游埠枢纽工程围堰结构优化及效果分析

傅夏冰，金远征，任海平

（1.浙江省金华市水利水电工程质量与安全监督站，321000，金华；2.中国水利水电第十二工程局有限公司，310000，杭州）

一、工程概述

衢江游埠枢纽工程位于钱塘江支流衢江下游段兰溪市境内，是钱塘江中上游衢江航运梯级开发规划中的第5级，闸址以上集水面积10 919 km2，设计洪水50年一遇标准，最大下泄流量13 470 m3/s。工程以航运、发电为主，结合水环境改善和灌溉等综合开发利用。主要建筑物船闸、24孔泄洪闸、电站厂房从左到右依次布置，电站装机容量为4×4.0MW，多年平均发电量为6 475万kWh。

枢纽闸址处河床宽约480 m，主河槽位于左岸，右岸为较开阔的漫滩，一般高出水面1.0～3.0 m，河床上部覆盖层多为粉土，基岩岩质为泥质粉砂岩。

二、施工导流方案

衢江游埠枢纽工程总工期为40个月，由于电站厂房、船闸工程量大，工期任务紧，需全年同时施工。因此根据衢江汛期洪峰流量大的特性，设计采用三段式施工导流方案：非汛期右岸电站厂房、右侧10孔泄洪闸及左岸船闸同时施工，由左侧束窄河床（宽 120 m）导流；汛期 5年一遇洪水（相应洪峰流量为8 150 m3/s）标准以下，由左侧束窄河床及右侧10孔泄洪闸基坑（共计290 m）联合导流；汛期5年一遇洪水标准以上，全河段过流。据此设计理念，施工期厂房、船闸围堰的防洪标准为汛期5年一遇 （相应洪峰流量为8 150 m3/s），堰顶高程37.5 m，厂房围堰前水位36.9 m；泄洪闸围堰的防洪标准为非汛期5年一遇（相应洪峰流量为3 800 m3/s），堰顶高程35.2m，泄洪闸围堰前水位34.6m，汛期围堰顶降至高程32.8m，以利过流。

三、现状及存在的问题

衢江游埠枢纽工程泄洪闸基坑围堰按工期计划非汛期挡水、汛期过流，设计推荐围堰结构形式为顶宽4.0 m，迎水侧边坡 1∶2，基础采用高喷防渗墙，堰身以砂砾石填筑，采用斜坡土工膜防渗，迎水面防渗墙平台以下采用80 cm厚的抛石护脚，防渗墙平台以上采用40 cm厚的块石理砌。为满足汛期过水要求，在防渗墙平台以下及围堰背水面采用混凝土护顶及护坡，同时在围堰背水侧堰脚以及围堰堰身设置抛石和钢筋笼填块石等防冲措施对堰脚和堰身进行保护。泄洪闸围堰设计堰体结构见图1。

衢江游埠枢纽工程施工队伍2014年9月进场后，发现按设计推荐围堰结构施工存在较大问题：

①设计推荐砂砾石填筑外加混凝土面板过流保护的泄洪闸围堰需填筑砂砾石16.8万m3、防渗土工膜0.47 万 m2、抛石护脚 1.01 万 m3、高喷防渗墙0.52万m2、混凝土浇筑0.49万m3，围堰概算造价约为1 400万元。总体上结构复杂，施工工序多，经济性不足。

②实际施工现场砂砾石储量与招标文件提供数据严重不符，因长期盗采，河床部分已基本无砂砾石，岸滩部分可开采的砂砾石有限，且主要留用做混凝土拌合骨料，围堰填筑材料大部分需外购。

③施工现场进出道路建设受限于政策处理问题，短时间难以解决完成，大型运输车辆通行依靠附近乡村公路，周边百姓多次阻拦，无法组织大规模、高强度外购填筑料运输。

④设计泄洪闸围堰使用期限包括两个枯水期和一个汛期，汛期10孔泄洪闸停止施工，围堰有堰顶过流的要求。因此泄洪闸主要施工时间为两个枯水期，施工工期较短，按照施工组织设计及关键路线分析、进度计划安排，泄洪闸应在2015年4月汛期开始前完成基坑开挖验收、闸基及下游消力池基础混凝土的浇筑等作业，以满足汛期基坑过水的要求，该部分工作施工工期计划需130个工作日。按照设计推荐的泄洪闸围堰结构形式，防渗及防冲保护措施较为复杂，导致围堰施工工期较长且难以压缩，估算填筑工作施工工期为100个工作日，则需要的总工期为230个工作日，从2014年9月15日—2015年4月15日汛期前，扣除春节放假10天，有效施工时间不到200个工作日，远少于围堰加基坑的合计施工工期（230天）。若按照设计方案进行围堰填筑，将影响基坑的大规模开挖及基坑内基础混凝土浇筑，导致无法按照预定计划完成施工任务，基坑汛期过流形势将十分严峻。

图1 设计推荐围堰结构断面

图2 调整优化后的围堰断面

⑤河床及岸滩清理开挖的弃料多为泥质粉砂岩，估算有19万m3，除围堰填筑外基本无其他可利用途径，弃料临时堆放及外运既占用施工场地又增加工程造价，需妥善解决。

综上所述，设计推荐的泄洪闸围堰方案在工程进度、工程投资、现场施工组织方面都存在一定问题，因此对围堰结构形式进行优化设计势在必行。

四、围堰结构优化及实施过程

1.围堰结构优化

综合导流方案、施工要求及现场实际情况，游埠枢纽工程围堰实施方案应满足以下条件：①围堰筑堰材料应尽量采用闸址区现有材料；②堰型、堰体结构设计要满足快速施工要求；③围堰的防渗、稳定、抗冲刷、堰体过流结构要求可靠、可控；④围堰的堰型、堰体结构设计应充分考虑方便汛后恢复挡水防渗功能；⑤围堰布置满足基坑建筑物基础开挖、施工机械及施工道路布置要求。

