毛尔盖水电站大坝上游围堰岸坡防渗体系优化

叶沙锋, 刚永才, 孔祥波

(中国水利水电第五工程局有限公司 第三分局,四川成都 610225)

1 工程概述

毛尔盖水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州黑水县境内黑水河中游红岩乡至俄石坝河段,是黑水河流域水电规划二库五级方案开发的第 3个梯级电站,为大(2)型混合式单一发电工程,电站总装机容量 3×140 M W。首部枢纽由挡水建筑物、溢洪道、放空洞组成。拦河大坝采用砾石土直心墙堆石坝,大坝坝顶高程为 2 138 m,坝顶宽12 m,最大坝高为 147 m。

2 原围堰结构形式及防渗体系

大坝上游围堰轴线平行于坝轴线,与水流方向基本垂直,为土工膜覆面斜墙围堰,堰体与大坝相结合作为永久建筑物的一部分。堰顶高程为2 036 m,最大堰高约 43 m,堰顶宽 10 m,迎水面边坡 1∶2.5,背水面边坡 1∶1.75;堰基采用悬挂式混凝土防渗墙防渗,防渗墙顶高程 2 000.5 m,最大深度 40 m,厚 0.8 m;堰体采用复合土工膜斜墙防渗。岸坡防渗采用双排固结灌浆接单排帷幕灌浆防渗,浅层固结灌浆深 5 m,帷幕灌浆最低高程为 1 955 m,堰顶左、右岸 2 036 m高程设帷幕灌浆廊道,灌浆廊道长度分别为 32.84 m、37.5 m。

原上游围堰结构形式见图 1,防渗体系见图 2。

图 1 上游围堰结构形式图

3 优化方案的提出及可行性分析

3.1 围堰施工中存在的问题

受“5.12”地震影响,毛尔盖大坝工程开工不足 1月即被迫停工,在经历了近 2个月的停工后,大坝工程于 2008年 7月底才逐渐恢复正常施工,复工后大坝工程施工又多次受强余震影响,上游围堰相关项目施工一直不能正常开展,给现场施工带来严重困难。

(1)工期紧张。

图 2 上游围堰防渗剖面图

原计划于 2008年 9月开始施工的上游围堰岸坡底座混凝土和左、右岸灌浆平洞直到 2009年1月才具备施工条件,已无法按原计划完成上游围堰施工。

(2)混凝土底座施工难度大。

受上游围堰两岸谷坡陡峻的地形条件限制,4 m宽的混凝土底座基础无法使用大型机具开挖成型,只能采用人工撬挖的方式,随围堰填筑进程分层进行开挖,施工难度大、工期长,对围堰填筑影响较大。

(3)岸坡灌浆施工难度大。

由于地形条件的原因,两岸帷幕灌浆施工边坡高,部分地方超过 35 m,施工机具只能通过搭设施工平台才能进入施工面,施工难度大。同时,固结灌浆和帷幕灌浆施工面与混凝土底座基础施工面重合,占用围堰填筑部分施工面,三者在岸坡处形成交叉施工,相互干扰大。

(4)灌浆平洞施工困难。

上游围堰堰顶 2 136 m高程左右岸各设置有1个帷幕灌浆平洞,其中左岸灌浆平洞长 32.84 m,右岸灌浆平洞长 38 m。结合实际地形,平洞开口位置地势陡峻,平洞底板与坡脚高差为 36 m,洞脸处超过 40 m。受地形限制和其他标段的影响,无法修建施工临时便道进行平洞施工,平洞施工只能通过搭设施工平台才能进行施工;同时,由于无法设置施工便道,施工机械设备无法进入施工面,只能采用人工施工的方式进行,整个平洞施工难度极大、工期特别紧张。

上述问题的出现,使得上游围堰施工已不可能按原计划完成,从而直接影响到整个大坝 2009年的安全度汛。

3.2 岸坡防渗体优化可行性分析

为了解决施工中遇到的难题,提出了简化或取消岸坡防渗体的方案。

经分析得知:上游围堰挡水期为 2009年 5～9月,实际挡水期为 5个月,围堰挡水的实际时间相对较短。在对开挖后揭露的地质情况进行分析后得知,岩质岸坡发生管涌等渗透性破坏的可能性较小,抗渗稳定性较好,但是两岸岸坡卸荷作用较强,左岸平行岸坡的卸荷裂隙较发育,强卸荷岩体具有强透水性的特点,通过岸坡绕渗方式进入基坑的渗流量将增加。优化后的岸坡绕渗流量见表 1。

