砬子溝水電站增容改造施工分析

劉 力

(丹東市水利勘測設計研究院，遼寧 丹東 118000)

1 工程概況

砬子溝水電站位于遼寧省寬甸縣古樓子鄉砬子溝村蒲石河河床上，距上游小孤山電站4.1 km，距下游蒲石河大橋約12 km。水電站類型為引水式水電站，為IV級工程，年發電量僅為65萬kW·h，裝機容量為250 kW。為增強其發電效率，確定實施增容改造施工，對其擋水壩段、溢流壩段以及廠房等主要建筑進行施工改造。增容改造后，水電站正常蓄水位升高4.5 m，電站的裝機容量由250 kW增加到3 260 kW。

2 施工技術分析

砬子溝水電站的增容改造施工主要是擋水壩段、溢流壩段以及廠房等建筑。

從前期導流臨時建筑物的施工，到后期混凝土的澆筑與養護方法，嚴格按照《水利水電工程施工組織設計規范》以及施工現場的地形水文條件進行選擇。因地形平坦的優勢，采用了明渠導流，并建造臨時圍堰分時分段施工；在圍堰工程以及壩體的防滲工作中利用了土工膜技術和帷幕灌漿等方法。

2.1 明渠導流分段圍堰法

水利工程施工常用的導流方式包括明渠導流、隧洞導流、涵管導流等，導流施工主要依據為地質地貌類型分類。在該工程采用明渠導流、分段圍堰法。明渠導流，是指在平坦的灘地河岸上，采用圍堰，擋住迎向施工基礎的水流，將迎水流引導至渠道上，再流向下游；這種方法能夠減少工作量，節約成本，縮短工期。導流施工過程中還應盡可能增加高程，增大排水流量。此外，基坑的清淤排污工作也是重點。

圍堰作為一種臨時的擋水建筑物，通常應用于大型工程施工當中，成本較高。砬子溝電站工程工期較長、工作量大，具體采用一期圍左岸，二期圍右岸的施工順序。分段圍堰法優點是施工過程較為方便，主要施工流程為：圍堰→基坑開挖→基坑排水→混凝土澆筑。

在施工導流及圍堰技術的使用中，需要根據實際的情況選擇相應的技術類型；尤其在工作前期，需要充足的準備。圍堰前需要測量人員測量劃線，對尺寸維度進行確定后再清淤打樁。

2.2 土工膜防滲施工

圍堰工程，在水電站的擴建增容施工過程中起到關鍵性的作用，圍堰的防滲技術則是保證工程安全達標的前提保障。當今水利工程施工中，新型復合土工膜材料被行業廣泛使用，其中復合土工膜以成本經濟、防滲效率高等特點在施工中常為首選。

當地建材樞紐工程混凝土需要量為2.03萬m3，土石方填筑2.04萬m3，模板1.06萬m2，鋼筋478.00 t。該工程所需的混凝土骨料取材于當地砂場，在建材方面有大量儲備，施工運輸上節省了成本；但由于當地缺少黏土材料，而且使用黏土將會在雨季造成不便，具有運輸距離長、滯延工期等缺點；因此在施工過程中使用了土工膜進行圍堰的防滲工作。

土工膜是一種滿足防水需求、無透水性的材料。土工膜防滲法可以控制材料成本，減小雨季施工的不便性；因此該工程施工采用了土工膜進行防滲施工，一定程度上縮減了工期。根據土工膜鋪設的施工工序流程，在鋪設土工膜前首先要進行坡面的清理，將雜草碎石移除后鋪水工膜，保證土工膜表面松緊有度，確定后再進行縫合焊接工作。鋪設土工膜通常要先鋪墊層，在雨季施工時還要利用沙袋等重物壓住土工膜，保證土工膜在施工過程中不受環境和人為失誤的損害。對于膜破損的位置，則要及時修復。在圍堰臨時工程期間，土工膜的防滲效果較好，是使圍堰工程順利進行的關鍵。

2.3 擋水壩段的防滲

該工程的擋水壩是IV級擋水建筑物，水電站擴容后，靜水水位升高4.5 m，為保證工程可行性和建筑物穩定性，提高擴建了擋水壩段的高程。擋水壩頂高程的設計根據《混凝土重力壩設計規范》(SL 319—2005)第8.1.1條。壩頂高程的設計主要有最高靜水位、波浪爬高和安全超高3項。在設計和校核工況計算后，該工程最終確定壩頂高程為47 m(見表1)。

壩高的設計對壩體能否正常工作運行，以及工程能否安全完工有極大的影響；因此設計要嚴按照水利規范，并且進行驗算和安全檢查。筆者采用SEEP/W滲流場分析軟件，分別對3種工況繪制水頭等壓線(見圖1)；計算中C25混凝土滲透系數取7.03×10-10m3/s，基礎為中級風化混合巖滲透系數取6.9×10-5m3/s。