具体调整思路如下：经多方案比较后决定拆分围堰挡水、过流功能，先利用闸基开挖料进行土石围堰的施工，高程达到非汛期挡水的要求（35.2 m）后，在挡水围堰后进行过流围堰的施工，并同时进行基坑开挖作业，解决工程需要围堰快速形成、基坑尽早开挖的难题。通过调整围堰结构，改变围堰对筑堰材料要求的方法，达到就近使用闸址区现有当地材料的目的。闸址区地表覆盖有丰富的粉质黏土，试验渗透系数 1.2×10-4cm/s，适宜作为堰体的防渗材料。闸址区基岩为泥质砂岩，其开挖料适宜作为堰体填筑材料。

调整后的围堰方案为：原砂砾石堰体、混凝土高喷防渗结构变更为泥质砂岩堰体、粉质黏土心墙防渗结构。原抛石、钢筋笼填块石护坡，堰顶包覆混凝土层过流围堰结构形式，变更为采用CSG贫胶渣砾料碾压混凝土重力挡墙结构形式，过流围堰堰高5.3 m，堰顶宽度2.5 m。为了减少洪水过流初期对基坑的冲刷影响，在上下游各预留一个充水口，洪水结束后通过充水口排水，减少基坑抽排水量，加快基坑复工速度。调整后的围堰结构断面示意图见图2。

CSG贫胶渣砾料碾压混凝土主要设计指标：渣砾料采用岸滩开挖的砂砾料，每方混凝土掺加P.O42.5水泥和Ⅱ级粉煤灰各50 kg，水灰比1.0，容重按照不小于2 200 kg/m3控制，振动压实指标VC值按照5S控制，施工分层不大于40 cm。

2.施工过程

2014年9月中旬，围堰开始填筑。施工时对河道基础进行清理后，先填筑粉质黏土心墙，闭气抽水后开挖泥质砂岩料填筑堰体。填筑初期发现粉质黏土在水中浸泡后，工作面湿陷泥泞，施工车辆无法通行。为了加快围堰进占速度，局部调整了施工方案，先利用场内建筑弃料、废弃砂砾石、开挖基岩料填筑一条简易施工道路后，再填筑粉质黏土心墙。基岩料开挖充分利用河道水流不深、表层风化基岩料可以采用大功率挖掘机开挖的特性，快速铲挖后就近堆放形成简易施工道路。

至10月4日，初期基坑封闭并完成闭气，开始基坑初期排水。基坑排水完成后开始大规模基坑开挖，基坑开挖基岩料就近上堰形成堰体，粉质黏土及时跟进，至10月30日挡水围堰全部形成。

CSG贫胶渣砾料碾压混凝土过流围堰于11月9日开始施工，受现场施工布置影响，过流围堰分阶段形成，至2015年2月14日全部完成。2015年3月1日，一期基坑内的预设施工任务已经全部完成。

五、效果分析

1.防渗效果分析

从整个泄洪闸挡水围堰的使用过程来看，围堰基坑内没有可见渗水点。围堰的施工质量良好，粉质黏土心墙防渗效果良好。

2.进度分析

因采用防渗材料直接填筑堰体，取消高耗时的高喷防渗结构，围堰从9月14日开始填筑到10月30日挡水围堰完成仅用时45日，比招标投标阶段计划的100日节约有效工期55日，为下一步基坑开挖、泄洪闸基础混凝土浇筑提供了较为充足的施工时间，确保在汛期前完成基坑内预设施工任务。

表1 围堰经济性分析表

3.经济性分析

围堰料采用坝址区现有当地材料，节约了施工成本；取消高成本的高喷防渗墙，简化过流防护结构，缩短了施工时间，降低了施工造价。根据施工成本动态控制管理，综合比较实际值与计划值，整体围堰施工成本降低约30%，节约成本近330万元，具体指标见表1。

4.现场施工组织

由于开挖料能就近上坝筑堰，施工机械能全面铺开，利于现场施工组织，便于快速施工。2015年3月1日一期基坑内的预设施工任务全部完成，挡水围堰上部开始拆除，土料又可就近翻运用于厂房围堰加高及厂房纵向围堰填筑，大大提高了现场开挖料的重复利用。

5.过流效果分析

CSG贫胶渣砾料碾压混凝土为重力式结构，汛期过流安全可控，因已在汛期前完成挡水土石围堰的降高工作，加上洪水前基坑内及时预充水保护，过流后基坑内清理工作也较为简单。

六、结 论

衢江游埠枢纽项目在施工条件变化的情况下，能够因时、因地制宜选择合适的围堰堰型，创新性采取独立的围堰挡水、过流结构，便于简洁、有效、快速施工，实现了全部筑堰材料取自闸址区当地材料、取消高成本高耗时的高喷防渗墙结构、节约巨大的施工成本、缩短两个半月工期的良好效果，为第一个枯水期项目顺利施工打下了坚实基础。

本工程位于浙中丘陵盆地中部低山平原地区，目前国内在类似地区、类似条件下修建的和潜在修建的类似水利、航运项目众多。工程采取的围堰实施方案可以给同类工程提供有益借鉴。