桐子壕航电工程一期一枯导截流施工.docVIP

桐子壕航电工程一期一枯导截流施工徐建国(中国水利水电第五工程局 五分局,四川 成都610066) 摘 要：在桐子壕航电工程导流施工中,对围堰结构型式进行了调整和优化,进而缩短了工期并取得了良好的经济效益;大江截流的胜利完成也获取一些经验,据此,希望能对嘉陵江干流的水利水电工程建设施工提供一些借鉴。 关键词：桐子壕航电工程;围堰;粘土斜墙;铺盖;戗堤;裹头保护;铅丝石笼网;施工方法1 工程概况 四川嘉陵江桐子壕航电工程位于四川省武胜县境内嘉陵江干流上,坝址距武胜县城10 km,属嘉陵江干流规划开发的第十四级电站。工程是以航运为主,兼有发电、渠化河道、改善环境和防洪等效益的综合利用工程。工程总装机容量为33.6 MW。 本工程建筑物沿坝轴线从右至左依次由右岸接头坝、船闸、厂房安装间、主副厂房、2孔冲沙闸、10孔泄洪闸、溢流坝及左岸接头坝等建筑物组成,坝轴线总长70690 m。工程采用分期分段的导流方式,一期(一枯和二枯)基坑内施工围堰围右岸接头坝、船闸、厂房、冲沙闸、泄洪闸,由左岸导流明渠导流。2000年11月6日一枯主河床截流成功。 因上下游围堰的结构相同,故以上游围堰为例来介绍结构型式的调整、优化和施工的便利。2 围堰设计2.1 上游围堰横断面结构设计2.1.1 围堰设计挡水标准 据招标文件,一期围堰挡水标准为枯期10年一遇洪水,故导流设计流量为2 200 m3/s,上游水位为217.74 m;相应的上游围堰顶高程为218.5 m,堰址处河床大面高程211.50 m;上游围堰轴线与戗堤轴线重合,堰顶轴线长375 m。2.1.2 原设计方案 上游围堰防渗采用“土工膜+粘土铺盖”相结合的方式。 上游围堰是利用已成形的截流戗堤作基础,加高加宽至218.5 m;堰体上游边坡为11.0,下游边坡为11.5,顶宽8 m。截流戗堤和土石围堰堰体均用河滩砂卵石筑成,渗透系数较大。 土工膜细砂卵石保护层顶宽2 m(218.50 m高程处),其迎水面边坡为13;粘土铺盖从堰体坡脚处向上游30 m,铺盖厚1 m以上。铺盖粘土为右岸临建系统场地开挖的表层粘土和全风化泥岩。 上游围堰结构横断面见图1。2.1.3优化设计方案2.1.3.1 方案优化原因 (1)工程坝址处砂卵石覆盖层(alO4)厚度为1.59 m,平均厚度3.5 m,结构较为松散,含夹砂层透镜体,渗透系数k=2.910-3cm/s;覆盖层下基岩(J2sn)为粉砂质泥岩、泥质砂岩和厚层砂岩,岩体强风化带厚2.55 m,弱风化带厚912 m,基岩属弱微透水; (2)利用强风化岩石和岩石风化土的混合料作为土石围堰堰体,混合料经江水浸泡软化后,堰体可以看作均质土坝,与粘土斜墙共同防渗; (3)因粘土铺盖需在一道挡水子堰围护下才能施工,故省去粘土铺盖,可以大大简化施工环节。2.1.3.2 优化方案理论计算 上游围堰优化防渗方案采用“土石围堰+粘土斜墙”相结合的方式。对上游围堰结构横断面进行防渗理论计算时,同样选择11月上旬5年一遇洪水旬平均流量864 m3/s作为设计洪水标准,且以围堰下游坡脚不出现渗水(设有水泵抽水),上游围堰渗流量小于300 m3/h为设计控制标准。 计算时,先将围堰看成一座均质土坝,按透水地基上均质土坝进行渗透计算,得出均质土坝厚度;然后根据将坝体的部分坝段折算成渗透系数等于坝段渗透系数的防渗斜墙的水平宽度。 第一步:按透水地基上均质土坝进行渗透计算1。 