表1 高程計算成果

圖1 基巖滲水及等壓線

中層風化混合巖地基表面為滲水面，下游壩身為不透水邊界。由圖1可以看出，迎水面水壓隨水位增高情況而增大；因此在上游應當設置有效的防滲措施。通常混凝土壩壩基防滲施工技術有灌漿帷幕、設置防滲墻，根據施工類型分為高壓噴射防滲墻、混凝土防滲墻、自凝灰漿防滲墻、水泥土攪拌樁防滲墻等[1]。混凝土重力壩的壩基是需要防滲施工的重要位置。工程設計中根據《混凝土重力壩設計規范》要求以水泥灌漿方法為主設置了防滲帷幕，將透水率控制在5 Lu以下。

帷幕灌漿技術是水利工程中常用的搶險、加固方式，指的是將濃度適中、水灰比合適的漿液灌注到鉆孔之中。帷幕灌漿主要工序為鉆孔→洗孔→壓水試驗→灌漿→封口。在該工程中，壩底前方設置了1排擋水防滲帷幕，以達到壩基防滲要求，保證水電站的正常工作運行。鉆孔的深度設計為2 m, 孔距為5 m。兩岸擋水壩段與兩側山體相接處均進行帷幕灌漿，以防產生繞滲，左壩肩灌漿28 m，右壩肩灌漿48 m。

當今防水抗滲的技術主要采用“防排結合，以防為主”，多道設防，剛柔并用[2]。現場施工，有多種截滲方法可選擇，為了提高施工效率，要考慮現場地形以及建材的使用。施工工作要從可行性出發，追求實際可靠經濟的施工技術。對于帷幕灌漿鉆孔施工，通常在鉆孔之前會對孔壁進行沖洗，并進行壓水試驗。簡易壓水實驗時間一般在20 min左右, 間隔5 min需要測讀1次壓水流量, 取最終的流量值計算透水率[3]。在鉆孔作業過程中應注意保證鉆機的穩固，減少人工誤差。鉆孔完成后，清理淤泥防止堵塞。漿液的調和嚴格按照水利施工規范調制，在鉆孔工作后立即進行灌漿作業。灌漿的方式主要有全孔一次灌漿和全孔分段多次灌漿兩種形式。灌漿完成后，使用分段式壓力灌漿法對鉆孔進行密封，防止水分內滲。

2.4 土石方開挖施工

土石方開挖離不開現場施工機械的配合使用，以及施工現場的安全管理、效率優化。施工過程中壩基基礎和廠房基礎石方的開挖采用了爆破開挖和機械開挖的方式。該工程挖方工具包括手風鉆、1 m3挖掘機以及8 t自卸汽車用于運輸石渣等。對于機械施工，開挖機械的選型是關鍵，施工前基于工程預算，對機械進行設計、配置；施工機械種類越少，施工現場越方便管理。

本工程在石方開挖施工時采用了爆破的方法。爆破技術是水利工程石方開挖的常用技術，危險性大，因此藥量的控制十分關鍵；應根據工程情況保守地控制藥量，還要控制藥劑反應的時間。

為保護施工現場環境和工作人員安全，爆破時通常要預留一段空間，并設置保護層；可以根據爆破試驗來測定保護范圍以及保護層厚度，以免破壞基礎。在開挖施工中，要避免巖石基礎產生裂縫，保證原有結構性、整體性。進行預留爆破后，應對巖石壩踵進行清污處理。

2.5 混凝土施工

混凝土的施工包括混凝土的攪拌、運輸、澆筑、振搗以及后期養護等，其主要會受溫度、環境、氣候的影響。該工程混凝土的攪拌由攪拌機按試驗確定的水灰比攪拌完成，使用右岸0.8 m3混凝土攪拌機供應混凝土。運輸工具有皮帶及8 t自卸汽車，以及履帶起重機。入倉后用插入式振搗器振搗。振搗混凝土是為了保證其均勻和密實。采用機械振搗可以減少水泥用量，控制成本、保證水泥質量，振搗效率高。混凝土的澆筑是水工建筑物質量的關鍵影響因素，施工過程要嚴謹。澆筑前應測量和校準模板尺寸標高，清潔模板，保證模板水分和濕潤度；再鋪2～3 cm砂漿，充分振搗完成后，進行澆筑。澆筑混凝土時，按試驗結果要求精準地控制每層混凝土的厚度。施工期間若發現混凝土有不均勻、表面粗糙、蜂窩的情況，必須重新填充，以保證所有混凝土外觀平整。

為保障施工質量，還要對混凝土進行后期養護，主要從溫度和濕度兩個方面入手。施工出現溫度裂縫是常見的問題，這是正在硬化過程中的混凝土受溫度條件影響而產生的。在現場條件允許、材料充足情況下，可以將塑料薄膜鋪蓋在混凝土表面，能夠起到減弱陽光直曬，避免溫度升高的影響。這種方法的缺陷是不能進行濕度保護，因此可以在覆蓋塑料薄膜前先保證水泥濕潤度。混凝土的濕度養護形式有噴水、灑水等。為使混凝土表面濕潤，養護管理的時間要在7 d以上，若溫度小于5 ℃，則不能灑水。

3 結 語

隨著我國水利事業的發展，中小型水電站增容改造成為水利行業一項重要工作。砬子溝水電站的擴建工程，使當地水能利用效率大大提高，改造后的水工建筑物穩定性高，能夠保障發電效率和調洪安全。