深厚砂礫石覆蓋層壩體圍堰施工技術(shù)

深厚砂礫石覆蓋層壩體圍堰施工技術(shù)

一、右自然港口港口分層布置廣東省清遠(yuǎn)水庫工程位于廣東省清遠(yuǎn)地區(qū)北江支流。該項(xiàng)目的任務(wù)是運(yùn)輸和改善水環(huán)境，并結(jié)合能源和后調(diào)節(jié)，以改善灌溉、供水條件和供水設(shè)施的配置。工程從左到右依次為左岸土壩(含連接段)、電站廠房、門庫、31孔泄水閘、門庫、船閘、船閘門庫、右岸土壩(含連接段),同時(shí)廠房左側(cè)預(yù)留位置布置二線船閘,壩頂全長1,520.42m。泄水閘置在河床的主河道,軟基建閘,采用平底寬頂堰型,堰頂高程3.0m,單孔凈寬16.0m,工作閘門為露頂式平板鋼閘門。船閘為Ⅲ級(jí)船閘,船舶噸位按1,000t設(shè)計(jì)。電站為河床式廠房,位于左岸,右側(cè)與泄水閘相鄰,左側(cè)接門庫段,電站共安裝4臺(tái)貫流式燈泡機(jī)組,總裝機(jī)容量44MW。壩頂高程19.5m,壩頂寬8m。二、排水條件1.北江流域年、月際變化特征北江暴雨中心主要出現(xiàn)在英德至清遠(yuǎn)一帶,暴雨具有范圍較廣、強(qiáng)度大、歷時(shí)不長等特點(diǎn)。北江流域洪水是由暴雨形成,洪水發(fā)生時(shí)間和地區(qū)分布與暴雨一致,大洪水主要出現(xiàn)在5~6月。多年平均降水量1400mm~2500mm,徑流年內(nèi)變化不均勻,豐枯流量相差較大。4~9月為豐水期,10月~翌年3月為枯水期。豐水期徑流量占全年徑流量的76%左右,尤以4月~6月徑流量最大,該時(shí)段徑流量占全年徑流量49%左右;12月~翌年1月徑流量最小,僅占全年徑流量5.6%。北江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū),多年平均氣溫21.7℃,7月份平均氣溫最高,1月份平均氣溫最低。流域年平均風(fēng)速在1.1m/s~1.9m/s之間,冬季風(fēng)速較大,夏季相對(duì)較小,但受夏季臺(tái)風(fēng)侵襲時(shí),風(fēng)速可達(dá)年最大值。流域冬季盛行偏北風(fēng),夏季盛行偏南風(fēng),春秋轉(zhuǎn)換季節(jié)風(fēng)向極不穩(wěn)定,多數(shù)地方全年中偏北風(fēng)出現(xiàn)機(jī)會(huì)最多。2.下砂卵礫石層壩址區(qū)河床由砂層和砂卵礫石層組成,呈松散~中密狀,上部由含泥中細(xì)砂、含礫中粗砂、礫質(zhì)中粗砂等組成,一般厚8.0m~22.0m,最厚達(dá)25.0m;下部砂卵礫石層由含泥砂卵礫石和砂卵礫石組成,局部有含泥中粗砂,一般層厚4.4m~9.0m,最厚大于15.0m。河床砂層及砂卵礫石層滲透系數(shù)K=4.0×10-2cm/s~K=1.0×10-3cm/s,滲透性屬中等偏強(qiáng)透水,且厚度大。三、施工指南1.河口河段航道總寬1.25m壩址河段為典型的寬淺式河床,壩址河床開闊,河床總寬約1550m。清遠(yuǎn)以下至三水河口段航道為Ⅴ級(jí)航道,施工期通航要求較高。結(jié)合樞紐布置采用河床分期導(dǎo)流方式。2.設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)樞紐工程為Ⅰ等大(1)型工程,樞紐主要建筑物為2級(jí)。根據(jù)《施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL303-2004)規(guī)定,導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4級(jí),土石結(jié)構(gòu)導(dǎo)流建筑物相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20~10年一遇。