1 峡江水利枢纽工程施工导流技术(黄献新).doc

峡江水利枢纽工程施工导流技术黄献新/中国水利水电第十二工程局有限公司【摘 要】峡江水利枢纽工程施工导流采用分三期导流方式，围堰工程量大，基础地质条件复杂，采用摆喷、旋喷、一体机等高喷防渗施工工艺；三期截流流量大，龙口最大流速达7m/s，采用35m3钢丝网兜抛投截流效果好；过水围堰的保护与泄水闸的联动运行，堰面流态复杂，汛期闸门运行管理要谨慎。【关键词】截流 围堰施工 施工导流 峡江水利枢纽1 工程概况峡江水利枢纽工程位于江西省吉安市峡江县境内，地处赣江中游，距省会南昌市约170km，距吉安市约60km，是一座以防洪为主兼有发电、航运、灌溉、水库养殖等综合效益的大型水利枢纽工程。坝址以上流域面积62710 km2，水库总库容11.87108m3。电站安装9台水轮发电机组，装机容量360MW。船闸设计最大吨位1000t。枢纽总体布置从左到右为左重力坝、船闸、门库段、18孔开敞式泄水闸、厂房、鱼道、右重力坝，坝轴线总长864m。 本工程2010年7月1日开始一期围堰施工，7月23日提前合龙。2011年2月28日厂房全年围堰完工。2012年8月29日三期围堰提前完成截流。2013年7月30日首台机具备发电条件。计划2015年8月30日竣工，工期5年。建设单位是江西省水利厅，由江西省水利设计院设计，中国水利水电第十二工程局有限公司承建厂房、11.5孔泄水闸相关的一期、三期围堰的施工。2 施工导流方式与标准2.1施工导流方式本工程地处江西省中部，属亚热带季风气候区，气候湿润温和，雨量充沛。多年平均降水量达14001800mm。降水量年际、年内分配不均匀，汛期为4月6月，降水量约占全年降水量的41%51%。本工程采用分期导流方式，施工导流共分三期（见图1）。图1 施工导流总布置图一期导流：一期先围右岸厂房，2010年2011年枯水期采用一期枯水围堰挡水，施工右岸厂房和相邻0.5孔泄水闸及一期厂房全年围堰，由左岸缩窄河道导流；2011年汛期前，形成一期全年围堰挡水，继续施工右岸厂房工程，左侧缩窄的河道过流。二期导流：在2011年2012年枯水期，二期围左岸船闸与6.5孔泄洪闸，由中间缩窄河道的明渠导流，并在2012年汛前完成左岸6孔泄洪闸和船闸施工，2012年汛期，左岸二期枯水围堰拆除，左岸6孔泄洪闸具备过流条件，与中间河道联合泄洪度汛，右岸一期全年围堰继续挡水，完成右岸厂房土建施工。三期导流：在2012年枯水期2014年，三期导流采用枯水期围堰挡水、汛期围堰过流度汛。2012年枯水期围三期中间河床剩下的12孔泄水闸，形成上、下游过水围堰，加高子围堰挡水，枯水期由左侧已建的6孔泄洪闸导流。在2013年汛前，拆除过水围堰上部的加高土石子围堰，2013年汛期围堰过流，与左侧的6孔已建泄洪闸联合泄洪度汛。汛后恢复挡水子围堰，完成中间河床11孔泄水闸结构施工。在2014年汛前，拆除挡水子围堰。2014年底枯水期，拆除三期过水围堰。2.2施工导流标准本工程为等工程，其船闸、混凝土泄水闸、混凝土重力坝、河床式厂房为1级建筑物，根据水利水电工程施工组织设计规范SL303-2004，相应临时建筑物为4级，对应土石类导流建筑物洪水标准为10年20年一遇；对应混凝土导流建筑物洪水标准为5年10年一遇。各期导流建筑物的设计标准分述如下：一期围堰：一期右岸电站厂房及其相邻的0.5孔泄水闸，施工分两个阶段，第一阶段先形成枯水期围堰，施工纵向混凝土围堰，第二阶段形成全年围堰，一期枯水期时段导流标准采用8月次年2月P=10%洪水，相应设计洪峰流量9980m3/s；一期全年围堰导流标准采取10年一遇全年洪水，相应设计洪峰流量17400m3/s。 