表 1 围堰岸坡体系优化后渗流量分析表

根据施工组织设计分析,围堰挡水期间,基坑设计最大经常性排水强度为 200 m3/h,排水量较小,排水以 7台清水泵为主,辅助 3台污水泵间断抽水即可满足施工期排水要求。结合上游围堰挡水时间短的特点,岸坡防渗体系简化后,通过岸坡绕渗方式进入基坑的渗流量将大幅增加,对此,拟采取将原设计的 7台清水泵取消,改用4台 I S 150-125-250泵(1台备用)抽水,每小时排水强度最大可达 800 m3/h,另辅助 3台污水泵间断抽水即能满足岸坡防渗体系优化后的基坑排水强度,并在排水坑周围设置了反滤层,避免了强排水带走细颗粒而形成管涌。

基于上述分析,通过采取增大排水强度的措施,可以消除防渗体系简化后带来的渗流增大风险,不但能够节省大量工期、降低施工难度和干扰,而且对毛尔盖大坝施工产生了极大的促进作用。

3.3 岸坡防渗体优化方案

2009年安全度汛的岸坡防渗体系优化方案如下:

(1)取消左右岸灌浆平洞施工及堰肩帷幕灌浆,保留防渗墙下的帷幕灌浆;

(2)左右岸底座混凝土部位向岸坡内开挖1.5 m,然后浇筑厚 1 m、宽 1.5 m的底座混凝土,并在其底部和侧面分别布置 φ 22、L=3.5 m的锚筋,将剥离土工布后的土工膜深入混凝土 1 m,距离混凝土底部 0.3 m;并在混凝土底部布置一排12 m深的固结灌浆,取消帷幕灌浆;

(3)在围堰填筑的同时,对围堰下游坝坡 20～30 m范围内进行培厚填筑,并在施工时控制好坝料与岸坡接触部位的清理和坝料的压实;

(4)改用 4台 I S 150-125-250泵(1台备用)替代抽水,每小时排水强度由 200 m3/h增大至 800 m3/h,另辅助 3台污水泵间断抽水即能满足岸坡防渗体系优化后的基坑排水强度。在排水坑周围设置反滤层,避免强排水带走细颗粒而形成管涌。

优化后的上游围堰防渗结构形式见图 3。

图 3 优化后的上游围堰防渗剖面图

4 实施效果

围堰优化后,施工项目减少,围堰填筑、岸坡锚固槽施工难度和施工干扰大幅度降低,现场组织顺畅,施工进度明显得到提升。2009年 5月 10日,上游围堰迎水面防渗施工至 2 036 m高程,上游围堰施工全部完成,使得原本受“5.12”地震影响工期滞后严重的毛尔盖水电站上游围堰提前10 d完成 2009年安全度汛目标。

同时,后续基坑排水期间,受岸坡防渗体系优化影响,通过岸坡绕渗方式进入基坑的渗流量大幅增加至 500 m3/h,在按优化方案采用 4台I S 150-125-250泵(1台备用)实施强排水后,排水效果明显,施工排水强度满足基坑排水强度要求。

5 方案优化前后比较

5.1 工程量比较

优化前后的围堰方案比较情况见表 2。

从表 2可以看出,优化后的围堰方案减少了岸坡防渗体系相应的工程量,降低了施工难度,直接节约投资 290余万元。

5.2 工期比较

优化前后的工期比较情况见表 3。

5.3 施工质量及安全风险比较

围堰防渗体系优化后工期提前,安全度讯风险消除。采取了在集水井部位设置反滤层的施工措施,杜绝了细颗粒被抽走形成管涌的潜在隐患, 并加强了填筑质量管控,经检测,各种施工质量满足设计及规范要求。

表 2 优化前后工程量对比表

表 3 优化前后工期对比表

6 经济效益分析

上游围堰防渗体系的成功实施,直接为业主节约投资 290余万元。同时,由于工期提前,先后四次获得业主给予的节点目标奖励,实现了业主与施工单位双赢。井周边设置反滤措施,杜绝了因基坑抽水带走细颗粒形成管涌的隐患,确保了施工质量,直接追回地震影响工期 2个月,并提前 10 d完成毛尔盖大坝 2009年安全度汛目标,为毛尔盖大坝填筑开创了良好的施工局面。