沙沱水電站工程中不同類型的圍堰應用

1、沙沱水電站工程中不同類型的圍堰應用作者：張慶周先練摘要：沙沱水電站為分期導流方式，前期主要利用左岸河床礁灘修筑縱向混凝土圍堰，一期選用左岸河床 及擴挖的明渠段導流，施工右岸基坑，圍堰采用上下游土石過水圍堰；二期采用在右岸壩體的預留缺口及 導流底孔導流，施工左岸基坑，上游圍堰采用碾壓混凝土過水圍堰，下游圍堰采用新型硬填料圍堰。本文 主要針對沙沱水電站建設過程中實施的土石過水圍堰、碾壓混凝土圍堰及新型硬填料圍堰的實施過程進行 回顧。從圍堰結構形式的選擇及施工方面進行闡述，其成功經驗可為類似工程借鑒。關鍵詞：沙沱水電站；土石過水圍堰；碾壓混凝土圍堰；新型硬填料圍堰；1工程概況沙沱水電站是烏江干流開發(fā)

2、選定方案中的第9級，位于貴州省沿河縣城上游約7km處。大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程371.00m,壩底高程270.00m,最大壩高101門 壩頂全長631.00m。樞紐從左到右依 次為：左岸擋水壩段、取水壩段、溢流壩段、右岸通航壩段和右岸擋水壩段。泄水建筑物為壩身溢流表孔， 溢流壩段長143.00m,設有7個溢流表孔，孔口尺寸為15g 23m（寬X高），溢流堰頂高程342.00m。引 水系統(tǒng)位于河床左岸，采用一機一管供水方式，單機引用流量490.4m3/s。引水發(fā)電系統(tǒng)采用壩后四條壓力鋼管引水至壩后發(fā)電廠房。廠房裝機4臺，總容量1120MW通航建筑物布置于溢流壩段的右側靠岸邊，為500t級

3、垂直升船機。2施工導流2.1導流方式本工程施工期采取分期導流方式：前期主要利用左岸河床礁灘修筑縱向混凝土圍堰，一期選用左岸河 床及擴挖的明渠段導流，施工右岸基坑，主要包括通航壩段、部分溢流壩段、2條導流底孔及通航壩段預留缺口；二期采用在右岸壩體的預留缺口及導流底孔導流，施工左岸基坑，主要包括剩余的溢流壩段、電 梯井壩段、取水口壩段和下游廠房。2.2導流標準及導流時段沙沱水電站的導流方案為一期上、下游土石不過水圍堰和二期上、下游土石過水圍堰。導流建筑物洪水設計標準選擇土石結構類型的下限，即P=10賺水作為施工導流設計洪水標準。根據原設計要求，一期土石不過水圍堰設計標準， 采用枯期十年一遇洪水，施

4、工時段為11月6日至次年5月5日，相應流量為4820m3/s，對應下游水位為300.11m,上游水位為306.45m；二期土石不過水圍 堰設計標準，采用枯期十年一遇洪水，施工時段為11月6日至次年5月5日，相應流量為4820m3/s,對應下游水位為300.11m,上游水位為307.30m。2.3土石過水圍堰由于受2008年初凝凍天氣影響，右岸一期基坑工程施工進度嚴重滯后，未能達到2008年11月左岸二期截流的面貌要求。根據工程實際施工面貌，并結合歷年的水文資料，為盡量利用汛期中有利的小流量時 段進行施工，將右岸的一期上下游圍堰調整為土石過水圍堰。2.3.1土石圍堰結構設計(1)土石過水圍堰結構

5、特點土石過水圍堰主要由上游坡、上游平臺、堰身坡面、下游平臺和下游坡等部位組成，從圍堰組成功能上劃分主要包括堰體、防滲墻、排水棱體和護面結構。上游坡和下游坡主要是在過水情況下保證堰體的穩(wěn)定；上游平臺和下游平臺則起導流作用，使水流能平緩過渡；堰坡控制過堰水流的流速，使水流通過堰面 后能產生所需要的水躍并與下游水流自然銜接；防滲墻則是保證上游水不能從堰體滲入到下游，避免滲流 對堰體的破壞；排水棱體能迅速將堰面滲水排出，減少對堰面的浮托力；護面結構是隔離堰體材料和水流 直接接觸，提高抗沖能力，使過流時堰體不受水流的破壞。(2)土石過水圍堰結構組成一期上游土石過水圍堰布置在大壩右岸壩縱0-106.00m

6、樁號，圍堰軸線長100m,圍堰主要由八個材料分區(qū)構成。一區(qū)為圍堰俄堤塊石料， 為滿足截流需要，俄堤頂寬15門上下游邊坡為1: 1.5，俄堤頂高程為296.0m,俄堤總長90.0m；二區(qū)為土石渣回填料，主要利用壩肩開挖料，由右岸上游水泥廠棄渣場轉運，將土石渣填筑至296.00m高程作為上游圍堰的防滲灌漿施工平臺，迎水坡比1:1.5 ;三區(qū)為堰體上游坡過渡料，頂部厚度1.0m，迎水坡比為1:1.75 ;四區(qū)為上游坡塊石料，為抵擋上游水流的剪切作用采用拋填大塊石料，同時在299.00303.00m高程采用鋼筋籠進行保護；五區(qū)為連接圍堰灌漿軸線的粘土心墻料，高程在296.00303.00m ,厚度2.