三期围堰：三期围剩下的中间河道11孔泄水闸，围堰采用土石过水围堰结构形式，枯水期挡水、汛期过水，围堰的挡水标准调整为10年一遇9月次年2月时段的枯水期标准，相应的洪峰流量为8490m3/s，过水围堰的过流保护设计标准为全年10年一遇洪水标准，相应的洪峰流量为17400m3/s。 3围堰结构及主要工程量3.1一期枯水围堰结构一期枯水时段纵(横)围堰型式为土石围堰，围堰使用期为半年。围堰设计洪水频率为10%(8月次年2月)时段洪水，流量9980m3/s。上游纵(横)围堰堰顶高程42.6m，围堰顶宽10m；下游纵(横)围堰堰顶高程41.7m，围堰顶宽10m；上下游围堰均为下部采用混凝土高喷防渗墙防渗，上部采用粘土斜墙防渗，迎水面采用钢筋石笼及格宾石笼护坡。上游横堰长394m，下游横堰长316m，纵向围堰长521 m。上游围堰横剖面图如图2。图2 上游围堰横剖面图3.2一期全年围堰结构一期厂房全年围堰型式为土石围堰，围堰使用期为4年。围堰设计洪水频率为全年10%，洪峰流量为17400m3/s。上游围堰堰顶高程45.7m，围堰顶宽10m；下游围堰堰顶高程45.06m，围堰顶宽10m；上下游围堰均采用粘土斜墙防渗，迎水面采用钢筋石笼及格宾石笼护坡；纵向围堰为碾压混凝土重力式围堰，迎水面及背水面坡比均为1：0.35，上游段堰顶高程45.7m，下游段堰顶高程45.06m，堰顶宽均为3.5 m。上游横堰长384m，下游横堰长304m，纵向围堰长267m。3.3三期围堰结构三期围堰型式为土石围堰，围堰使用期为2年。三期上、下游围堰按汛期过流、枯期挡水设计，还具备临时挡水发电功能，要求上游围堰38.0m、下游围堰36.7m高程以下按过水围堰结构设计。三期基坑采用汛期拆除围堰非过水体、基坑充水过流度汛，汛后恢复加高填筑。围堰设计洪水频率为10%，9月次年2月时段洪水，流量为8490m3/s。上游围堰堰顶高程44.70m，围堰顶宽10m，采用粘土心墙及高喷防渗，迎水面采用钢筋石笼护坡；下游围堰堰顶高程40.9m，围堰顶宽10m，采用粘土心墙及高喷防渗，迎水面采用钢筋石笼及格宾石笼护坡。上游横堰长239m，下游横堰长236m。断面结构如图3。图3 三期上游横向围堰3.4各期围堰主要工程量（见表1） 表1 各期围堰主要工程量序号项目名称单位一期枯水围堰一期全年围堰三期过水围堰1石渣填筑万m327.8828.0217.612粘土防渗体万m314.5110.8513.083高喷灌浆万m2.050.724格宾石笼万m32.792.966.325碾压混凝土万m35.786堰面混凝土万m31.834 三期围堰截流设计4.1截流时段及标准根据施工分期洪水资料、工程施工进度分析并结合截流水力条件，三期围堰截流时段在2012年9月上旬，按水利水电工程施工组织设计规范SL303-2004，截流标准采用截流时段重现期510年的月或旬平均流量，三期围堰截流设计流量标准选择为9月份P=10%月平均流量2310m3/s；戗堤的预进占填筑在2012年8月初开始，采用8月份 P=10%月平均流量2750m3/s的洪水标准。4.2截流方式根据峡江水利枢纽工程分期导流方案和现场施工条件，三期中间河道截流时，靠左侧的6孔泄洪闸及门库过流，采用由右向左上下游围堰单向立堵截流，龙口设在明渠左侧。4.3截流断面与龙口设计截流戗堤断面：上下游围堰均为土石过水围堰。上游截流戗堤顶高程为37.5m，戗堤顶宽12m，满足两辆2032t自卸汽车同时卸料。戗堤进占填筑时，上游子堤和粘土心墙与截流戗堤保持1020m的距离跟进施工，以缩短截流后基坑的闭气时间。下游围堰也采用双戗堤的结构形式，中间填防渗粘土，下游戗堤的进占填筑计划在8月份开始，戗堤顶高程采用8月份10年一遇的平均流量2750m3/s，相应的下游水位为34.95m，加50cm安全超高确定为35.5m，戗堤顶宽6m。