石門縣皂市水利樞紐施工導(dǎo)流方案研究

石門縣皂市水利樞紐施工導(dǎo)流方案研究

棗市水庫采用一次河床切割和右岸孔口排水的灌溉?？菟谟蓢邠跛?導(dǎo)流隧洞泄流,基坑內(nèi)干地施工;汛期圍堰過水,基坑淹沒。導(dǎo)流建筑物包括上、下游各1道土石過水圍堰及1條10.0m×12.0m城門洞型導(dǎo)流洞。其中,上游土石圍堰高程92.0m以下按過水土石圍堰設(shè)計(jì),高程92.0m以上為枯水期擋水子堰。1河岸基巖帶上游土石圍堰軸線距大壩軸線115m,頂高程98.0m,高程92.0m處堰頂軸線長193.56m。河流流向方位角約160°,兩岸地形坡度30°～36°,枯水期水面寬約125.0m,水深一般3.0～6.0m,河床高程73.0～75.0m。河床基巖面高程69.0～71.0m,河床覆蓋層厚2.0～4.0m,主要由砂卵石組成,其透水性強(qiáng)。兩岸基巖裸露,近河岸坡局部為第四系坡積物,堰基從左岸到右岸分別為厚層灰?guī)r夾燧石條帶、結(jié)核及團(tuán)塊、粘土巖夾粉砂巖、薄—厚層石英砂巖夾頁巖、D13h3h1中厚層石英砂巖夾粉砂巖和頁巖。巖層傾向上游偏左岸,傾角50°左右。堰基巖體工程地質(zhì)條件一般,左岸堰頭灰?guī)r中存在巖溶現(xiàn)象,堰基上部巖體為中等透水性,有F2斷層穿過。2過水保護(hù)設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)水文資料及導(dǎo)流隧洞泄流能力的分析,上游圍堰經(jīng)調(diào)蓄后的擋水水位為96.33m(設(shè)計(jì)流量為10a一遇洪水流量2400m3/s)。圍堰保護(hù)高程為92.0m,相應(yīng)擋水標(biāo)準(zhǔn)為11～3月10a一遇洪水流量1230m3/s(也可擋10月5a一遇洪水)。過水保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為全年10a一遇洪水流量6120m3/s。過水保護(hù)斷面位于堰體內(nèi),2005年汛期必須安全度汛,不被沖毀,為汛后大壩及消力池、廠房迅速恢復(fù)施工提供必要的條件。保護(hù)斷面以外部分在汛前拆除。3比較和選擇上游壩的類型3.1洪水沿邊地沿邊向緩沖沿—圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)比較初步設(shè)計(jì)階段,上游圍堰枯水期擋水標(biāo)準(zhǔn)按擋10月至次年5月10a一遇洪水考慮,圍堰頂高程為104.5m。擋水期遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)(圍堰庫容達(dá)1.2億m3),洪水漫過圍堰頂部。由于上游圍堰上部子堰填筑體均為散粒料,過水時(shí)會(huì)被沖刷破壞,可能在較短時(shí)間內(nèi)垮塌破壞而形成潰堰,破壞下部過水保護(hù)斷面的結(jié)構(gòu)。水庫內(nèi)攔蓄的洪水也會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)泄至下游,對(duì)下游造成破壞。因此在施工詳圖階段,為減小可能的潰堰風(fēng)險(xiǎn),經(jīng)對(duì)基坑內(nèi)施工項(xiàng)目的進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整,將擋水時(shí)段縮短為10月至次年4月,相應(yīng)圍堰堰頂高程由104.5m降為98.0m,子堰高度由12.5m降為6.0m,攔蓄庫容由1.2億m3降為0.8億m3。3.2水中拋填粘土的施工初步設(shè)計(jì)階段,上游過水圍堰基礎(chǔ)采用粘土截水槽防滲。施工詳圖階段,考慮到水中拋填粘土所形成的斜心墻固結(jié)后會(huì)產(chǎn)生較大的垂直位移,影響堰面混凝土面板的整體性,且粘土與基巖及兩岸的接頭部位施工較困難。因此在施工詳圖階段,改用高壓旋噴防滲墻上接復(fù)合土工膜的防滲型式,并對(duì)基巖強(qiáng)滲漏帶進(jìn)行灌漿處理。3.3比較大壩位置初步設(shè)計(jì)階段,戧堤布置在圍堰上游側(cè),以避開防滲體軸線。施工詳圖階段,由于圍堰防滲型式的改變,將戧堤移至堰體靠下游側(cè)。3.4圍堰基礎(chǔ)填充土初步設(shè)計(jì)階段,鑒于圍堰實(shí)際過流變化區(qū)間大、下游水深變化范圍大,開挖覆蓋層至基巖,將圍堰基礎(chǔ)設(shè)于基巖上,并在下游側(cè)拋填寬35.0m、厚4.0m的大塊石護(hù)腳。施工詳圖階段,則采用開挖至基巖后澆筑混凝土鎮(zhèn)墩的坡腳保護(hù)型式。