杨柳滩水电站一期施工导流设计.pdf

2 0 0 9 N o 6四川水利5 杨柳滩水电站一期施工导流设计王颖红(中国水利水电第五工程局有限公司市场开发部，四川双流，6 1 0 2 2 5)【摘要】介绍杨柳潍水电站一期施工导流方案、导流建筑物的布置以及围堰的结构型式。优化了投标阶段一期施工导流平面位置、围堰结构及基础防渗措施，取得较好的社会经济效益。【关键词】杨柳潍水电站一期施工导流方案导流建筑物布王国堰结构防渗措施l概述杨柳滩电站工程位于四川省宜宾县与云南省水富县的界河横江上，距水富县两碗镇下游约3 2 k m，距水富县城3 5 k m，距宜宾县城6 5 k m，上游距盐津县城6 2 k m。本工程开发任务是以发电为主，远期发展航运。电站为河床式电站，正常蓄水位3 3 7 0 m，相应库容2 1 0 6 万m 3，总装机容量3 1 7 M w，保证出力1 4 3 2 M W，多年平均发电量2 3 5 7 4 万k W h。电站为三等中型工程，其水工建筑物从左至右依次为：左岸接头坝(储门槽)、河床式厂房、冲砂闸、?l I f 洪闸，右岸预留升船机平台。冲砂闸紧邻主厂房布置，共3 孔，每孔宽9 0 0 m，兼做泄洪闸；泄洪闸紧邻冲砂闸布置，共7 孔，孔宽1 2 0 0 m，泄洪净宽8 4 0 0 m。厂房建筑物由进水口、主厂房、上、下游防洪墙、尾水渠等组成，副厂房位于主厂房与下游防洪墙之间。杨柳滩电站是横江梯级开发的第二级流域内水量充沛，主要来源于降雨，溶雪补给较少；流域内岩溶地形发育，地下水丰富，且与降水季节分布一致。坝址处多年平均流量2 7 6 m 3 s，实测年最大洪峰流量7 1 4 0m 3 8，实测年最小洪峰流量1 2 5 0m 3 s，洪枯变化较大。横江流域属典型的季风气候区，暴雨时间分布比较集中，暴雨地区分布不均匀，雨日和连续降雨过程较多，暴雨多具有同期性。降雨主要集中在61 0 月，尤以7、8 月份最多，占全年水量的2 3，洪水过程线为单峰或复峰型，以单峰型居多，最小流量一般出现在l 一3 月。坝址处洪水成果见表l，历年1 0 月、1 1 月及1 2 月逐句平均流量频率分析成果见表2。表l 杨柳滩水电站坝址处各分期设计洪水成果表2 杨柳滩水电站坝址处设计旬平均流量成果时段均值设计旬平均流量(m 3 s)旦塑!竺：1 21 三!丝呈：!旦望!：兰!丝1 2 丝上弘86 6 05 7 24 7 53 2 2I O中3 嘶5 3 l4 7 04 0 l2 下2 6 l“33 9 33 3 92 4 9上2 0 r 73 3 5。3 0 l2 6 31 9 9l l中1 9 23 2 22 9 72 4 81 8 3下1 6 42 5 22 2 92 0 31 5 9上1 4 7 5l 1 7 31 4 31 2中1 3 51 9 21 7 81 6 l1 3 2王!丝!坚!墨!堑2 导流方案的确定2 1 导流方式选择枢纽位于U 形河谷，流域洪水峰高量大、陡涨陡落。根据横江水文站1 9 6 0 2 0 0 0 年实测资料统计分析，多年平均流量2 7 6 m 3 s，实测年最大洪峰流量7 1 4 0 m 3 8(1 9 9 2 年7 月1 3 日)。实测年最小洪峰流量1 2 5 0 m 3 s(1 9 7 2 年7 月2 1 日)。河道洪枯流量倍比大，5 年一遇洪水流量为4 7 0 0 m 3 B，是同频率枯期流量1 9 0 m 3 s 的2 4 7 倍，水位变幅达l l m。