面板堆石坝施工方案之第二部分施工导流和水流控制

第二章 施工导流和水流控制

 
2．1 水文气象
某水库位于某河干流上游,坝址控制流域面积1151km2,坝址以上多年平均降水量800mm左右，年内分配极不均匀，其中6～9月份占降水量80%左右，汛期降雨多集中在7～8月份，各时段不同重现期施工洪水成果见表2-1,坝址天然河道水位、流量详见表2-2。
坝址地处山区，气候严寒，多年平均气温3.5℃左右，极端最高气温35.5℃，冬季最低气温-39℃，初霜期9月中下旬，终霜5月中旬，无霜期110～140天。土壤最早冻结时间为10月31日，最晚融冻时间为4月8日，最大冻深2m。融冻流冰期平均4月9日；结冰流冰期平均11月18日；春季流冰期平均2天；秋季流冰期平均6天；封冻天数平均143天。最大冰厚平均1m厚；最大冰上雪深0.17m。最大冰块长约20m，宽约8m，流速约0.9m/s。
表2-1施工期各时段不同重现期洪峰流量表 单位：m3/s

表2-2  坝址天然河道水位流量

2．2施工导流
2．2．1 施工导流方式
本工程施工导流采用主河床一次断流，导流灌溉洞导流的方式，具体导流程序如下：
第一阶段：2003年4月中旬开始对河道左岸滩地段坝体进行土方开挖、坝体填筑和基础处理，2004年8月末将左岸坝体填筑至313.60m高程，此阶段利用原河床导流；
第二阶段：2004年9月上旬开始河道截流，修筑断流围堰，挡水标准为20年一遇春汛洪水，在围堰的保护下进行右岸坝体的基础处理及坝体填筑，至2005年6月末将右岸坝体填筑至拦挡200年一遇大汛洪水位以上,此阶段洪水由灌溉洞渲泄；
第三阶段：2005年7月坝体继续填筑，同年11月末将坝体填筑至设计高程。这期间大汛洪水由灌溉洞及溢洪道泄流。
2．2．2 施工导流时段及标准
各建筑物的导流及度汛标准：
1．截流前原河床导流，导流标准为大汛十年一遇洪水，最大洪峰流量为838.0 m3/s；
2．大坝上、下游围堰挡水标准采用20年一遇春汛洪水，日均最大流量169 m3/s；
3．坝体填筑到不需要围堰保护时，坝体的度汛标准为200年一遇洪水，最大洪峰流量为2510m3/s。
施工导流特性见下表。
表2-3  施工导流特性表

灌溉洞、溢洪道
2．2．3 围堰布置、结构及工程量
1．大坝上、下游土石围堰
上下游围堰顶高程分别为295.66m、280.70m。上游围堰长169m，最大高度17.96m，下游围堰长82m，最大高度3.0m，上下游围堰形式相同，均采用粘土斜墙砂砾石围堰，上游围堰上下游边坡分别为1：3.0、1：2.0，下游围堰上下游边坡分别为1：3.0、1：1.5，围堰顶宽均为6m。上游围堰砂砾石部分与坝体结合。
2．坝体临时护砌
左岸坝体填筑时，为防止大汛洪水淘刷坝体，在左岸坝体右侧用块石护砌。护坡顶高程为283.2m。最大护坡高度5.5m，护砌范围200m，厚30cm，块石下设15cm碎石垫层，坝体下游采用厚度为50cm耐特笼块石护砌，护砌长度20m。
表2-4  围堰工程量表