龙口设计：根据现场施工条件，结合截流模型试验成果，截流龙口布置在三期上游围堰左侧、靠近二期纵向围堰处，龙口段预留宽度70.0m，堤头采用粒径为5080cm的大块石做裹头保护：从龙口宽70.040.0m，龙口平均流速3.54.7m/s，抛投材料最大粒径50 cm80cm。从龙口宽40.020.0m，龙口平均流速4.75.93m/s，属截流困难区段，抛投材料最大粒径100 cm 160cm。从龙口宽20.00m，龙口平均流速5.930m/s，为安全起见，该区抛投材料仍用最大粒径100 cm 160cm的石料。5 导流工程施工5.1一期枯水围堰施工5.1.1围堰填筑一期枯水上下游纵横围堰采用上下游同时填筑、分两个阶段填筑的施工方法。第一阶段填筑：第一阶段填筑戗堤、粘土、石渣围堰上游及纵向填筑至高程36.7,下游戗堤至高程36.2，形成防渗体施工平台。进场施工即填筑围堰岸坡段向主河床预进占施工，优先保证截流戗堤的进度和强度要求，防渗体粘土料跟进填筑，截流施工龙口段合龙以后，此时水下部分堰体填筑施工条件良好，填筑工作面开阔，填筑施工基本在静水中或流速很小的条件下进行。填筑料从石料场开采，2m3挖掘机装20t自卸汽车运输，堰堤上用YT130堆土机推土，20t自行式振动碾压实。从2010年7月1日开始，于 7月23日围堰合拢，比合同工期提前了18d。第二阶段填筑：第二阶段填筑施工为围堰戗堤平台以上填筑，主要包括石渣、粘土及格宾石笼护坡施工。原则上保持不同种类的填筑材料施工同步上升，以围堰中心线为界，两侧填料交替碾压上升，每个交替高度为1.6m，控制迎水、背水面高差为0.8m，施工填筑次序为石渣粘土。每填筑完成4m高后进行格宾石笼护坡。5.1.2围堰高喷防渗施工第一阶段戗堤、粘土、石渣围堰上游及纵向填筑至高程36.7m,下游戗堤至高程36.2m。高喷防渗墙施工平台在一阶段填筑高程沿防渗墙轴线方向通长布置，总轴线长约1200m，上游孔距0.8m，下游孔距1.2m，入岩0.5m，实测最大孔深12.6m，最小3.5m。完成的工程量见表2。 表2 高喷灌浆工程量部位孔数 (个）孔距（m）钻孔深度（m）高喷深度（m）粘土砂砾层基岩粘土砂砾层基岩上游围堰4280.8361312842176511284217纵向围堰4761.2293113482046111348204下游围堰2231.2962665112336665112合计11277506329653315983296533主要技术参数：通过围堰高喷试验，根据钻孔揭示的地层情况，结合高喷试验成果，为确保围堰闭气效果，一期枯水期围堰高喷施工主要技术参数如表3。 表3 高喷灌浆主要技术参数 上游围堰主要技术参数项目孔距（m）气压（Mpa）浆压（Mpa）提升速度（cm/min）旋喷（）水灰比水泥用量（kg/m）参数0.80.60.8323683600.8:1560下游及纵向围堰主要技术参数项目孔距（m）气压（Mpa）浆压（Mpa）提升速度（cm/min）摆喷角（）水灰比水泥用量（kg/m）参数1.20.60.830366300.8:1560上游围堰基础覆盖层较深，砂砾料层较松散易塌孔，透水性较强，上游围堰采用高压旋喷成墙施工技术，即桩号上游0+400+395段和纵0+000+18.98调整为高压旋喷，孔距调整为0.8m。下游围堰和纵向围堰采用高压摆喷成墙施工技术，即桩号下游0+000+230段和纵0+18.980+516.77为高压摆喷，孔距调整为1.2m，其纵桩0+516.77采用高压旋喷连接。高喷主要设备：采用双管法，旋喷、摆喷相结合的灌浆方法。