天花板水电站上游围堰设计与施工

顾 伟，汤飞熊

（中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京 100024）

天花板水电站工程首部枢纽施工导流采用断流围堰一次拦断河流、导流隧洞泄流、基坑全年施工的导流方式。导流隧洞断面为12 m×14 m （宽×高）的城门洞形，洞长为604.4 m，布置在河流左岸。上游围堰处河谷呈不对称的 “V”字形，左岸坡度为35°左右， 右岸坡度为 45°～50°， 河宽约 28 m。 左岸基础局部为崩坡积物，为碎块石、碎石土，泥质含量为10%左右，结构较为松散，厚度1～2 m，右岸基础基岩出露。堰基河床分布有3～10 m厚的冲积砂卵砾石，结构松散，为强透水地层，渗透系数1.5×10－2～5.5×10－2cm/s。 覆盖层下基岩为震旦系上统东龙潭组上段 （Z2dl3）灰色、灰白色粉晶白云岩，透水性较弱。

1 上游围堰设计

1.1 围堰布置

上游围堰布置 （见图1）充分考虑了大坝基坑施工、排水要求，以及导流隧洞进口距围堰防冲的安全距离。因此，上游围堰布置于坝轴线上游约150 m处，距大坝基坑开挖边线最小距离约为45 m，上游围堰堰脚距导流隧洞进口最小距离约为20 m。

1.2 围堰断面设计

上游土石围堰按4级建筑物设计，设计挡水标准为10年一遇洪水，相应洪峰流量为2 130 m3/s。围堰堰前设计水位1 027.0 m，考虑风浪壅高及一定安全超高，堰顶高程确定为1 029.0 m，最大堰高40.5 m，堰顶宽度考虑交通及度汛抢险等要求取为8 m，堰顶轴线长约98 m，围堰上游坡比1∶1.75，下游坡比1∶1.5，围堰在1 015.0 m与998.5 m高程的上、下游各设置一3.0 m宽马道。截流戗堤布置在上游围堰堰体内，为防止截流料被河水冲至围堰防渗区内而给后序防渗施工增加难度，将戗堤轴线布置在距围堰轴线下游43.5 m处，轴线与上游围堰轴线平行，根据截流进占要求，戗堤顶宽15.0 m，顶高程998.5 m。围堰防渗施工平台以上部分上、下游均为石渣填筑，中间为土工膜防渗心墙。防渗土工膜与上、下游堰体石渣之间设置过渡层，过渡层随土工膜摊铺折叠布置，厚度为2.0～4.0 m。上游围堰结构断面见图2。

图1 上游围堰布置 （单位：m）

1.3 围堰稳定分析

上游围堰最大堰高40.5 m，围堰迎水面坡比1∶1.75，背水面坡比1∶1.5，堰基覆盖层最大厚度约10 m。围堰稳定分析采用刚体极限平衡法中的简化毕肖甫法进行，具体计算采用中国水利水电科学研究院陈祖煜编制的 《土石坝边坡稳定分析程序（STAB2000）》。通过系列滑弧的计算，求得最危险滑弧面及最小安全系数。

围堰属临时建筑物，稳定计算中不考虑地震荷载的影响。堰体填筑料主要为导流隧洞和坝肩开挖出的石渣料。上游围堰边坡稳定分析计算了稳定渗流期和上游水位骤降两种工况 （见表1）。根据围堰边坡稳定分析成果，围堰结构体形是安全合理的。

表1 上游围堰边坡稳定计算成果

1.4 围堰防渗设计

图2 上游围堰结构断面 （单位：高程，m；尺寸，cm）

围堰防渗平台高程为998.5 m，原招标设计阶段防渗平台以下堰体及堰基覆盖层采用双排高压喷射灌浆防渗，孔距1.0 m，伸入基岩1.0 m。施工时，由于围堰填筑大多采用大块石、碎石等混合体，且河床覆盖层为冲积砂卵砾石，实际钻探后发现存在部分架空现象，孔隙率较高。因此，研究比较后决定，施工采用控制性帷幕灌浆防渗。

上游围堰布置3排控制性帷幕灌浆孔，灌浆孔伸入基岩1.0 m，最大孔深约20 m，孔间距为1.0 m，排距0.8 m，每排灌浆孔分3序施工，孔间依次加密，各序分段长度要求：Ⅰ、Ⅱ序孔为1～3 m，Ⅲ序孔不得大于5 m，采用自上而下分段、孔口封闭孔内循环法灌浆。灌浆压力第一段采用0.2～0.3 MPa，第二段采用0.3～0.4 MPa，其余段最大灌浆压力为0.6 MPa。施工过程中，可根据吸浆情况适当调整灌浆压力。基础较差段及与岸坡结合处进行适当加密灌浆处理；岩体裂隙及破碎段采取先钻孔爆破挖除，后回填风化土或粘土碾压密实再进行钻孔防渗处理。

