桂林市防洪及漓江补水工程建设中的关键因素及应对措施

马品君

（广西水利电力勘测设计研究院，南宁530023）

1 概述

桂林市防洪及漓江补水工程由漓江上游干、支流上的斧子口、小溶江及川江3座水利枢纽组成，是国务院批准的《珠江流域防洪规划》确定的桂江重点控制性防洪工程。工程开发任务是以桂林市防洪及漓江生态补水为主，结合发电等综合利用。工程建成后，与青狮潭、五里峡、思安江等已建水库及城市堤防工程联合调度运行，可将桂林市总体防洪能力由现状约20年一遇提高到100年一遇；枯水期通过与已建水库联合向漓江补水，可使桂林市断面枯水期目标流量达到60 m3/s，补水月保证率达到90%以上，使漓江生态环境、通航条件和旅游景观得到明显改善。小溶江、斧子口两座水利枢纽的勘测设计工作由我院承担。

小溶江、斧子口水库均属大（2）型水库，Ⅱ等工程，枢纽主要由拦河坝、泄水建筑物、补水建筑物及坝后式厂房等组成。其中小溶江水库正常蓄水位267 m，总库容1.52亿m3，最大坝高89.5 m；斧子口水库正常蓄水位为267 m，总库容1.88亿m3，最大坝高76.5 m。

2 影响工程设计的关键因素及应对措施

桂林市是中国著名旅游胜地和历史文化名城，因此充分考虑旅游城市的特点，减小对生态环境的不利影响是工程建设中的关键因素，在进行水利枢纽总体布置时应将工程建设与生态环境保护有机结合起来，达到兴利和环保的双重目的。

为了结合桂林市的特点对工程项目建设的要求，桂林市防洪及漓江补水工程设计时在坝型选择、生态环境补水设施、水生生物保护措施等方面考虑了生态环境的要求，尽量减小工程建设对当地生态环境的不利影响。

2.1 坝型选择

桂林市防洪及漓江补水工程坝址均位于高山峡谷地区，属V型峡谷，两岸山体陡峻雄厚。在进行坝型选择时，根据坝址处的地形地质条件，选择了碾压混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝两种适合建设的坝型进行比较。混凝土面板堆石坝的优点是可以利用部分溢洪道开挖的石料填筑大坝，剩余部分筑坝石料从料场开采，而碾压混凝土重力坝骨料均需从料场开采，因此在工程投资上混凝土面板堆石坝小于碾压混凝土重力坝，但混凝土面板堆石坝溢洪道开挖形成大面积的高边坡增加了防护难度及运行期的安全隐患；同时，大面积的边坡开挖及从新的石料场开采石料也会对当地景观及生态环境造成极大影响；另外，溢洪道及料场开挖料中无法用于坝体填筑的大量弃渣，不但占用大量土地，也会对工程区的原始地貌和植被造成破坏。而混凝土重力坝开挖范围、边坡开挖高度及土石方开挖量相对较小，对当地景观及生态环境的影响程度相对较低。

根据桂林市生态环境对工程建设的要求，结合工程地形地质条件、工程投资、施工条件、工期及运行管理条件等多方面因素综合考虑，最终选择碾压混凝土重力坝作为推荐坝型。

2.2 生态环境补水

漓江生态环境补水是桂林市防洪及漓江补水工程的主要任务之一。根据斧子口水利枢纽生态环境补水要求，水库运行期间，当水库处于死水位226 m时，最小下泄流量应达到15 m3/s。当库水位在发电死水位239 m以上时，电站单台机组发电流量19.85 m3/s（电站共安装两台水轮发电机组），可满足漓江生态用水要求，不需向下游另行补水；当库水位处于发电死水位与死水位之间时，不再发电，为了满足漓江生态环境补水的要求，设计时考虑在发电引水主管215 m高程处连接一条生态环境补水管向下游补水，生态环境补水管与电站发电机组引水共用一条发电引水主管，共用一个进水口。

由于电站水轮发电机组与漓江生态环境补水共用一个进水口，因此水电站进水口的布置需同时满足发电和生态环境补水的要求。考虑到斧子口水库建成后库水较深，水体温度随水深的不同会有一定差别，而下游河道水深较浅，河道水温基本与水库表层水温相同，为了降低水库下泄水流与下游河道水体的温差，减小对下游生态环境造成的不利影响，取水时应尽可能取表层水，因此进水口设计时采用分层取水方式加以解决，进水口共分两层，即表层进水口和底层进水口。