因此，采用全年导流施工临时工程量大，不万方数据6 王颖红：杨柳潍水电站一期施工导流设计2 0 0 9 N o 6经济；而采用分期枯期导流施工，基坑施工工期短，施工强度大。根据本工程枢纽布置特点和水文条件，施工时形成厂房汛期小基坑，为厂房创造了全年施工的条件，可使工程早日发电。本标工程计划于2 0 0 4 年1 1 月1 1 日开工，2 0 0 4 年1 2 月1 5 日一期围堰截流，2 0 0 6 年l O 月l O日第一台机组发电，2 0 0 6 年1 2 月1 0 日第二台机组发电，2 0 0 7 年0 2 月1 0 日第三台机组发电，2 0 0 7年4 月1 0 日工程完工。总工期2 7 个月。根据本工程地形特点及工期要求，准备工程与主体工程齐头并进，导流方案采用“分期导流，两期两段施工”先围左岸，即第1 个枯水期(2 0 0 4年1 2 月一2 0 0 5 年4 月)利用一期上、下游围堰和纵向围堰挡水，进行左岸3 孔冲砂闸及厂房基础开挖及混凝土浇筑。在左岸3 孔冲砂闸具备过流条件后，再修建右岸二期挡水围堰，利用左岸3 孔冲砂闸过流，进行二期导流。汛期为保证厂房基坑的安全施工，一汛前完成厂房小基坑挡水围堰。汛期厂房在小基坑l 翻堰围护下进行全年施工。2 2 一期施工导流方案2 2 1 投标阶段一期施工导流方案及围堰结构形式第1 个枯水期利用一期上、下游围堰和纵向围垠挡水，进行3 孔冲砂闸、厂房基础开挖、底板混凝土浇筑，汛前完成厂房前沿拦砂坎及二期纵向阍堰施工，汛前3 孔冲砂闸具备过水条件，靠近冲砂闸的泄洪闸底板及左边墙混凝土浇筑至设计高程，施工期河床水流利用右岸束窄河床过流。根据本工程自然条件及枢纽布置特点，本着就地取材、经济合理原则，一期上、下游及纵向围堰结构形式均采用土石围堰结构。围堰堰体采用黏土心墙防渗，堰基利用黏土截水墙防渗，施工期辅助大功率水泵强排水施工。为保证施工期强排水不对排水沟边坡造成细料流失形成管涌现象，将集水坑四周用土工布围护，边角部位用编织袋压脚固定。投标阶段围堰结构形式如图1 所示。图l 投标阶段一期围堰结构2 2 2 施工阶段实际实施的导流方案施工实施阶段通过现场仔细测量后，将一期围堰平面布置做了适当的调整，调整后的一期H 爿堰轴线缩短了2 2 4 m。因当地老乡在坝址附近过度采砂，造成了整个坝址处多处出现深坑和深槽，河床内的砂砾石级配极不均匀，细料缺失，河床覆盖层大面积架空，透水严重。因覆盖层多处出现深槽，堰体高度增加较多，原心墙方案为在堰体上拉槽填黏土形成防渗体施工难度大且防渗效果不好。针对这一情况，我们对堰体结构形式做了调整平修改，前期先修建一个挡水子堰，利用子堰的围护，在堰后拉深槽并填黏土形成黏土截水墙的形式。实施阶段一期施工导流围堰结构如图2 所示。此方案的优点在于，堰体的黏土截水墙是在前期已施工的小堰体捎护下进行加深施工，保证了二次施工的黏土截水端的防渗深度，为堰体苯础整体防渗创造了有利条件。堰后拉槽填土和反斜墙防渗方式较好地利用了当地丰富的黏土料源，通过施工阶段的实践考验，证明修改后的一期围堰结构合理、实施方便，施工期渗水很小，围堰形成后施工期最大渗水量仅利用2 台功率为3 0 k w 水泵间断抽排，就满足了整个一期工程施工的需要。3 导流标准及水力学计算成果杨柳滩水电站为河床式电站，总装机容量3 图2 实施阶段一期围堰结构万方数据2 0 0 9 N o 6四川水利7 1 7 M w，电站为三等中型工程，枢纽主要建筑物级别为级，根据水利水电工程施工组织设计规范D L T 5 1 4 8 2 0 0 l 规定，其导流建筑物为V 级，一期围堰挡水标准采用枯期1 2 月一翌年4 月的5年一遇洪水(P=2 0)，相应导流设计流量为5 3 3 m 3 s。