全。

4 結 語

江坪河水電站大壩施工期反向排水管被堵之后，給大壩墊層料、壩前面板結構防滲系統的安全問題帶來非常大的隱患。集參建各方共同的智慧，最終選取了最為合適的壩內設置排水廊道(斜井)方案，達到了補救措施優、施工干擾小、工程投資小(總投資約200萬元)的目的，該項目的開展雖是迫不得已的，但為面板堆石壩施工期反向排水解決類似問題提供了寶貴經驗和反向排水設計新思路。但該問題值得引以為鑒，面板堆石壩務必高度重視并做到：①施工期反向排水設計合理、可靠；②項目實施過程中對已形成的壩體反向排水系統做好保護。