7、04.0m ,粘土心墻料底部連接堰體及基巖的雙排塑性灌漿，形成上游的防滲帷幕；六區(qū)為粘土心墻料周邊的反濾料，厚度0.6m；七區(qū)為保護堰體的護面結構，經計算需設置為鋼筋混凝土面板，厚度1.0m，坡比1:4.5,面板底坡設計為平底結構，同時為了防止因沉陷、溫度收縮等原因產生裂縫，對面板進行分縫分塊，沿圍堰軸線方向每20m設置一條橫縫，縫中填塞瀝青杉木板。為了減少作用于面板上得揚壓力，在面板上設置直徑50mm非氣孔，孔深1m間排距2m,梅花型布置。同時為防止水流對下游堰腳的沖刷，在下游坡堰腳設置了鋼筋籠和大塊石進行護腳；八區(qū)為自潰堰結構，采用粘土麻袋堆筑，布置在303.00307.00m高程，頂寬4

8、.0m，高4.0m,上下游坡比均為1:0.5，圍堰填筑材料分區(qū)特性見表2.1。表2.1土石過水圍堰填筑料特性表分區(qū)填料名稱粒徑范圍(mm粒徑要求一區(qū) 俄堤塊石料1500200級配相對連續(xù)二區(qū)回填土石渣2000.05小于5mm勺細粒含量在25%&右三區(qū) 過渡料2002要求級配良好，最大粒徑小于200mm P5mm=20%30% P0.075mm=0%5%四區(qū) 拋填大塊石600100堅硬完整，不易風化，級配相對連續(xù)五區(qū)粘土心墻料50.05要求粘粒含量在30%50究間，天然含水量宜為最優(yōu)或塑限重粘土不宜采用六區(qū) 反濾料2000.05要求級配良好，最大粒徑小于200mm P5mm=20%30%

9、 P0.075mm=0% 5%七區(qū)鋼筋混凝土C20二級配八區(qū)粘土麻袋同粘土心墻料2.3.2土石圍堰實施情況一期土石過水圍堰在施工過程中，根據現(xiàn)場的施工組織條件，將壩頂自潰堰由粘土麻袋調整為混凝土結構，其它結構均未發(fā)生更改。2008年11月份進水枯期時已基本完成其使命，但在對一期上下游圍堰進行由上而下逐層拆除時，卻遭遇了超標準的洪水，從后期洪水過后的堰體檢查及基坑清理情況來看，圍堰結構除部分過流保護面板被破壞外，其上下游堰體的防滲心墻均未受到太大破壞。工程實踐證明：土石過水圍堰對于洪枯水位變化較大的山區(qū)河流具有較大的使用價值，同時過水圍堰 的結構設計同工程的河道水流條件、地形、地質條件也息息相關

10、，過水圍堰的結構能否經得起洪水的考驗 值得設計者深思。本工程由于拆除圍堰時已臨近枯水期，在圍堰過水前堰體過流保護已經拆除部分，當遭遇超標準洪水來臨時，圍堰基坑全部過水，但洪水過后圍堰防滲體依然存在，修復后仍具備擋水條件，經 分析的原因有二：一是拆除的堰體部分是從背水面拆除，且絕大部分過流保護尚未拆除；二是圍堰施工質 量較好，堰體鋼筋籠及護腳碼放整齊結實。2.4碾壓混凝土圍堰左岸二期圍堰原設計為土石過水圍堰，但由于受2008年凝凍天氣影響及一期土石過水圍堰在2008年枯期遭遇超標準洪水等外界因素，導致二期圍堰截流時間推遲到2009年的4月份施工。根據工程實際進展情況，左岸二期截流選擇在汛前4月份

11、進行，且距離汛期只有1個月的時間。因此圍堰設計時，需充分考 慮施工過程中所面臨的風險，特別是面臨圍堰施工進入汛期，在未完建的情況下遭遇較大洪水，從而導致 洪水漫過圍堰而被沖毀的風險。因此為降低圍堰施工期遭遇洪水漫壩的損失，通過分析比較，將原設計的土石過水圍堰方案調整為碾 壓混凝土圍堰。2.3.1混凝土圍堰結構設計針對圍堰的結構形式、施工方法、施工進度安排等方面進行優(yōu)化和分析，為滿足碾壓混凝土圍堰的施 工條件，需待上游圍堰俄堤填筑完成后，立刻進行俄堤部位的防滲，防滲采用在上游坡面填筑粘土的方式，待碾壓混凝土圍堰具備干地條件時即可進行澆筑。考慮碾壓混凝土圍堰大倉面薄層澆筑、快速上升的優(yōu)勢，為滿足其