根据招标文件提供的水文、气象资料及现场踏勘成果，一期水力计算成果见表3。表3一期水力学计算成果项目一期导流特性导流时段导流标准导流设计流量(m 3。)导流方式上游水位(m)下游水位(m)束窄度()最大平均流速(m s)2 0 0 4 年1 2 月一2 0 0 5 年4 月P=2 0 5 3 3束窄河床3 2 4 9 53 2 1 1 23 0 4 2 l但在枢纽工程的实际施工过程中，因2 0 0 5 年3 月中旬和4 月上旬分别来了一场桃花汛，最大流量达到8 5 0 m 3 s 和l1 3 0 m 3 s，上游围堰被迫挖开一个缺口，基坑进水。汛后进行基坑恢复，除扒开缺口处围堰被冲毁，其它部分堰体基本完好，为基坑迅速恢复争取了时间。4 围堰设计一期导流建筑物有一期上、下游围堰及纵向围堰。一期纵向围堰沿左岸河床柬窄水流方向斫j 置，上下游围堰与水流方向基本呈垂直布置。一期围堰最大高度为4 6 0 m，采用土石围堰结构。围堰挡水标准为枯期(1 2 月4 月)5 年一遇洪水。4 1围堰挡水期间堰顶高程的确定一期工程施工期间，利用柬窄河床过流，水力计算束窄河床后的壅高z：一1 畦畴一廿2 2 92 9=岳=鼎=5 8 8 9 5(叫式中：沙流速系数，取0 8 5；耽收缩过水断面面积，这里近似将收缩断面水深取得与下游水深一致。w。=9 0 5 0 m 2耽上游过水断面面积。设z=2 3 3 m，则上游水位舭=2 3 3+3 2 1 1 2=3 2 4 9 4 8 6 m，)=争=砑=1 5 3 8 6(I T I s)o2 藏2 丽。1 5 3 酌(I T I 5)耽=3 4 6 4 0 2 m 2，7 一!。(兰：墨墨堕E 一(!：塑堑2：。一(0 8 5)2 2 9 8 l2 9 8 l=2 3 2 8 6(m)与假设相符。z=2 3 2 8 6，月r=3 2 4 9 5 m。采用土石围堰结构，因堰前回水吹程较短，不计人波浪高，堰顶超高0 5 0 m，故上游围堰堰顶高程为3 2 5 5 0 m。下游围堰不受河床束窄的影响，在设计施工流量为5 3 3 m 3 s 时，下游河床水位高程加上安全超高可得到下游围堰堰顶高程为3 2 2 0 0 m。4 2 堰体边坡设计土石围堰的水下部分需要进行水下抛填直至露出水面后才能在干地填筑，因此在围堰断面设计中区别对待。通过我局在其它工程中的实际施工经验，参照国内同类工程围堰施工经验，结合方便现场施工等综合因素，确定上下游及纵向围堰迎水面和背水侧边坡均为l：1 5 0。4 3 堰体及堰基的防渗结构4 3 1围堰的基础防渗。围堰基础处河床砂砾石覆盖层深厚、地质条件复杂，渗透系数较大，最大为1 1l 1 0 c n s。堰体采用高喷防渗墙为堰基首选防渗方案。但由于前期施工区范围内征地、当地采砂厂的干扰及设计图纸未到位等各方面因素的影响，造成一枯施：r 前期准备工作严重滞后，围堰堰壮采用高喷防渗墙施工已难以保证一枯主体工程施工进度要求。为此，一期围堰堰基及堰体防渗采用施工期相对较短的黏土截水墙和黏土斜心墙防渗。针对本工程一枯施工工期紧张的特点，本着就近取材、因地制宜的原则，堰基采用工区现有的黏土进行两道黏土截水墙防渗(即第一道截水墙挖至3 1 5 0 0 m 高程，第二道截水墙下挖至3 1 2 0 0 m高程)。4 3 2 堰体防渗：堰体防渗形式结合堰基黏土截水墙结构采用黏土反斜心墙方案，心墙厚度不小于4 0 m，要求堰体黏土反斜心墙与堰基黏土截水墙相接，形成一个防渗闭合体。