2．3 施工截流
2．3．1 截流时段及标准
根据招标文件及施工总进度安排综合考虑水文气象条件、围堰施工时间、截流工程量和难度，截流时间定为2004年9月上旬，截流设计流量选用5年一遇9月平均流量，流量为28.3 m3/s，相应的上游水位为280.0m高程。
2．3．2 截流方式
本工程截流流量小，为28.3 m3/s，截流难度不大，截流采用单戗立堵，从左右岸同时进占，为减少龙口位置冲刷，截流前对龙口进行抛石护底，合龙顺序为先上游后下游。
2．3．3 截流戗堤设计及龙口位置的选择
根据截流设计标准，截流时段上游水位为280.0m高程左右，导流洞进水口底部高程为280.0m。考虑到上游水位壅高和一定安全超高，戗堤顶面高程为285.0m，顶宽10m，上、下游边坡为1：2，戗堤填筑结合坝体填筑作为坝体的一部分，其轴线位置要结合坝体轴线布置。
龙口位置的选择综合考虑河流的水力特征及坝址两岸均有料源，具备两岸同时进占的条件，龙口位置应选在抗冲刷能力强的地段，拟定在河床中部，龙口位置宽度为10-20m。
2．3．4 截流施工
1．截流戗堤施工
截流戗堤填筑结合大坝坝体填筑，砂砾料来自左、右岸的Ⅰ、Ⅱ料场，石料取自左岸的石料转运场，采用3.0 m3装载机料场装车，15-20t自汽车运输填筑料，D85推土机平料，14t振动碾碾压。
2．龙口合龙施工
备料：龙口位置填筑用料约为1416m3，考虑到截流被水冲走一部分，备料3187m3左右。
龙口施工：填筑施工采用左岸转运料场石料，截流前从左右两岸戗堤用2.0 m3反铲向龙口位置抛块石护底,避免龙口位置冲刷。合龙石料采用3.0 m3装载机料场装车，15-20t自汽车运输填筑料，D85推土机推运。

2．4 围堰施工
2．4．1 上游围堰施工
上游围堰截流闭气后，进行上游围堰加宽加高填筑施工，从左、右岸两个工作面进行填筑，施工道路利用施工现场已形成的永久道路和临时道路，道路布置详见总平面布置图。上围堰道路随围堰加高而加高。
1．粘土填筑
粘土取自右岸土料场，采用2.0 m3反铲料场装车，15-20t自汽车运输，水下填筑采用在戗堤上向水中抛筑，抛填出水面后，水上部分分层压实，压实后填土层面需洒水湿润并刨毛处理。
2．反滤料
取自Ⅰ、Ⅱ料场合格筛分料，3.0 m3装载机料场装车, 20t自汽车运输,人工配合机械平料。
3．砂砾料
取自Ⅰ、Ⅱ料场3.0 m3 装载机料场装车,15-20t自汽车运输，14t振动碾分层碾压，其填筑要求同大坝坝壳料填筑。
4．石渣防护
石渣取自转运料场，采用3.0 m3装载机料场装车，15-20t自汽车运输，D85推土机推运，出水面后采用人工配合机械施工。
5．填筑时，砂砾料、粘土料、反滤料层同时上升。
2．4．1 下游围堰施工
下游围堰在上游围堰合龙后进行填筑，堰体石渣取自左岸，采用3.0 m3装载机料场装车，15-20t自汽车运输，D85推土机推运，反滤料、粘土、石渣防护施工同上游围堰。