渗透流量按q300 m3/h控制,围堰渗透计算简图见图2。 计算公式如下：式中q0为坝基渗透流量;qF为坝体渗透流量;k0为坝基的渗透系数,k0=2.910-3cm/s;k为坝体的渗透系数,k=1.610-2 cm/s;m为坝的上游坝坡坡率,m=5;m1为坝的下游坝坡坡率,m1=1.5;H1、H2为坝的上、下游水深,H1=3.08 m,H2=0;T为透水坝基的深度,T=3.5 m;L0为从上游面与上游坝坡的交点向上游方向量取水平长度L后作垂线b0至自由水面线与下游坝坡相交点之间的水平距离。 按部分分离法计算,自由水面线按下式计算: 经多次试算得出堰顶宽度b0=79 m,满足要求;实际取b0=80 m。 第二步:均质土坝坝段折算防渗斜墙2。 计算公式如下: 当按斜墙实际厚度折算时,斜墙的顶部和底部分别折算:b1=k/k1B0;b2=k/k1B1式中b1、b2分别表示为斜墙顶部和底部折算成渗透系数等于坝体渗透系数的坝段以后坝段的水平宽度;B0、B1分别为斜墙顶部和底部的水平厚度(宽度);k、k1分别为坝体和斜墙的渗透系数,k=1.610-2cm/s、k1=3.210-4cm/s。 当B0=2 m时,B1=26.5 m,b1=100 mb0=80 m,b2L0,满足要求。 故堰体断面尺寸仍按堰体稳定和施工交通的需要取值。堰顶宽度B=10 m时,围堰满足防渗要求。 根据理论计算结果,对围堰结构进行调整和优化后的断面图见图3。2.2 围堰施工 11月6日截流成功后进行围堰加高加宽和防渗施工。2.2.1 上游围堰加高 15 t自卸汽车从小中坝装料沿戗堤顶进料,1台D85推土机铺料、平整。高程215.00 m以上分层碾压,层厚50 cm;振动碾碾压6遍。2.2.2 粘土斜墙施工 粘土斜墙施工前,EX-400或PC-400反铲对堰体迎水面进行大致削坡,然后用15 t自卸汽车从堰顶进料,1台D85推土机向江中赶料、铺料、削坡。斜墙坡脚施工时,EX-400或PC-400反铲尽量靠近水边并向江中抛投粘土。3 截流设计3.1 戗堤横断面 截流方式:从右岸向左岸单戗堤单向立堵进占。 据施工总进度安排,截流时间为2000年11月初,故同样选择11月上旬5年一遇洪水旬平均流量864 m3/s作为截流设计流量,此时,上游最高水位214.58 m,因此选定戗堤堤顶高程为215.00 m;但为了确保截流成功,龙口立堵截流时,通过上游东西关电站控制后,截流流量保证在500 m3/s以下。 戗堤轴线与上游围堰轴线重合,戗堤作为上游围堰的一部分考虑。戗堤上、下游侧边坡均为11.5。戗堤用开挖的岩渣填筑,岩渣取自右岸接头坝水上开挖部分及调度室门前山体和船闸上、下游引航道水面以上部位的开挖料。3.2 龙口选择3.2.1 水力学计算成果 龙口立堵截流时,流量按500 m3/s考虑,经水力学计算3,龙口的各项水力学特性指标见表1。3.2.2 龙口位置 根据单戗堤单向立堵进占方式和水力学计算成果,初步拟定龙口宽度为30 m,龙口位置选在河床的左半部分(小中坝侧)。戗堤尽量向左岸进占,缩短龙口宽度,以减少截流抛投材料的用量。3.3 截流准备3.3.1 龙口截流材料 右岸,所需岩渣先存放在1号渣场,所需大料(混凝土四面体,特大石)先存放在戗堤接右岸处上游,堆放场地面积为40 m40 m。 左岸,可用河中坝的砂卵石代替岩渣填筑戗堤。所需大料直接在龙口附近预制并堆放。 