4 4 土石围堰的接头处理上下游围堰与纵向围堰为一个施工整体，不存在接头问题。上下游土石围堰与左岸临水岸坡相接相接的岸坡坡度不得大于l：0 7，在岸坡上挖一截水齿槽，将围堰防渗体嵌入岸坡。4 5 土石嗣堰的防冲措施堰体形成后，为保证施：L 期堰体不被水流冲刷万方数据8 王颖红：杨柳滩水电站一期施工导流设计2 0()9 N o 6破坏，在上下游及纵向围堰堰体迎水面抛填大块石护坡，同时对上下游围堰与纵向围堰相接流速较大的拐角部位，利用铅丝笼(或竹笼)内置卵石护坡。因河床主河道在下游围堰出口处由右岸转为左岸，且右岸河床出露较高，下游围堰填筑时因河床的柬窄，与纵向围堰相接处河床过流断面狭小。水流流速较大，对下游围堰冲刷严重，为此需对右岸河床扩挖，减小河床水流对下游围堰的淘刷。4 6 土石围堰的防汛措施一期围堰在施工期应积极准备防汛物资，根据水文预报资料和防洪度汛要求对围堰进行加高和加固。为防止施工期超标准洪水淹没基坑造成工程损失(淹后围堰修复、清淤排水、机械设备及人员窝工等)，采取在堰体迎水面增设一道挡水子堰(即在上下游围堰及纵向围堰堰顶增加一道黏土编织袋子堰)，以保证基坑安全施工。子堰高1 O m，顶宽1 O m。子堰是否砌筑应根据当地水文预报资料经监理工程师批准后实施。5 一期围堰施工5 1主要工程特性和工程量表上、下游及纵向围堰长度分别为1 4 6 9 7 m、1 5 9 8 6 m 和3 0 6 3 2 m。一期导流建筑物主要工程特性和工程量见表4 和表5。表4一期导流建筑物主要工程特性项目土石方填筑黏土填筑大块石护坡(或嚣鬓惫石奢鹣基围堰拆除深槽回填注：表5 中第一次填筑系指前期上游和纵F J 咽堰填筑至3 2 2 0 0 m，下游围堰填筑至3 2 0 m 高程时围堰所填筑的工程量；第二次填筑系指在一期围堰基础上加高至设计高程时所需增加的工程量。5 2 施工时间安排因前期现场施工条件及各方面因素的影响。一期围堰施工期严重滞后，一枯主体工程施工期非常紧张。根据施工总进度安排，一期围堰进占时间安排在2 0 0 4 年1 2 月2 日开始进行填筑。1 2月1 5 日堰体合龙，1 2 月2 5 日围堰闭气，1 2 月2 8日具备基坑开挖施工条件。5 3 施工料源确定一期围堰施工土石渣料来源于左岸水上部分和基坑内的开挖料。2 0 0 4 年1 2 月上旬进行左岸水上部分工程边坡开挖，开挖碴料作为一期围堰3 2 2 0 0 m 高程以下堰体填筑料。围堰闭气后进行3 2 2 0 0 m 高程以上堰体加高施工。加高部分填筑料利用基坑开挖料。堰体防渗黏土就近取自施工区内合格黏土料，不足部分从业主指定土料场开采。5 4 围堰施工程序3 2 0 o o m 高程以下堰体填筑-+一期黏土截水墙施工+3 2 0 o o m 一3 2 2 0 0 m 高程堰体填筑及黏土心墙施工乃2 2 0 0 m 高程以下大块石护坡(含铅丝笼卵石护坡)-+基坑3 1 5 m 高程以上部分基础开挖一堰基第二期黏土截水墙旖工_ 3 2 2 0 0 m一3 2 5 0 0 m 高程堰体填筑及黏土斜心墙施工_+3 2 5 0 0 m 高程以上堰体填筑-+大块石护坡(含部分铅丝笼卵石护坡)6 结语杨柳滩水电站在施工过程中，依据枢纽区的地形地质及水利枢纽结构布置，充分考虑实际投入的设备、人员情况。调整了工程一期围堰轴线和结构形式并在实际工程中得到检验，争取了保贵的枯水时间具有较好的经济效益及社会效益。参考文献(1 吴持恭水力学北京：高等教育出版社1 9 7 9 万方数据