砂砾体围堰在小型水电站工程中防渗处理.doc

砂砾体围堰在小型水电站工程中的应用及其防渗处理
1．工程概况
xx水电站位于xx省xx市xx镇xx村，是袁河干游上的一座具有航运及水利发电的水利枢纽工程。坝址以上控制流域面积为5094km2。电站正常蓄水位为高程▽36.5m（黄海高程）。袁河干游右汊道为17孔闸坝，厂房工程位于罗坊镇笏洲村袁河干游左汊道河床,为河床式厂房，共安装6台轴流式发电机组，总装机容量7500 KW。
该工程于2004年12月25日开工，围堰填筑施工方案经过反复技术论证、经济比较，采取厂房施工区与闸坝施工区分期进行全断面截流的导流方式。河床左汊道厂房区上下游围堰先进行全断面截流， 厂房具备过流条件后，再施工河床右汊道闸坝区上下游围堰。
2．围堰填筑
2.1 工程区水文地质
工程区位于袁河下游，地势平坦，主要地貌类型为河谷堆积平原地形及构造剥蚀低丘岗阜地形。坝址河床区地层依次为砂砾层及砂卵石层、泥质粉砂岩层；两岸地层为残坡积层，主要为红褐色粘土，土层较紧，粘性较强，可塑，厚度较大。河床区砂砾层及砂卵石层覆盖厚度为7.0—13.5m，呈强透水性，渗透系数大，砂卵石层以下泥质粉砂岩层呈弱透水性，渗透系数≤1×10-4cm/s，两岸红褐色粘土地层呈弱透水性，渗透系数≤1×10-4cm/s。

2.2围堰施工方案的选择
围堰设计标准为3年一遇洪水，堰顶高程确定为3年一遇洪水位加1.0m超高。上游围堰堰顶高程为▽34.90，下游围堰堰顶高程为▽33.50。
工程区砂砾石、砂卵石天然填筑料蕴藏量丰富，可就近开采运输，故堰体填筑料就近选用砂砾石与砂卵石。
堰体基础砂砾石层与砂卵石层覆盖层较厚，含水率处于饱和状态，渗透系数大，采用回填换土法形成粘土防渗槽进行水下基础深槽开挖易形成地下潜流，施工时人员、设备极不安全，且开挖工程量大。故围堰填筑方案选择先直接填筑砂砾体堰体，再进行基础与堰体防渗处理。围堰施工方案剖面图如图1所示。
图1 围堰施工方案剖面图
2.3围堰施工简介
xx水电站厂房围堰于2004年12月25日开始填筑，填筑前对堰体与两岸接头的乱石、杂土进行清除，并在两岸堆填备用砂砾料。施
工总体程序：先填筑上游围堰，待上游围堰填筑高出水面1.0m后，再填筑下游围堰。填筑时利用3.0m3挖铲开采河床中的砂砾料，15t自卸车运输，直接从两岸向河床逐步进行双向进占，预留15.0m宽拢口。合拢时采用D85型推土机直接从拢口附近推填堆料进行立堵合拢。拢口闭气后，将堰体加宽加高至设计高程，即进行围堰防渗处理。
3.防渗处理
为解决防渗问题，堰体迎水面铺设双层土工编织布进行防渗处理，编织布之间错开搭接缝，人工潜水定位，确保堰脚编织布的水下平铺长度与正确搭接。编织布从堰顶延伸至水下过堰脚3·0m 处，坡面压双层砂砾体编织袋进行防冲处理，坡脚堆3.5m宽1.5m高的砂砾体编织袋，砂砾体编织袋外堆填废土形成压脚。
堰体基础采用深层搅拌水泥粘土浆成墙进行基础防渗处理。采用多头小直径钻机钻孔，布孔型式为套节型，开孔直径为0.3m，孔距为0.2m；根据灌浆试验确定水泥粘土浆的配比为水泥：粘土：水=1：1：6，水泥采用425#普通硅酸盐水泥。防渗墙渗透系数≤1.0×10-5cm/s。 防渗墙上部嵌入堰体0.5m，下部嵌入不透水层0.5m。
4、基坑渗流计算与实际效果比较
4.1深层搅拌成墙前基坑渗透流量
铺设双层编织布后，由于编织布的不透水性，堰体部分砂砾体渗
透量为零；又因两岸河堤为弱透水性红褐色粘土地层，渗透系数≤1×10-4cm/s，河堤背后为红褐色粘土地层河汊平原，故可认为来自两岸河堤的渗透量也为零。因此，基坑可能的渗水将来自堰体基础下面的砂砾体与砂卵石体透水河床。厂房基坑渗透量计算模型如图1所示。
利用单宽渗透量计算公式：q=KHT/（L+0.88T） [注1]
式中，K为渗透系数，根据经验砂砾石基础取10.83m/d。
（1）上游围堰堰体渗透流量
渗径长L=28.0m，水头差H=5.0m，渗透层厚T=10.0m（取平均值），则上游堰体单宽渗透流量q上= KHT/（L+0.88T）=14.71m3/（d·m）。故上游堰体透流量为：
Q上=14.71×450（上游堰体长度L=450m）=6619.5（m3/d）。
（2）下游围堰堰体渗透流量
渗径长L=23.0m，水头差H=4.0m，渗透层厚T=10.0m（取平均值），则下游堰体单宽渗透流量q下= KHT/（L+0.88T）=13·62m3/（d·m）。故下游堰体透流量为：
Q下=13·24×420（下游堰体长度L=420m）=5720.4（m3/d）。
（3）深层搅拌成墙前基坑理论渗透流量
Q总= Q上+ Q下=12339.9（m3/d）。
4.2深层搅拌成墙后基坑渗透流量
深层搅拌成墙后，理论上渗透层厚T=0m，基坑理论渗透流量Q总
= Q上+ Q下=0。
深层搅拌成墙后，正常情况下，实际基坑渗流可使用1台额定流量为100 m3/h的潜水泵每天1小时即可抽干，日实际渗水量约为100m3。
5. 深搅成墙施工注意事项
深搅成墙是地下工程，施工过程中应注意以下事项：
（1）由于钻孔深、砂砾层与砂卵石层较厚，为避免塌孔而产生“埋钻抱杆”，钻孔时每孔应采用泥浆护壁。
（2）深搅成墙前，基坑应尽量避免抽排水，以维持堰体水位平衡，避免堰体产生流沙、管涌等现象，防止堰体钻孔部位因水位差而产生塌孔现象。
（3）采用循环方式施工时，要注意保持泥浆排出量与补给量之间的平衡，防止因补给不足而造成泥浆液面下降。
6．结语
小型水电站具有工期短、投资规模小等特点，围堰填筑标准相对较低，砂砾体围堰是一项可行的技术，特别是在取土困难而砂砾石蕴藏量丰富的地区，此技术也是经济的。河床中坝基下砂砾层较薄，透水性较弱时，仅需对堰体迎水面进行防渗处理，建议优先考虑砂砾体围堰施工方案。