共投入8台套高喷灌浆台车，其中3台高喷台车属于钻孔-高喷一体机。高喷灌浆注意事项：一是要确保钻孔的深度，每个孔都要入岩，孔位准确无误，才能保证防渗效果。二是高喷灌浆时要控制好水泥浆液的浓度、灌浆压力以及提升速度，确保高喷成墙效果。在一期施工过程中，由于孔距、浆压控制不佳，对夹石砂层处理不当，出现了闭气效果差。后采取了补强措施，在原高喷灌浆基础上增加一排，对高喷进行补强处理，本次高喷轴线定在原高喷线内侧3.5m处，单排布置，孔距0.8m，分二序施工，高喷灌浆采用旋喷工艺，灌浆压力为3236MPa，提升速度控制在68cm/min，浆液比级采用0.8：1，高喷入岩0.5m，伸入粘土防渗体1.0m，高喷灌浆的轴线长度约为1070m，共布置1337个孔。5.2厂房全年围堰施工5.2.1围堰填筑施工全年围堰填筑在干地施工， 20t自卸汽车运料，TY130型推土机推料摊铺。层厚80 cm，相邻填筑层间应做到填料界限分明，分层铺筑时，做好接缝处各层连接，防止层间错动或折断现象。粘土斜墙填筑作业分层平行摊铺，施工时严格控制填料质量和含水量，填筑时从低处开始，由下向上分层平行摊铺，采用YZ18振动碾碾压，分层厚度1m，用进退不错距加碾46遍，工作面之间交接处进行搭接碾压，搭接宽度为1.0m。堰头保护：全年上游围堰0+271纵堰，下游围堰0+210纵围设计采用格宾石笼护坡。5.2.2碾压混凝土施工碾压混凝土分层高度为3m；分块参照基础块进行，碾压混凝土的分块采用诱导缝和切缝来实现。堰体迎水面模板采用3.0m3.1m的悬臂模板，背水面为1：0.65的斜面，采用3.0m1.5m的翻升模板。采用自卸汽车直接入仓，入仓口前50m的施工道路做成碎石脱水路面及冲洗台。混凝土铺筑分条带进行，各条带铺料、平仓、碾压方向与堰轴线平行，条带宽度根据施工仓面的具体宽度适时调整，一般为6m。自卸汽车在仓内布料时采用退铺法依次卸料，汽车在拌和楼接料时分两点或三点接料。卸料时分多点卸料，以减少料堆高度，减轻骨料分离。碾压采用BW20自行式振动碾，碾压作业采用条带搭接法，碾压方向平行于轴线方向。碾压条带间的搭接宽度为0.1m0.2m，端头部位的搭接宽度为1m左右。碾压机具碾压不到的死角，以及有预埋件的部位，浇筑变态混凝土。碾压速度一般控制在1.0km/h1.5km/h。对刚铺平的碾压混凝土先无振碾压2遍使其初步平整，然后有振碾压68遍，直至碾压混凝土表面泛浆后再视情况无振碾压12遍。达到规定的碾压遍数后，及时用率定过的核子密度仪(MC-S-24) 对压实后的混凝土进行容重测定，对未达到规定容重指标的进行补振碾压，确保相对压实度达到98%以上。5.3三期围堰施工依据业主要求在2012年8月29日提前实现截流，相应设计截流流量为Q=2750m3/s。5.3.1 截流施工三期上下游横堰所需的材料，主要利用一期上下游围堰外侧的备用料和张公石料场开采的土石料， 围堰填筑分为两阶段进行，即截流戗堤填筑和过水围堰上部填筑。截流石渣备料料场布置在一期上、下游围堰的外侧，主要利用前期施工石渣备料，在住歧弃渣场挑选5000m3大块石料，同时备用了500只单只体积35m3的钢丝网兜。截流戗堤用2030t自卸汽车运石渣填筑，中部粘土料填筑区用25m的长臂反铲进行水下防渗墙基础开挖，基础清理完成后，立即进行粘土料填筑，与戗堤保持15m左右。5.3.2截流工况 至2012年7月31日截流戗堤龙口宽约80m，龙口流速明显加大，需要用0.5m的块石填筑。当龙口宽35m时，龙口流速达到了5m/s，需要用35m3的钢丝网兜抛投，截流效果好。到8月4日晚上22点初次截流完成，截流时的工况如表4。