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用下限值,即選用10年一遇設(shè)計(jì)洪水。3.交通廊道導(dǎo)行方案方案三在初設(shè)階段,對(duì)導(dǎo)流方案進(jìn)行了三個(gè)方案比較,分別為:(1)方案一:分兩期施工,一期主要進(jìn)行右岸土壩、船閘、門庫、17孔泄水閘的施工;二期主要進(jìn)行左岸14孔泄水閘、電站廠房、門庫及左岸土壩施工。(2)方案二:分三期施工,一期主要進(jìn)行左岸導(dǎo)流通航明渠、左岸16孔泄水閘、電站廠房、左岸門庫的施工;二期主要進(jìn)行右岸土壩、船閘、門庫、15孔泄水閘及右岸土壩的施工;三期主要進(jìn)行左岸導(dǎo)流通航明渠范圍內(nèi)土壩及左岸15.0m高程平臺(tái)填筑的施工。(3)方案三:分二期施工,一期主要完成右岸土壩、船閘、門庫、20孔泄水閘及左岸電站廠房的施工;二期完成左岸11孔泄水閘、左岸土壩的施工。方案一為初設(shè)推薦方案。工程于2009年11月開工,根據(jù)實(shí)際情況及項(xiàng)目業(yè)主要求將初設(shè)導(dǎo)流方案三作為工程實(shí)施導(dǎo)流方案,因此對(duì)工程實(shí)施階段的導(dǎo)流方案進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。其導(dǎo)流程序?yàn)?工程分二期施工,一期主要完成右岸土壩、船閘、門庫、17孔泄水閘及左岸電站廠房的施工;二期完成14孔泄水閘、左岸土壩的施工。導(dǎo)流程序見表1。四、1.2階段的主要技術(shù)問題1.圍堰堰腳河口防護(hù)范圍分析采用河床分期導(dǎo)流設(shè)計(jì),要在河床中水下填筑圍堰,由于河床是深厚的砂礫質(zhì)河床,其抗沖流速<1.0m/s,因而必須有可靠的防沖措施,才能保證縱向圍堰的安全,對(duì)此,參考已有工程防沖經(jīng)驗(yàn),通過施工導(dǎo)流模型實(shí)驗(yàn),進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)。工程在初步設(shè)計(jì)階段推薦的導(dǎo)流方案分別進(jìn)行了定床和動(dòng)床實(shí)驗(yàn),實(shí)施階段的導(dǎo)流方案抗沖防護(hù)措施通過理論計(jì)算和定床實(shí)驗(yàn)得出上游水位和流速情況,結(jié)合初設(shè)成果,對(duì)圍堰堰腳河床保護(hù)范圍進(jìn)行擬定,擬定抗沖防護(hù)措施為四部分:(1)中間原河床導(dǎo)流明渠:中間原河床導(dǎo)流渠左右側(cè)縱向圍堰(一期枯水縱向圍堰和廠房右側(cè)縱向圍堰)上游裹頭堰腳河床部位防護(hù)范圍為50m,裹頭下游段圍堰堰腳河床部位防護(hù)范圍為38m,在壩軸線上游75m、下游85m處分別設(shè)置一道寬30m、厚1.5m的橫向鋼筋石籠防沖槽,護(hù)底鋼筋石籠頂稿程均不得高于1.40m。(2)左岸導(dǎo)流明渠:左岸導(dǎo)流明渠左右側(cè)邊坡防護(hù)均采用厚1.0m鋼筋石籠護(hù)坡,廠房左側(cè)縱向圍堰上游裹頭堰腳底部防護(hù)范圍為50m,明渠段堰腳(坡腳)處渠底防護(hù)范圍均為20m,在壩軸線上游75m、下游85m處設(shè)置兩道寬30m、厚1.5m的橫向鋼筋石籠防沖槽,明渠護(hù)底鋼筋石籠頂高程不得高于3.0m。