材料准备,必须按计划及指定的场地堆放足量的截流材料,场地必须方便机械装车及运输。3.3.2 左岸护岸 左岸护岸材料:钢筋石笼和8号铅丝石笼,填充石笼的块石由人工收集。 钢筋石笼尺寸:1.0 m0.7 m2.5 m。它由1420钢筋焊成。填充粒径大于30 cm的块石8号铅丝石笼尺寸0.6 m3.0 m,网眼尺寸20 cm20 cm,笼内填充粒径大于30 cm的块石。 护岸施工:先在护岸长度范围内人工进行边坡修整并摆放一排钢筋石笼,并用8号铅丝联接,人工填充块石,再铺放铅丝石笼,用8号铅丝将铅丝石笼与钢筋石笼系紧,人工填充块石。铅丝石笼露出水面的水平宽度至少10 m。3.3.3 戗堤预进占 预进占前,测量队放点定向。 戗堤进占:15 t自卸汽车直接从料场取料,沿戗堤顶面进料。D85推土机向前赶料并平整。 戗堤顶面作为截流的主要交通道路,碾压密实,保障其平整、通畅。3.3.4 最佳截流时间 加强水文观测及天气预报工作,选择最佳截流时间。截流时,天气晴朗,江水流量应最小。3.3.5 建立健全组织机构 设专门的领导指挥机构,统一指挥,统一协调,环环紧扣,以做到有条不紊地进行截流施工。3.3.6 建立健全安全机构及制定安全措施 截流施工中,应专人负责安全,严格执行既定的安全措施,确保人员的人身安全和机械设备的万无一失。3.4 截流施工3.4.1 截流施工安排 2000年11月6日凌晨,龙口截流施工开始。此时龙口左右戗堤同时进占,以左岸戗堤进占为主,尽量多进占。进占难度太大时即暂时停止进占而进行裹头保护。保护好以后进行龙口最后合龙施工,合龙施工的主要方向是从左岸向右岸推进。3.4.2 右岸施工 混凝土四面体和特大石用PC400反铲在堆放地装车,岩渣用EX-400、EX-300反铲和PC-400正铲装车,水平运输则用15 t的STR或红岩自卸汽车运料至右岸戗堤进占端头。3.4.3 左岸施工 混凝土四面体堆放在龙口附近的河中坝滩地上,用K95装载机装车,砂卵石用EX-300反铲装车。 15 t的STR或红岩自卸汽车运料至左岸戗堤进占端头。3.4.4 合龙施工 合龙时,先在龙口两侧戗堤端头的上游顶部摆放混凝土四面体,并用钢丝绳绑在一起(34个),在紧靠混凝土四面体的下游堆放跟进料(岩渣或砂卵石)。龙口两侧同时用D85推土机在戗堤端头上游角将混凝土四面体推入龙口中,混凝土四面体将水流挑离端头;紧接着D85推土机将跟进料推向混凝土四面体的下游方,以便稳定混凝土四面体,跟进料必须将戗堤端头填宽填高,保持端头有足够大的截流掌子面。如此循环前进,直至截流完成。4 结语 (1)围堰。本着就地取材、经济合理的原则,在满足施工方便及防洪要求的情况下,对围堰结构进行调整和优化,将围堰结构改为“土石围堰+粘土斜墙”共同防渗的结构型式,取消粘土铺盖防渗体。该方案上报业主和监理批复后很快得以实施。事实证明,该方案不仅将截流戗堤和围堰堰体结合在一起,减少了围堰填筑工程量,降低了临建费用,节约了成本,缩短了工期,使大江截流提前15 d完成,而且围堰形成后,整个基坑上游侧的渗漏量相当小,其渗水量与设计方案的理论渗水量300 m3/h非常相近,基坑渗水只需配备2台20.3 cm清水泵即可满足排水要求,围堰结构型式的优化是成功的; (2)截流。对于截流来说,加强水文观测及天气预报工作,选择最佳截流时间,控制好截流流量,非常关键。因减小截流流量,截流施工就能事半功倍。龙口保护,采取在岸边铺设铅丝石笼