根据工程调度运行成果，斧子口水利枢纽坝前多年平均各月水位变化为243～263 m，结合水库各月不同水深的水温情况，电站表层进水口底高程可设置在正常蓄水位（267 m）以下15 m左右（可浮动区间为正常蓄水位以下13～20 m），且应低于汛限水位254.4 m。如此只有1～4月的多年平均水位低于表层进水口，但因为这几个月天然河道本身水温较低，下泄水流与天然河道水流温差不大，通过底层进水口引水至水轮发电机组或环境补水管向下游补水即可满足要求。为了满足取表层水的需要，同时考虑在汛限水位254.4 m时仍能通过表层进水口取水，确定表层进水口底高程为250 m，当库水位高于汛限水位时，关闭底层进水口工作闸门，电站从表层进水口取水；当库水位低于汛限水位时，开启底层进水口工作闸门，电站从底层进水口取水。底层进水口底高程需满足的条件是：高于水库淤沙高程221 m；当库水位为发电死水位239 m时满足最小淹没深度要求；当库水位为死水位226 m时，满足向下游生态环境补水15 m3的要求。经计算分析，最终确定底层进水口底高程为223 m。

2.3 水生生物保护

由于桂林市防洪及漓江补水枢纽工程的建设，阻断了原河道鱼类的洄游通道，鱼类无法洄游，活动区域更狭窄，产卵繁殖将受到不利影响，而水域湖泊化改变了鱼类居住的自然环境，许多土著江河急流型鱼类由于无法迁移将逐步减少或消失，使漓江鱼类的自然资源受到一定的负面影响。针对这些不利影响，在工程建设中需要采取相应的环保措施对鱼类资源进行保护和补偿。考虑到桂林市防洪及漓江补水工程中的斧子口、小溶江及川江水利枢纽基本在同一地区，区域现状水生生态及工程对水生生态的影响基本相似，而根据国内成功经验，江河湖库投入大规格鱼种作为保护增殖水产资源是行之有效的措施，因此考虑为3座水利枢纽共同建设一个渔业增殖站，以补偿工程建设造成的渔业损失。

渔业增殖站年增殖放流总量为80万尾，其中斧子口、小溶江水利枢纽库区每年分别投放各类大规格鱼种20万尾，川江水利枢纽库区每年投放各类大规格鱼种10万尾，向漓江干流增殖放流各类大规格鱼种30万尾。运行初期，受规模和技术的影响，向库区人工增殖放流鱼的种类为6～8种，以后每年增加1～2个新的增殖品种，10年后即可提供大面积涵盖漓江鱼类缺失明显、必须增殖放流的土著大型经济类和珍稀类鱼种。

3 影响工程施工的关键因素及应对措施

3.1 坝体构造

根据碾压混凝土坝设计规范的要求，在进行坝体结构布置时，需根据工程的具体条件和需要设置横缝或诱导缝，其间距宜为20～30 m。小溶江及斧子口水利枢纽在坝体结构布置时，非溢流坝段的坝体分块长度均在15～27 m之间，而溢流坝段长度为39 m，为了维持溢流坝段的整体性，设计时将整个溢流坝段分为一个坝块，由于坝块长度超过30 m，因此在溢流坝块中部上游侧表面设置深3 m的诱导缝。

小溶江水利枢纽工程实施过程中，当浇筑基础垫层混凝土时，在溢流坝段坝块中部出现一条顺水流向的裂缝。据分析，出现裂缝的原因是由于混凝土坝块结构尺寸较大，混凝土凝固期间释放出大量的水化热积蓄于坝体内，造成坝体内部温度较高，而短期内外界气温变化幅度较大，从而使混凝土内外温差过大，所产生的温度应力导致混凝土产生裂缝。

小溶江水利枢纽溢流坝段浇筑至接近溢流坝顶部时，在上部也出现了一条顺水流方向的裂缝，裂缝位置处于溢流坝段沿轴线方向的中部。据分析，裂缝出现的原因，也是因为混凝土的水化热使混凝土内部温度升高，同时遭遇外界温度急剧降低，导致大坝混凝土内外温差过大而产生裂缝。

针对溢流坝基础垫层及坝体产生的裂缝，根据裂缝宽度的大小分别采用水泥灌浆和化学灌浆对裂缝进行充填，保证坝体的整体性及强度满足设计要求，同时在裂缝的上游侧增加止水及防水措施，确保坝体不会通过裂缝位置发生渗漏，另外在裂缝上部增加钢筋网，控制裂缝不会往上部坝体继续延伸。为了防止大坝建成后溢流坝段可能再沿溢流面产生裂缝，影响溢流坝的安全运行，施工期将溢流坝段中部上游面的诱导缝沿着溢流面往下游延伸至与消力池连接处，并在诱导缝内增加了相应的止水措施。通过优化设计后，斧子口水利枢纽溢流坝段未出现类似小溶江水利枢纽溢流坝段上部混凝土出现裂缝的情况。