防渗平台以上部分堰体采用土工膜防渗，土工膜采用两布一膜形式，土工膜主膜厚度0.5 mm，设计最大水头约30 m，铺设时采用 “Z”字形斜铺至堰顶轴线。土工膜与灌浆孔的连接采用现浇C20混凝土基座，基座宽2 m，深1 m，土工膜深入基座长度不小于0.5 m，并采用螺栓锚固在混凝土内。土工膜与岸坡的防渗连接的方法是将围堰轴线上两侧岸坡覆盖层及坡积物清除，在基岩上开挖梯形齿槽，齿槽深1 m，底宽1 m，两侧坡比1∶0.5，齿槽内现浇C20混凝土齿墙，土工膜深入现浇混凝土长度不小于0.5 m。

2 围堰施工

2.1 截流戗堤

根据工程的进展情况，天花板水电站截流时间安排在2007年12月下旬；计算的龙口水力指标表明，本工程截流难度不大，故抛投材料以中石和大石为主。限于地形条件，右岸无交通运输条件，截流施工道路布置在左岸。截流采取单戗立堵方式，从左岸向右岸进占，截流龙口设在右岸，戗堤宽为15 m。本工程戗堤填筑量较小，截流合龙历时较短，不考虑预进占时间，实际截流约用时3 h。

截流戗堤合龙后，立即将戗堤按设计体形加固。随后进行围堰上游侧及戗堤上游面石渣填筑，待上、下游两侧堰体均形成后，进行中部风化砂填筑，均由左岸向右岸进占。在围堰防渗平台998.5 m高程以下全部填筑完后，进行堰基控制性帷幕灌浆施工。

2.2 控制性帷幕灌浆施工

控制性帷幕灌浆采用孔口封闭，自上而下分段循环灌浆，遵循先下游排、再上游排，最后中间排的灌浆次序。考虑表层堰体较松散，为防止塌孔，开孔采用φ91 mm，下φ89 mm铸铁套管，终孔孔径φ56 mm，套管长度1.5 m，外露20 cm。钻孔施工采用地质钻机造孔，要求钻机就位准确，偏差不得大于10 cm，钻孔保持铅直。

灌浆采用浆液搅拌机配合灌浆泵进行灌注，水泥浆液采用 2∶1、 1∶1、 0.5∶1 （质量比） 3 个比级， 灌浆浆液浓度应由稀变浓，逐级变换。当遇串浆、冒浆、耗浆量较大等情况时，可采用减小灌浆压力、间歇性灌注或加灌粘土、水玻璃等加快水泥浆液凝固等措施进行处理。

上游围堰共钻孔约1900延米，单位长度耗用水泥约900 kg/延米，灌浆施工自2008年1月下旬至3月下旬，施工时间约2个月。

2.3 堰体施工

帷幕灌浆施工完成后，进行998.5 m高程以上堰体施工。施工顺序为先进行堰体中间土工膜铺设，两侧砂保护层、过渡料及堰体石渣填筑随土工膜铺设同时上升。

土工膜施工前，先在已完成帷幕灌浆施工的堰体防渗轴线部位开挖出一道宽2 m、深1 m的沟槽，并回填C20混凝土，同时预埋锚固螺栓，以便与上部土工膜良好搭接，形成封闭体系。土工膜的铺设采用分段施工及流水作业的方法进行，土工膜的连接采用膜焊布缝的方式，采用自动爬行热焊机，土工膜顶部埋入堰顶锚固沟内。

堰体石渣填筑采用自卸汽车上堰，推土机平整，振动碾压实，依次按卸料、铺平、碾压3道工序流水作业施工，经压实后的石渣料干容重不小于2.1 t/m3。防渗平台以上堰体施工自2008年3月底至5月中旬，施工时间约1.5个月。

3 结语

（1）天花板水电站上游围堰经历了2008年、2009年、2010年3年汛期洪水的考验，围堰运行正常，说明围堰的设计是合理的，堰体结构安全可靠。这也保证了坝体施工的顺利进行。

（2）天花板水电站上游围堰采用的控制性帷幕灌浆和土工膜相结合的防渗形式取得了良好的效果，堰体和堰肩渗漏量均较小，可满足防渗设计要求，基坑内排水量较小，为基坑的干地施工创造了条件。

（3）天花板水电站上游围堰设计与施工满足了工程建设需要，围堰稳定，防渗性能良好，可供类似工程参考、借鉴。