馮 菊，龍軍飛，周德彥，張 潔

（中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，成都 610072）

草街航電樞紐是嘉陵江干流自下而上渠化梯級開發(fā)的第二級，具有航運(yùn)、發(fā)電、灌溉等綜合效益。工程布置從左至右依次為左岸非溢流壩、船閘、檢修廠房、電廠、5孔沖沙閘、15孔泄洪閘及右岸非溢流重力壩。水庫正常蓄水位203.00m，總庫容23.92億m3。電站裝機(jī)容量4×125MW，枯期平均出力96.1MW，多年平均發(fā)電量20.18億kW·h。

樞紐工程采用分期導(dǎo)流方式，主體工程分兩期施工。一期施工采用全年導(dǎo)流，導(dǎo)流流量QP=5%為41100m3/s，圍左岸修建船閘、廠房及5孔沖砂閘，利用右岸擴(kuò)挖河道泄流和通航。二期施工采用枯期導(dǎo)流，圍右岸修建15孔泄洪閘，枯期利用已建5孔沖砂閘泄流，船閘通航，汛期二期土石圍堰過水，全河床泄流。此過水圍堰汛期實(shí)際經(jīng)歷最大過流量約為40000m3/s，與設(shè)計(jì)流量接近，圍堰經(jīng)受住了大流量、高流速的考驗(yàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)想效果。

1 圍堰設(shè)計(jì)條件與標(biāo)準(zhǔn)

施工導(dǎo)流方案比選結(jié)果表明，二期基坑采用枯期導(dǎo)流最經(jīng)濟(jì)，施工方法亦可行、合理。但施工進(jìn)度分析表明，二期基坑完建需兩個枯期，而一期完建的泄水建筑物僅有5孔沖砂閘，不能滿足度汛要求，故二期圍堰汛期采用過水型式、設(shè)計(jì)為過水圍堰。

1.1 設(shè)計(jì)條件

（1）水文、氣象條件

草街航電樞紐工程區(qū)位于嘉陵江下游的淺山區(qū)地帶，河道較為順直，平均比降0.29‰。夏季熱且多雨，冬季溫暖干燥，多年平均年降水量1131.8mm、降水日數(shù)156.1d。洪水主要由暴雨形成，主汛期為5～10月。洪枯時段流量差別大，圍堰施工要在一個枯水期完成。

（2）地形、地質(zhì)條件

樞紐區(qū)河道較順暢，河谷呈不對稱“U”型谷，左岸地形平緩，右岸地形較陡峻。枯期河床水位178m時，水面寬440m，有江心灘出露，其高程為180.00～183.00m。

壩址區(qū)兩岸山體雄厚，地形較完整，多為基巖裸露。河床覆蓋層主要由砂卵礫石組成，一般厚1～3m，局部4～7m。左岸殘留有Ⅰ+Ⅱ級階地堆積的黃色粉質(zhì)粘土，一般厚3～5m ，局部可達(dá)8m；右岸坡腳附近有厚1～5 m崩坡積堆積的塊碎石土。圍堰設(shè)計(jì)中應(yīng)著重考慮兩岸堰肩接頭設(shè)計(jì)，以減少堰肩滲透量。

1.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T 5397-2007，確定導(dǎo)流建筑物為Ⅳ級。結(jié)合前期施工導(dǎo)流規(guī)劃，二期施工時段為11月～翌年4月，圍右岸施工15孔泄洪閘確保其干地施工條件，由一期完建的5孔沖沙閘渲泄導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量，船閘通航?？菟谕潦瘒邠跛ＷC右岸基坑施工，其擋水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，相應(yīng)流量為5440m3/s?？萜谟梢黄谕杲ǖ?孔沖沙閘過流；5～10月進(jìn)入汛期，為保證度汛，作為過水圍堰使用，其導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，相應(yīng)流量為41100m3/s，由5孔沖沙閘及右岸基坑過水。

2 土石過水圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)施工導(dǎo)流模型試驗(yàn)成果，二期過水圍堰設(shè)計(jì)泄流量27000m3/s左右，單寬泄流量約106m3/(s.m)，堰面最大流速約7m/s，堰腳最大流速達(dá)13m/s。過水圍堰的泄流量、單寬流量、流速大，對過水圍堰堰面保護(hù)的要求高，而且難度大，在國內(nèi)已建工程中都數(shù)罕見。

2.1 圍堰頂高程

枯期圍堰擋水，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下洪水由5孔沖沙閘過流，相應(yīng)上游水位191.91m，上游通航最低水位要求為191.80m?？紤]二期汛期壅水對上游庫區(qū)淹沒程度不超過一期的影響，經(jīng)分析研究，確定上游圍堰過水堰面頂高程為192.50m。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下對應(yīng)下游圍堰處水位為183.50m，考慮圍堰超高、過流條件后，確定下游圍堰過水堰面頂高程為185.00m。

2.2 圍堰防滲

因圍堰處地質(zhì)情況差，為減少圍堰滲流量，保證圍堰本身的滲流穩(wěn)定要求，圍堰需進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)。采用高噴或混凝土防滲墻防滲工程投資較大，高噴防滲效果受限因素較多，混凝土防滲墻不僅工程造價高，而且工期長。復(fù)合土工膜能較好地適應(yīng)圍堰變形，施工方便，相對投資較低，且滿足環(huán)保要求，在國內(nèi)需多水電工程中都得到了成功應(yīng)用。