表4 截流监测成果监测时间（月、日、时、分）龙口水面宽（m）龙口上游水位（m）龙口下游水位（m）水位落差（m）龙口泄流量（m3/s）泄水闸流量（m3/s）总流量（m3/s）龙口最大流速（m/s）7.31 11:0080.034.6033.950.6543361710504.678.01.10:0082.535.1134.370.7446096014204.488.01.17:3083.035.1434.400.7447895214304.868.02.10:0078.035.2534.420.83456106215184.918.02.17:3052.935.3434.101.24276110713835.038.03.09:0040.535.4734.131.34295120214975.078.03.15:3035.435.4534.021.43238119214305.088.04.09:3026.635.333.831.47171115813294.568.04.16:0015.135.3133.721.59156110412607.008.04.19:009.835.3733.711.6663116712305.868.04.22:000.036.1133.962.150137013700受台风雨的影响，上游万安水库8月6日10时下泄4500 m3/s，峡江7日下午最大流量6200m/s。上游戗堤过水，在左侧冲出一个长约80m的缺口，其他填筑体表面局部被冲刷。8月20日又重新对龙口进行截流填筑施工，8月29日截流成功。5.3.3围堰闭气施工围堰闭气体施工的重点是左、右岸与纵向围堰接头部位的处理，基底覆盖层清除。围堰的截流戗堤采用上下游石渣戗堤夹中间心墙粘土止水结构，戗堤进占填筑时，考虑下游侧的石渣戗堤先行，避免戗堤石渣受水流冲刷进入心墙基础部位，相距1020m开始上游侧石渣戗堤跟进填筑，然后采用长臂反铲清除围堰基础覆盖层，再在槽内填筑粘土料。因堰基底部砂层较厚及一二期拆除底部留有部分石渣，为确保闭气效果，采取高喷防渗墙防渗。单排布置，孔距0.8m，高喷灌浆采用旋喷工艺，灌浆压力为3236MPa，提升速度控制在68cm/min，浆液比级采用0.8：1，高喷入岩0.5m，伸入粘土防渗体1.0m。3台钻孔-高喷一体机20d完成。5.3.4围堰过水保护施工上游过水围堰堰面采用0.3m厚混凝土面板保护、堰脚采用钢筋笼防护为主。溢流堰采用折线形的宽顶堰，整个堰头为刚性体，沿围堰轴线方向每12m设置沉陷缝，堰头的上游侧设置齿槽，齿槽深2m，齿槽基础设置间排距1m的25插筋，插筋插入基础2m，外露1m。下游围堰堰顶采用C20混凝土面板护面，面板厚0.3m，围堰的上游边坡、堰后及以下至河床的边坡采用钢筋笼块石理坡护面。6 结语峡江水利枢纽工程施工围堰工程量大，河床地质条件复杂，三期截流流量大，过水围堰保护复杂。在施工过程中，值得总结的有以下几个方面。6.1上游围堰戗堤设置在背水面，可减少粘土心墙区域底部块石堆积一期围堰填筑采取了迎水面“戗堤石渣粘土心墙石渣”的填筑工序，根据现场观测及高喷造孔漏浆情况分析，判定粘土心墙底部有块石堆积体，因为戗堤石渣填筑时，受水流的作用，部分戗堤石渣被冲入粘土心墙区域，形成块石堆积体透水层。因此上游围堰应采取背水面“戗堤石渣粘土石渣”填筑顺序，可以降低戗堤石渣冲入粘土心墙区域形成块石堆积的几率。在三期上游围堰填筑过程中采取背水面“戗堤石渣粘土石渣”填筑顺序，闭气效果较好。6.2砂石层高喷防渗墙施工，要严格控制灌浆参数本工程围堰河床底部有厚412m砂砾或砂卵砾石，具有较强透水性。从一期高喷情况看，采用一体机旋喷工艺，防渗效果较好，且施工工艺相对简单，速度快。一期施工因控制不严，闭气没有成功。采取了补强灌浆，加强质量管理，明确责任