深厚砂砾石覆盖层坝体围堰施工技术

深厚砂砾石覆盖层坝体围堰施工技术

一、右自然港口港口分层布置广东省清远水库工程位于广东省清远地区北江支流。该项目的任务是运输和改善水环境，并结合能源和后调节，以改善灌溉、供水条件和供水设施的配置。工程从左到右依次为左岸土坝(含连接段)、电站厂房、门库、31孔泄水闸、门库、船闸、船闸门库、右岸土坝(含连接段),同时厂房左侧预留位置布置二线船闸,坝顶全长1,520.42m。泄水闸置在河床的主河道,软基建闸,采用平底宽顶堰型,堰顶高程3.0m,单孔净宽16.0m,工作闸门为露顶式平板钢闸门。船闸为Ⅲ级船闸,船舶吨位按1,000t设计。电站为河床式厂房,位于左岸,右侧与泄水闸相邻,左侧接门库段,电站共安装4台贯流式灯泡机组,总装机容量44MW。坝顶高程19.5m,坝顶宽8m。二、排水条件1.北江流域年、月际变化特征北江暴雨中心主要出现在英德至清远一带,暴雨具有范围较广、强度大、历时不长等特点。北江流域洪水是由暴雨形成,洪水发生时间和地区分布与暴雨一致,大洪水主要出现在5~6月。多年平均降水量1400mm~2500mm,径流年内变化不均匀,丰枯流量相差较大。4~9月为丰水期,10月~翌年3月为枯水期。丰水期径流量占全年径流量的76%左右,尤以4月~6月径流量最大,该时段径流量占全年径流量49%左右;12月~翌年1月径流量最小,仅占全年径流量5.6%。北江流域属亚热带季风气候区,多年平均气温21.7℃,7月份平均气温最高,1月份平均气温最低。流域年平均风速在1.1m/s~1.9m/s之间,冬季风速较大,夏季相对较小,但受夏季台风侵袭时,风速可达年最大值。流域冬季盛行偏北风,夏季盛行偏南风,春秋转换季节风向极不稳定,多数地方全年中偏北风出现机会最多。2.下砂卵砾石层坝址区河床由砂层和砂卵砾石层组成,呈松散~中密状,上部由含泥中细砂、含砾中粗砂、砾质中粗砂等组成,一般厚8.0m~22.0m,最厚达25.0m;下部砂卵砾石层由含泥砂卵砾石和砂卵砾石组成,局部有含泥中粗砂,一般层厚4.4m~9.0m,最厚大于15.0m。河床砂层及砂卵砾石层渗透系数K=4.0×10-2cm/s~K=1.0×10-3cm/s,渗透性属中等偏强透水,且厚度大。三、施工指南1.河口河段航道总宽1.25m坝址河段为典型的宽浅式河床,坝址河床开阔,河床总宽约1550m。清远以下至三水河口段航道为Ⅴ级航道,施工期通航要求较高。结合枢纽布置采用河床分期导流方式。2.设计洪水标准枢纽工程为Ⅰ等大(1)型工程,枢纽主要建筑物为2级。根据《施工组织设计规范》(SL303-2004)规定,导流建筑物级别为4级,土石结构导流建筑物相应的设计洪水标准为20~10年一遇。导流标准采用下限值,即选用10年一遇设计洪水。3.交通廊道导行方案方案三在初设阶段,对导流方案进行了三个方案比较,分别为:(1)方案一:分两期施工,一期主要进行右岸土坝、船闸、门库、17孔泄水闸的施工;二期主要进行左岸14孔泄水闸、电站厂房、门库及左岸土坝施工。(2)方案二:分三期施工,一期主要进行左岸导流通航明渠、左岸16孔泄水闸、电站厂房、左岸门库的施工;二期主要进行右岸土坝、船闸、门库、15孔泄水闸及右岸土坝的施工;三期主要进行左岸导流通航明渠范围内土坝及左岸15.0m高程平台填筑的施工。(3)方案三:分二期施工,一期主要完成右岸土坝、船闸、门库、20孔泄水闸及左岸电站厂房的施工;二期完成左岸11孔泄水闸、左岸土坝的施工。方案一为初设推荐方案。工程于2009年11月开工,根据实际情况及项目业主要求将初设导流方案三作为工程实施导流方案,因此对工程实施阶段的导流方案进行调整优化。其导流程序为:工程分二期施工,一期主要完成右岸土坝、船闸、门库、17孔泄水闸及左岸电站厂房的施工;二期完成14孔泄水闸、左岸土坝的施工。导流程序见表1。四、1.2阶段的主要技术问题1.