(3)船閘縱向圍堰:船閘縱向圍堰堰腳河床防護(hù)采用1m厚的鋼筋石籠防護(hù),防護(hù)范圍為15m。(4)二期枯水縱向圍堰:上、下游裹頭堰腳防護(hù)范圍均采用1m厚鋼筋籠防護(hù),防護(hù)范圍均為32m;為防止已建好的閘底板振密加密砂土的沖刷,在已建閘外側(cè)邊緣處設(shè)置寬600mm,底高程-9m的水泥攪拌樁縱向防沖墻進(jìn)行封閉。同時(shí)二枯縱向圍堰左側(cè)護(hù)底范圍與原一枯縱向圍堰范圍的鋼筋石籠連接起來,形成整體護(hù)底。在已建好的11孔泄水閘上游護(hù)坦外側(cè)設(shè)置寬32m、厚1m的鋼筋石籠防護(hù)帶。2.圍堰堰基防滲體底高程方案圍堰堰基覆蓋層深約25m~38m,滲透性屬強(qiáng)透水。如果堰基防滲體深入基巖,防滲體長度長達(dá)32m~45m,投資約11,631萬元,在初設(shè)階段通過在滿足安全情況下進(jìn)行防滲深度與圍堰滲流穩(wěn)定關(guān)系分析對(duì)各期圍堰計(jì)算,確定堰基防滲體底高程范圍,以節(jié)省導(dǎo)流費(fèi)用。在確定防滲體底高程時(shí)主要從以下方面考慮:(1)防滲體必須采用施工簡單、進(jìn)度快、較經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠的防滲措施,堰基為砂卵礫石層,可采用高壓灌漿、地下連續(xù)墻及攪拌樁等防滲技術(shù)。(2)各建筑物開挖深度相差較大,各期圍堰擋水水頭不同,其中枯水圍堰擋水水頭約10m、電站廠房圍堰達(dá)33m、船閘圍堰達(dá)23m,因此圍堰防滲技術(shù)是保證工程順利進(jìn)展的重要技術(shù)措施。(3)各建筑物需要干地施工工期不同:泄水閘6個(gè)月、電站廠房需約2年、船閘需約1年,從工期及導(dǎo)流程序來看,電站廠房的工期是整個(gè)工程控制工期,因而電站廠房圍堰的防滲體要求是工程圍堰防滲重點(diǎn),防滲體底宜伸入基巖。在滿足滲流穩(wěn)定安全前提下選定三組防滲體底高程方案,通過堰基防滲體投資與基坑排水費(fèi)用比較選定防滲體底高程,詳見下表3、表4。通過上表2~4比較,對(duì)各期圍堰堰基防滲體底高程設(shè)計(jì)如下:(1)電站廠房圍堰堰基防滲體為厚600mm塑性混凝土防滲墻,防滲體底伸入基巖1m;(2)船閘圍堰堰基防滲體為懸掛式高噴板墻與旋噴板墻結(jié)合,防滲體底高程為-16.0m,約局部最低開挖面以下5m;(3)枯水圍堰堰基防滲體為懸掛式高噴板墻,防滲體底伸至建筑物最低開挖高程約3~5m,伸入砂層7m~13m。五、航道控制水位不適宜,二枯期間值內(nèi)定航近幾年北江貨運(yùn)量在600萬t左右,施工期須滿足Ⅴ級(jí)航道通航標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)施工導(dǎo)流程序安排,一枯期間通航利用中間原河床明渠作為通航航道。在二枯截流時(shí),中間河床不能滿足通航要求,通航航道布置在左岸導(dǎo)流明渠靠左岸側(cè)。二枯期間采用一期泄水閘控制水位以滿足船閘臨時(shí)通航為主,左岸導(dǎo)流明渠為輔。二枯后采用閘門控制水位,船閘通航。船閘建成后影響通航,有三段期間需斷航,分別為:(1)二枯截流期需泄水閘全部開啟將水位降至最低期間;(2)二枯截流后圍堰防滲系統(tǒng)施工期為將水頭差降至最低,減少施工難度,需將泄水閘全部開啟期間。(3)二汛初在已建泄水閘的控泄下不能滿足船閘通航天數(shù)。六、圍堰防沖設(shè)計(jì)及滲流設(shè)計(jì)(1)在施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)過程中對(duì)各類問題進(jìn)行了深入比較