3.5護(hù)面混凝土板厚在不同的設(shè)計(jì)階段,曾研究了鋼筋石籠、混凝土楔形板、現(xiàn)澆鋼筋混凝土板等多種護(hù)面保護(hù)型式。實(shí)施時(shí)選用鋼筋混凝土板護(hù)面保護(hù)型式。經(jīng)計(jì)算分析,計(jì)算厚度為1.4～1.6m。參照隔河巖下游過水圍堰(堰面流速11.0～12.4m/s,護(hù)面混凝土板厚1.5m)等類似工程的經(jīng)驗(yàn),確定板厚為1.5m。水工模型試驗(yàn)也驗(yàn)證了混凝土板厚1.5m的合理性,同時(shí)根據(jù)模型試驗(yàn)成果對(duì)局部混凝土板的厚度進(jìn)行了調(diào)整,將高程84.0m平臺(tái)上的混凝土板由1.5m加厚為1.8m。初步設(shè)計(jì)階段和施工詳圖階段的圍堰橫剖面分別見圖1和圖2。4圍堰子堰三根據(jù)工程需要,在1∶100水工正態(tài)整體模型上進(jìn)行了導(dǎo)流隧洞單獨(dú)泄流的泄流能力、導(dǎo)流隧洞與上游圍堰(堰頂高程92.0m)聯(lián)合泄流的泄流能力及子堰的潰堰試驗(yàn)。聯(lián)合泄流試驗(yàn)表明:在上游水位97.84m時(shí)(相當(dāng)于圍堰和隧洞聯(lián)合泄流6120m3/s),圍堰過流量為4700m3/s(隧洞分流1420m3/s),堰面單寬流量為23.96m3/(s·m),堰頂最大流速為5.3～7.0m/s,高程84.0m平臺(tái)上最大流速達(dá)14.3m/s。潰堰試驗(yàn)表明,在上游圍堰子堰由高程97.0m潰至92.0m的過程中,不論最大洪峰流量是3370m3/s還是6120m3/s,上游圍堰的混凝土塊體均沒有發(fā)生塌落或移向下游,僅在最大洪峰流量6120m3/s時(shí),上游圍堰高程84.0m平臺(tái)上的混凝土塊體有局部移動(dòng);在上游圍堰子堰由高程104.3m潰至92.0m的過程中,最大洪峰流量3370m3/s或6120m3/s時(shí),均可見高程84.0m平臺(tái)上河床部位的混凝土塊體率先破壞,緊接著是左、右岸及上、下游側(cè)的塊體發(fā)生破壞。5上下壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1平臺(tái)及邊坡土石過水圍堰防護(hù)部分相應(yīng)擋水標(biāo)準(zhǔn)為11～3月10a一遇洪水流量1230m3/s(也可擋10月5a一遇洪水)。經(jīng)調(diào)蓄后相應(yīng)水位為90.40m,圍堰防護(hù)頂高程92.0m,頂寬20.0m。背水側(cè)以1∶5邊坡與高程84.0m消能平臺(tái)相接。平臺(tái)寬24.0m,平臺(tái)以下邊坡為1∶2.5,坡腳開挖至基巖后澆筑高6.0m的混凝土鎮(zhèn)墩。圍堰主要采用面流方式消能,利用背水側(cè)的消能平臺(tái),將下泄水流導(dǎo)向下游水流表面,并在平臺(tái)附近的表面主流與河床之間形成旋滾,將主流與河床隔開,通過旋滾消耗余能,避免主流直接接觸河床,防止堰腳被沖刷破壞。在上游來水為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)過流量時(shí),平臺(tái)收縮斷面最大流速為14.3m/s,采用1.8m厚混凝土板重點(diǎn)加以防護(hù)。平臺(tái)以上邊坡采用平均厚度1.5m的混凝土板防護(hù)。消能平臺(tái)以下邊坡采用1.8m厚混凝土板防護(hù),以較完整的整體結(jié)構(gòu)抵御高速紊動(dòng)水流的沖擊。為盡量減少圍堰過水防護(hù)部分的沉降變形,減小混凝土防護(hù)層的揚(yáng)壓力,除截流戧堤外,其余部位均采用透水性較好的石渣或石渣混合料填筑,同時(shí)在防沖面板上布設(shè)孔排距均為2.0m的〉100mm排水孔。5.2圍堰頂高程和過流面下游圍堰擋水時(shí)段與上游圍堰相同,堰頂軸線長136.87m,設(shè)計(jì)擋水位78.35m,圍堰頂高程為80.5m。高程78.5～80.5m為2m高的子堰,高程78.5m以下為過水保護(hù)部分,過流面采用1m厚鋼筋籠裝塊石保護(hù)。坡腳用大塊石保護(hù)。下游圍堰采用高噴防滲墻防滲,高噴施工在高程78.5m平臺(tái)上進(jìn)行。65年2月至2005年3月利用方案皂市水利樞紐于2004年2月8日正式開工,9月30日河床截流成功,2005年2月過水?dāng)嗝嫣钪盎炷练罌_面板施工完成。2～4月由加高子堰擋水,汛前拆除上部子堰。2005年汛期,圍堰過水1次,上游最高水位92.1m,圍堰及基