圖1 上游過水圍堰結(jié)構(gòu)

圖2 下游過水圍堰結(jié)構(gòu)

為有效節(jié)約土地資源和減少征地移民的難度及工程投資，同時考慮圍堰為臨時擋水建筑物這一特點(diǎn)，防滲材料考慮采用復(fù)合土工膜。壩址區(qū)河床覆蓋層深度不大，一般厚1～3m，局部4～7m，基礎(chǔ)具備采用復(fù)合土工膜的條件，故圍堰堰體和基礎(chǔ)均采用復(fù)合土工膜心墻防滲，心墻基礎(chǔ)置于基覆分界線以下0.5m的基巖上。

2.3 過水圍堰布置

由于河床基巖體破碎、滲透性強(qiáng)，采用混凝土圍堰基礎(chǔ)處理量大、工期長、工序多、造價高；而土石壩能充分利用當(dāng)?shù)夭牧希Y(jié)構(gòu)簡單，施工方便，既能適應(yīng)覆蓋層基礎(chǔ)，又可使用大型施工設(shè)備進(jìn)行高強(qiáng)度堆筑，因此上下游圍堰均采用土石類圍堰?？紤]設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下水位、圍堰本身的安全超高及庫區(qū)淹沒高程，最終確定堰頂高程192.50m?？紤]過流條件順暢且流態(tài)穩(wěn)定，確定堰頂寬約41m，最大堰高約18m。

為增加圍堰抗沖刷能力，減小圍堰修復(fù)造價，還須對堰面進(jìn)行保護(hù)，具體措施見表1。

下游圍堰堰頂高程185.00m。堰頂寬10.00m，最大堰高約11m。上游面坡比1∶2.5，下游面坡比：高程180.00m以上為1∶4，高程180.00m以下為1∶2.5。其180.00m高程以上堰面保護(hù)措施與上游圍堰相同，見表1。

堰后設(shè)一級消能平臺，平臺頂高程180.00m，平臺寬8.00m，典型砼面板防沖，厚度0.8m。平臺以下采用1.00m厚大塊石護(hù)坡。

上、下游過水圍堰結(jié)構(gòu)見圖1、圖2。

表1 上、下游過水圍堰堰面保護(hù)措施表

3 運(yùn)行效果評價

草街航電樞紐工程二期土石過水圍堰從2010年4月底建成到2012年汛前拆除共經(jīng)歷了兩個汛期。汛期經(jīng)歷最大過流量約為40000m3/s的考驗(yàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)想效果，過水工況與計(jì)算情況基本相同。從使用情況來看，圍堰的擋水標(biāo)準(zhǔn)Qp=10%=5440m3/s的選擇是合適的。

經(jīng)過一個汛期最大流量（與設(shè)計(jì)流量接近）過流，除局部兩塊混凝土板有抬動外圍堰其他部分均良好，汛后修復(fù)工程量很少。工程實(shí)踐說明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體型滿足現(xiàn)場過水運(yùn)行，尤其是堰面的抗沖刷能力較強(qiáng)，基本未見沖刷破壞情況出現(xiàn)。上游過水圍堰經(jīng)過兩個汛期之后的運(yùn)行效果見圖3。

圖3 上游過水圍堰過水運(yùn)行照片

4 圍堰相關(guān)構(gòu)造設(shè)計(jì)

過水堰面保護(hù)：經(jīng)比較混凝土護(hù)面、大塊石護(hù)面及鋼筋網(wǎng)護(hù)面等方案，確定二期過水圍堰堰面主要采用抗沖能力較強(qiáng)的C20混凝土面板進(jìn)行保護(hù)。見表1。

鎮(zhèn)墩：為防止沖刷并支撐面板，上游圍堰下游堰腳設(shè)置混凝土鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩頂高程184.00m，寬2.0 m，基礎(chǔ)置于基巖上，基礎(chǔ)底板設(shè)插筋Φ25，L=3m，間距1.5m，入巖2m，梅花形布置。鎮(zhèn)墩上設(shè)置四排排水孔，孔徑100mm，孔距1.5m，將圍堰滲漏水排出。堰腳考慮施工因素采用拋大塊石防護(hù)，以增加其抗沖能力。

分縫：按圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分縫，縫寬1.5cm，縱、橫縫均采用聚氨酯硬質(zhì)泡沫板填縫。

鋼筋：面板中布雙層雙向鋼筋，均為Φ20@20cm。

排水孔：為減小過水時砼楔形面板上的揚(yáng)壓力，在上下游圍堰的下游坡面上設(shè)直徑100mm的排水孔，間排距2m。

5 結(jié)論

草街二期土石過水圍堰經(jīng)過汛期洪水考驗(yàn)，確保工程汛后施工基坑內(nèi)的快速恢復(fù)，為工程按期完工、發(fā)電提供了保障，實(shí)踐說明草街航電樞紐工程二期土石過水圍堰的設(shè)計(jì)是成功的，值得類似工程參考借鑒。但設(shè)計(jì)在滿足工程需要的同時，還需考慮結(jié)構(gòu)體型的優(yōu)化，以節(jié)約更多工程量。

[1]草街航電樞紐工程初步設(shè)計(jì)報告施工組織設(shè)計(jì)[R], 中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院, 2005.

[2]水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 1996.

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