围堰堰脚河口防护范围分析采用河床分期导流设计,要在河床中水下填筑围堰,由于河床是深厚的砂砾质河床,其抗冲流速<1.0m/s,因而必须有可靠的防冲措施,才能保证纵向围堰的安全,对此,参考已有工程防冲经验,通过施工导流模型实验,进行重点防护。工程在初步设计阶段推荐的导流方案分别进行了定床和动床实验,实施阶段的导流方案抗冲防护措施通过理论计算和定床实验得出上游水位和流速情况,结合初设成果,对围堰堰脚河床保护范围进行拟定,拟定抗冲防护措施为四部分:(1)中间原河床导流明渠:中间原河床导流渠左右侧纵向围堰(一期枯水纵向围堰和厂房右侧纵向围堰)上游裹头堰脚河床部位防护范围为50m,裹头下游段围堰堰脚河床部位防护范围为38m,在坝轴线上游75m、下游85m处分别设置一道宽30m、厚1.5m的横向钢筋石笼防冲槽,护底钢筋石笼顶稿程均不得高于1.40m。(2)左岸导流明渠:左岸导流明渠左右侧边坡防护均采用厚1.0m钢筋石笼护坡,厂房左侧纵向围堰上游裹头堰脚底部防护范围为50m,明渠段堰脚(坡脚)处渠底防护范围均为20m,在坝轴线上游75m、下游85m处设置两道宽30m、厚1.5m的横向钢筋石笼防冲槽,明渠护底钢筋石笼顶高程不得高于3.0m。(3)船闸纵向围堰:船闸纵向围堰堰脚河床防护采用1m厚的钢筋石笼防护,防护范围为15m。(4)二期枯水纵向围堰:上、下游裹头堰脚防护范围均采用1m厚钢筋笼防护,防护范围均为32m;为防止已建好的闸底板振密加密砂土的冲刷,在已建闸外侧边缘处设置宽600mm,底高程-9m的水泥搅拌桩纵向防冲墙进行封闭。同时二枯纵向围堰左侧护底范围与原一枯纵向围堰范围的钢筋石笼连接起来,形成整体护底。在已建好的11孔泄水闸上游护坦外侧设置宽32m、厚1m的钢筋石笼防护带。2.围堰堰基防渗体底高程方案围堰堰基覆盖层深约25m~38m,渗透性属强透水。如果堰基防渗体深入基岩,防渗体长度长达32m~45m,投资约11,631万元,在初设阶段通过在满足安全情况下进行防渗深度与围堰渗流稳定关系分析对各期围堰计算,确定堰基防渗体底高程范围,以节省导流费用。在确定防渗体底高程时主要从以下方面考虑:(1)防渗体必须采用施工简单、进度快、较经济合理、技术可靠的防渗措施,堰基为砂卵砾石层,可采用高压灌浆、地下连续墙及搅拌桩等防渗技术。(2)各建筑物开挖深度相差较大,各期围堰挡水水头不同,其中枯水围堰挡水水头约10m、电站厂房围堰达33m、船闸围堰达23m,因此围堰防渗技术是保证工程顺利进展的重要技术措施。(3)各建筑物需要干地施工工期不同:泄水闸6个月、电站厂房需约2年、船闸需约1年,从工期及导流程序来看,电站厂房的工期是整个工程控制工期,因而电站厂房围堰的防渗体要求是工程围堰防渗重点,防渗体底宜伸入基岩。在满足渗流稳定安全前提下选定三组防渗体底高程方案,通过堰基防渗体投资与基坑排水费用比较选定防渗体底高程,详见下表3、表4。通过上表2~4比较,对各期围堰堰基防渗体底高程设计如下:(1)电站厂房围堰堰基防渗体为厚600mm塑性混凝土防渗墙,防渗体底伸入基岩1m;(2)船闸围堰堰基防渗体为悬挂式高喷板墙与旋喷板墙结合,防渗体底高程为-16.0m,约局部最低开挖面以下5m;(3)枯水围堰堰基防渗体为悬挂式高喷板墙,防渗体底伸至建筑物最低开挖高程约3~5m,伸入砂层7m~13m。五、航道控制水位不适宜,二枯期间值内定航近几年北江货运量在600万t左右,施工期须满足Ⅴ级航道通航标准,根据施工导流程序安排,一枯期间通航利用中间原河床明渠作为通航航道。在二枯截流时,中间河床不能满足通航要求,通航航道布置在左岸导流明渠靠左岸侧。二枯期间采用一期泄水闸控制水位以满足船闸临时通航为主,左岸导流明渠为辅。二枯后采用闸门控制水位,船闸通航。船闸建成后影响通航,有三段期间需断航,分别为:(1)二枯截流期需泄水闸全部开启将水位降至最低期间;(2)二枯截流后围堰防渗系统施工期为将水头差降至最低,减少施工难度,需将泄水闸全部开启期间。(3)二汛初在已建泄水闸的控泄下不能满足船闸通航天数。六、围堰防冲设计及渗流设计(1)在施工导流设计过程中对各类问题进行了深入比较