12、快速澆筑立模施工的條件，將圍堰下游面設計成臺階狀，每層臺階寬x高為2.6mx 3.0m,而圍堰頂部寬度5.76mo上游圍堰按重力式圍堰設計，堰體材料為C15三級配混凝土。2.3.2混凝土圍堰實施情況二期上游土石圍堰俄堤于2009年4月15日開始填筑，并于2009年4月17日成功合龍。由于烏江流 域連續(xù)降雨，上游的思林和構皮灘兩個電站均比原計劃推遲下閘蓄水，因此無法通過上游水庫調節(jié)來幫助 沙沱降低來水量。但為確保土石圍堰俄堤不過流形成潰堰，從而保證圍堰安全和碾壓混凝土圍堰的順利實 施，結合現(xiàn)場地形及樞紐建筑物布置方式，將上游的俄堤臨時由297.00m加高至307.00m。同時考慮到即將進入烏江流

13、域主汛期，土石圍堰施工將會面臨更大的洪水考驗，因此為加快圍堰施工進度，在上游俄堤 未閉氣的情況下，現(xiàn)場建設方調整了碾壓混凝土圍堰的施工工序：(1)考慮將碾壓混凝土圍堰分成2區(qū)，然后采用土石渣分期堆筑子圍堰，同時澆筑水下混凝土，以保證水 下混凝土在靜水中完成施工；(2)待1區(qū)水下混凝土澆筑完畢后， 采用2條預制廊道作為基坑水流的分流通道，然后再澆筑2區(qū)混凝土，待水流經廊道排出時，將1區(qū)和2區(qū)合并一倉，以滿足碾壓混凝土圍堰大倉面，薄層碾壓的施工要求。工程實踐證明：汛前成功截流后，在上游水位暴漲的情況下，圍堰尚未具備閉氣條件時，采用分期導流的 方式，通過預留的通道排水，同時澆筑水下混凝土，并將碾壓混

14、凝土分塊澆筑的施工方法，既節(jié)省了圍堰 閉氣所需的工程量，又節(jié)省了閉氣所需的時間，確保了沙沱電站二期截流的節(jié)點工期，為大壩左岸基坑全面施工創(chuàng)造了重要條件。2.4新型硬填料圍堰2.4.1新型硬填料圍堰結構設計“新型硬填料壩”是一種新型壩型，集混凝土面板堆石壩與碾壓混凝土壩的優(yōu)勢為一體，其基本特征是對稱剖面、壩內無內部排水、上游設防滲面板、并采用硬填料的干貧碾壓混凝土作為壩體。現(xiàn)場在沙沱 水電站二期下游圍堰開展筑壩研究試驗。烏江二期下游圍堰總長132.5m，頂寬10m,高程301.0m。其中296.0301.0m為水下混凝土，293.0296.0m為C15三級配貧膠凝碾壓混凝土，296.0301.0

15、m為硬填料。上下游坡比1 : 0.6,設置2道橫縫，并布置橡膠止水帶。新型硬填料介于CSGW面板堆石壩之間，其主要施工特點為：就地取材，骨料可直接來自樞紐建筑物的石方開挖料， 不須另外加工； 骨料粒徑大， 可以達到70cm；膠凝材料用量少， 水泥、 粉煤灰用量為40kg/m3、30kg/m3、25kg/m3;施工簡單快速，可利用現(xiàn)場挖掘直接拌制；有利于環(huán)境保護；減少溫控費用，節(jié)省投 資。圍堰材料相應的配合比見下表2.4-1 o表2.4-1貧膠碾壓混凝土及硬填料配合比表名稱 砂率單位體積用量(kg/m3)減水劑摻量容重(kg/m3)水泥粉煤灰人工砂小石中石大石石渣水貧膠碾壓混凝土35 40 40

16、 791 574 461 464800.5硬填料25 40 40580178 750.5 2513硬填料27 30 30635178 700.5 2521硬填料27 25 25638178 700.5 2521備注：VC值控制在220s,實施推薦值1015s2.4.2新型硬填料圍堰實施情況(1)施工順序硬填料圍堰施工順序如下：樞紐建筑物開挖一超粒徑骨料剔除一拌和量及各材料添加量計算一添加砂 漿、水一現(xiàn)場拌制一成品運輸一攤鋪碾壓。(2)施工工藝采用26t鋼輪振動碾，激振力大于35t進行碾壓，碾壓層按50cm 60cm 70cm 80cm四種情況進行試驗， 攤鋪厚度分別為55cmr66cm77cmr 88cm碾壓遍數(shù)為無振2遍+有振4遍+無振1遍。 振動碾行車速 度1.53km/h。壓實度要求不小于90%工程實踐證明：貧膠硬填料筑壩施工快捷、安全、環(huán)保、投資經濟，具有較大的推廣價值。3結束語貴州烏江沙沱水電站是烏江梯級開發(fā)的圓夢工