2．5  安全渡汛
2.5.1  左岸坝体渡汛
左岸坝体填筑时，为防止大汛洪水淘刷坝体，在左岸坝体右侧用块石护砌。护砌范围200m，厚30cm，块石下设15cm碎石垫层，坝体下游采用厚度为50cm耐特笼块石护砌，护砌长度20m。护坡块石料来自左岸转运料场，施工时采用2.0m3反铲配20t自卸汽车装运，人工砌筑，并按设计图纸控制好坡比。
2.5.2右岸坝体填筑渡汛
2004年9月上旬开始河道截流，修筑断流围堰，挡水标准为20年一遇春汛洪水，在围堰的保护下进行右岸坝体的基础处理及坝体填筑，2005年6月末将右岸坝体填筑至▽313.6m高程能抵挡200年一遇大汛洪水，同时坝体上游面砼护板紧跟施工，若有局部位置在洪水来临时还末施工，采用砂袋临时防护。
2.5.3坝面施工渡汛
汛期时刻观测上游水位，在监理工程师指定部位备足填筑料，如遇河水陡涨，可能有超标洪水漫过坝体时，能在数小时内装坝体加高2m，以防洪水漫过坝体。
2.5.4  排冰凌
1．破除冰盖的原则
（1）选在窄、深河段或弯道处，因宽、浅、直线河段流速较大，不易堵塞，可避免宽、浅、直线段破碎的冰块在窄、深、弯道河段发生堵塞。
（2）掌握破冰时机，选在开河前短时间内突击破冰。
（3）冰盖破碎长度，延伸至窄、深、弯道河段以下一定距离，以免产生插堵。
2．排冰凌方法
采用爆破法破冰盖，用硝铵炸药，用电雷管或导火索引爆。
（1）布孔：爆破时自下游向上游，先主流后边流。采用沿水流方向分两行成折线或直线布孔。
（2）孔距：一般打开过冰水道，冰厚在0.2—0.8m时，孔距控制在15—5m，参照经验并通过试验确定。
（3）下药包深度：据试验，相同炸药量在冰下水中、冰层中、冰面三种情况下的爆破效率递减率约为12%，下药包深度通过试验确定。
（4）装药量C：C=Khi2r
式中：C—装药量（Kg）；hi—冰厚（m）；r—爆破半径（m）；
K—系数
爆破半径一般为下药包深度的2倍。下药包深度从冰盖底面起计算。K值和炸药性能、质量、药包大小、冰厚、水深、封冻型式、冰花数量、流速、风向等相关，通过试验确定。
（5）装药方法：采用冰层埋药包，将冰盖上的冰孔底部保留8—10cm，再凿一小孔，使水上升，将药包放入冰孔压以石块重。
 2.5.4  施工设备配备及施工组织
1．项目部下设专门的水情预报部门，定员3人进行汛期的水位、降雨量和其他水情预报，并与当地防汛指挥部保持联系。
2．在汛期遇到较大洪水，原有抽水设备满足不了排水要求时，在基坑内增加高水头大容量水泵及时抽干基坑内积水，保证坝体在干地施工。
3．合理组织施工，增加各项投入，增加机械设备和劳力，加快坝体施工。
4．汛期加强各种机械设备的保养、维修，保证防洪度汛期间各种机械设备以最好的工况投入使用。

2．6  主坝的基坑排水
2．6．1  初期排水
围堰合龙闭气后，为使主体工程能在干地施工，必须首先排除基坑积水及堰身和堰基的渗水。
1．初期排水量及基坑水位降落速度
初期排水量包括基坑积水、围堰堰身和地基及岸坡渗水、降雨汇水等，初期排水总抽水量为上述诸项之和，其中包括围堰堰体水下部分及覆盖层地基的含水。
2．基坑水位降落速度
为了避免基坑边坡因渗透压力过大，造成边坡失稳产生坍坡事故，基坑水位下降速度必须控制在允许范围内。一般开始排水降速度以0.5—0.8m/d为宜，接近排干时可允许达1.0—1.5m/d。
3．排水泵站布置
泵站设置尽量做到扬程低、管路短、少迁移、基础牢，便于管理，施工干扰少。
采用固定式抽水站，配备6台55kw抽水机，另配备2台55kw抽水机备用，抽水站设在下游围堰的内坡附近。
2．6．2  经常性排水
初期排水后，必须经常保持基坑干燥，使主体工程在干地施工。此时仍应具备足够的抽水容量，进行经常性排水。
1．排水量组成
由基坑渗水和降雨汇水及截流戗堤渗透量组成。
（1）基坑渗水由围堰堰身和地基渗水两部分，按围堰工作过程中可能出现的最大渗透水头计算。
（2）降雨汇水：取最大渗透水出现时段中的最大日降雨强度计算，要求在当日排干。
2．排水方式：每隔20m左右修一排水沟渠，拦截堰身及堰基渗水，并将渗透水流汇集于泵站的集水井，集水井布置在下游围堰堰体内坡，配备两台30kw抽水机，另配备两台30kw抽水机备用。

2．7  围堰拆除
  本工程上游围堰不拆除，作为坝体的一部分，只拆除下游围堰，采用2.0m3反铲端退法一次拆除，弃料运至指定弃料场。
2．8  施工进度计划
2004年9月初开始戗堤进占，2004年9月10日进行围堰截流合龙并闭气，2004年9月11日至2004年9月底进行下围堰填筑及上游围堰加宽加高施工。2004年9月30日围堰施工全部完成。
2．9  机械设备配置
为满足本工程导流施工需要，施工导流设备见下表。
表2—5  施工导流机械设备表