禹门口一级站改扩建工程施工导流方案设计

闫海雷

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）

1 禹门口一级站改扩建工程概况

山西省禹门口一级站改扩建工程位于山西省河津市境内，紧靠原禹门口一级站上游侧，紧邻黄河，距黄河禹门口峡谷出口约80 m，距河津市区约15 km。

禹门口一级站改扩建工程的主要任务是解决运城市北赵灌区、西范灌区和西范东扩灌区的水源问题，同时和禹门口一级站统一调配水量，兼顾向禹门口东扩和汾南灌区的补水。

禹门口一级站改扩建工程包括一级站扩建枢纽泵站1座、出水压力隧洞及压力钢管1条、出水池1座、出水池至北赵渠首连接渠道1条、禹门口一干渠节制闸1座、接禹门口一干渠分水闸1座、接北赵干渠分水闸1座、龙虎公路改线。泵站设计取水流量40.0 m3/s，泵站总装机6 400 kW。

2 施工围堰概述

本工程兴建于原禹门口一级站上游紧邻原一级站，泵站紧邻黄河。因此，为保证泵站引水工程的正常施工，创造干地施工条件，进而保证安全度汛，需根据施工需要在泵站前进行围堰施工。根据泵站工程各部分的具体布置并结合实际地形及施工条件，本工程中只需修建挡水建筑物对泵站基坑形成干地即可。拟在泵站前修筑围堰进行挡水，以使工程在施工期间黄河水流不会进入开挖基坑，保证泵站工程的正常施工。同时因在黄河内修筑围堰，黄河水流大，围堰修筑困难，需要多方比较，以确定合理的围堰结构形式。

3 堰顶高程的确定

山西省禹门口一级站改扩建工程泵站建筑物级别为3等3级，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）的规定，导流建筑物级别为5级，设计洪水标准为P=10%～20%，根据水文调洪演算结果P=20%时，相应水位为384.93 m；P=10%时，相应水位为385.48 m。参照原一级站施工围堰设计有关资料，经比较分析本次采用汛期5年一遇洪水标准，相应水位为384.93 m，导流时段为全年，堰顶安全超高及波浪爬高初定为0.75 m。

4 围堰建筑设计

4.1 围堰形式选择

根据本工程中的挡水围堰的布置和工作特点，以及目前我国北方常用的土石围堰、钢板桩格围堰、混凝土围堰三种围堰进行比较，围堰的优缺点如表1。

表1 各类围堰优缺点对比表

就本工程对以上三种围堰进行分析和比较：

1）对于土石围堰，修筑围堰时水下边坡比较缓，土围堰修筑断面较大，且需占用较大的面积，围堰底宽较大，且由于黄河水流流速较大，修筑土石围堰十分困难。同时围堰将位于主河槽上，汛期洪水较大发生揭底现象时无法保证围堰的安全，因此，需在河道上修上下游边坡较陡的围堰，且需将围堰基础置于基岩上。本工程如果修筑土石围堰，按照围堰的结构，为给泵站施工留有足够场地，将使大部分围堰进入黄河的河道，围堰填筑工程量大，因此需要对围堰的结构形式进行合理设计以减少围堰底宽，减少围堰的工程量和围堰填筑对河道带来的影响。

2）对于钢板桩围堰，水利工程一般采用钢板桩格型围堰，钢板桩格型围堰在国外一些大、中型水利水电工程中应用得比较广泛，钢板桩格围堰，虽拆除方便，所需的断面较小；但材料加工用时间较长，施工安装难度大，而且需采用专用机械设备安装。我国仅在长江葛洲坝工程中应用圆筒形格体钢板桩围堰作为纵向围堰的一部分，且在基岩上设有混凝土基座，本工程钢板桩拟位于基岩上，但无法浇筑混凝土基座。另外，由于围堰的断面较大，造成围堰与原一级站的闸墩相接比较困难，势必造成原一级站的至少3孔闸门封堵，不能正常提水。因此从适用范围和工程实际情况，也不适宜采用钢板桩围堰。

3）对于混凝土围堰，需进行水下施工，一方面水下混凝土施工难度较大，质量难以保证，达不到预期的防渗效果；另一方面库区底部覆盖层很厚，如将混凝土围堰建在基岩面上，需进行大量的水下淤泥开挖和清基，否则不能保证混凝土围堰的整体稳定性，再则围堰拆除工程量大，拆除施工困难。就本工程来言，由于泵站处河道底部有粉细砂淤积层，厚度较大，在动水里无法清理干净，模板无法安装到基岩面；且黄河河水含沙量较大，比较浑浊，在水下不便进行模板的安装。因此采用浇筑水下混凝土修建混凝土围堰无法实现。

经对以上几种围堰型式进行多方面的经济技术综合比较，排除了钢板桩围堰及混凝土围堰可行性。结合工程经验，本次采用土石围堰，通过对土石围堰的合理设计满足施工的要求。

4.2 围堰设计

本工程需修建将粉细砂淤积层作为堰体一部分的直立边坡围堰以保证基坑开挖留有足够的施工场地，在非汛期填筑施工平台，围堰采用混凝土墙围护，旋喷桩固结加固。具体做法是：采用粒径不小于25 cm的砂砾石填筑施工平台，施工平台顶宽不小于16 m，水下填筑边坡采用1∶2；然后在平台的上下游分别修筑一道0.6m厚的C20混凝土灌注桩围护墙，两道围护墙之间距离不小于10 m，围护墙采用单孔套接法施工，桩径1 m，孔距0.8 m；围护墙之间的粉细砂淤积层和回填的砂砾石采用旋喷桩整体加固，旋喷桩间排距均为1.2 m，梅花型布置，采用三重管法施工。围堰断面示意见图1。

图1 围堰断面示意图

5 围堰拆除

为了尽量将水下开挖变为陆上开挖，以减少水下施工工程量，减轻施工难度，提高施工质量，增加施工安全度，采取了“先揭顶，再剥皮，最后进行水下堰体一次爆破”的施工程序。“揭顶”主要是对水面以上围堰进行拆除，用手风钻钻孔，用“切割爆破法”割裂混凝土堰体后用钢丝绳捆扎爆破块体，吊车吊装，自卸汽车出渣。“剥皮”施工，以手风钻造孔，采取小孔距多段微差控制爆破松脱堰体，对堰体厚度进行变薄剥离，以人工装吊斗，吊车吊装，自卸汽车出渣。“水下围堰一次爆破”拆除施工，以潜孔钻为主垂直孔方仅在岩坎顶部辅以部分手风钻孔，并以深孔向左、右、前三方呈台状扩展以满足设计开挖轮廓线的要求。堰体爆破后用抓斗从水下捞渣，自卸汽车外运出渣。

6 施工排水及截流

泵站基坑位于黄河侧，基坑位于河水水位以下，存在基坑排水。根据地质资料，基坑渗流量约为900 m3/d，根据排水量确定选用2台型号为50BJ31A单级离心泵抽排至黄河，水泵扬程25.2 m，流量20 m3/h，电机功率3.0 kW，排水历时6个月。

截流时段拟定在第一年10月（为非汛期），截流方式采用单戗立堵法。

7 结束语

施工导流设计是水利水电工程施工组织设计的中心环节，也是编制施工总进度计划的主要依据，合理的选择导流方式及导流建筑设计，不仅对降低工程造价、缩短工期、提高工程质量和施工安全有重大影响，而且对工程能否提前发挥效益具有重大意义，可以作为其他类似工程的参考。