3.2 坝体温度控制

根据碾压混凝土施工技术要求，当日平均气温高于25℃时，碾压混凝土浇筑应采取防高温和防日晒的施工措施。本工程所在地属于中亚热带气候，夏季气候比较炎热，据统计，工程区6～9月的平均气温均高于25℃，极端最高气温达38.5℃。由于施工前期的多种因素耽误了部分工期，为了赶上施工进度，工程必须在高温季节继续施工。如此一来，制定有效的高温季节施工温度控制措施就成了确保碾压混凝土施工质量的关键。根据本工程的实际情况，施工时从骨料存储到浇筑过程采取了不同的温控措施。

3.2.1 降低原材料温度

（1）降低骨料初始温度。由于工程区夏季炎热，为了避免混凝土骨料直接暴露在太眼下暴晒，从而达到降低骨料初始温度的目的，施工中采取在骨料仓上部搭建遮阳棚及增加骨料堆积高度，并从底部廊道取料的方式来降低骨料的温度，骨料堆积高度一般大于8 m。通过以上降温措施，可使骨料的温度比外界气温降低3℃左右。

（2）降低水泥及粉煤灰温度。据统计，如果夏季将水泥罐和粉煤灰罐放在太阳下暴晒，则水泥罐内的温度可达70℃，粉煤灰灌内温度也可达60℃左右。为避免水泥罐和粉煤灰罐遭受暴晒，降低水泥和粉煤灰的初始温度，本工程通过在水泥罐、粉煤灰罐上搭建遮阳棚，同时采取给罐体淋水等降温措施。据监测统计，采取降温措施后，水泥、粉煤灰的温度可以降低20℃左右。

（3）采用低温水搅拌混凝土。据检测，当地夏季井水的温度较外界气温平均低10℃左右，本工程施工时充分利用当地井水温度较低的特点，采用抽取井水来搅拌混凝土，有效地降低了混凝土的出机温度。

3.2.2 动态调整VC值

本工程大坝碾压混凝土设计VC值为3～5 s，考虑到仓面气温及运输、摊铺过程中可能有VC值的损失，因此在施工过程中将出机口的VC值在设计值的基础上浮动±1～3 s，白天取上限，晚上取下限，在不陷碾的情况下则尽量维持设计VC值，以保证碾压混凝土层间的结合质量。

3.2.3 调整缓凝高效减水剂用量

正常气温条件下，本工程大坝碾压混凝土（三级配）配比中缓凝高效减水剂的掺量为1.1%，在室温（25℃）条件下可将混凝土的初凝时间延缓至25.5 h，现场施工时由于受到高温及暴晒等因素的影响，仓面混凝土初凝时间仅为2～3 h。而混凝土初凝时间过早，连续高强度碾压混凝土施工时可能对碾压混凝土层间结合的质量造成影响。为了保证碾压混凝土层间结合的质量，需适当延长仓面混凝土的初凝时间。通过现场试验，当缓凝高效减水剂掺量提高到1.3%后，仓面混凝土的初凝时间可延长到6～8 h，既可满足碾压混凝土施工强度的要求，同时又能保证碾压混凝土层间结合的质量。

3.2.3 混凝土运输及浇筑过程的温度控制

高温季节，混凝土在运输过程中由于受到太阳的暴晒会使混凝土的入仓温度升高，通过采用隔热、遮阳防晒等措施，则可有效减小运输过程中混凝土温度的升高。

通过在仓面上部布置喷雾机不间断喷雾，可有效降低仓面环境的温度并保持仓面的湿润，保证碾压混凝土的碾压及层间结合质量满足要求。对已经碾压合格的区域用彩条布进行临时遮盖，达到防晒降温的效果。

在高温季节施工中，根据混凝土的拌和能力及浇筑能力，通过合理控制仓面碾压混凝土的浇筑面积，尽可能缩短层面间歇时间，对已碾压层面尽早覆盖上层混凝土，以保证碾压混凝土层间的碾压质量。如小溶江水利枢纽大坝碾压混凝土的平均入仓浇筑强度为120 m3/h，高温期采用分块浇筑的方法进行施工，将每个坝块划分为一个浇筑仓面，仓面面积控制在500～900 m2之间，每一层浇筑混凝土200～270 m3，层间间歇时间为2～3 h，仓面浇筑总方量为1 400～2 100 m3，施工时间安排在每天下午17时至第二天上午10时之间的阴凉时段进行，完成仓面碾压混凝土施工时间为17～18 h。通过避开高温时段施工，合理控制仓面浇筑面积，有效地控制入仓温度、VC值及层间结合的有关参数，确保了碾压混凝土的施工质量。

3.2.4 混凝土内部温度控制及外表保温措施

由于工程区树林茂密，河水水温较低，通过采取在坝内埋设冷却水管通河水的措施可有效降低混凝土坝体内外的温差。本工程的冷却水管采用高密聚酯乙烯管，管径为32 mm，水管间、排距为1.5 m×1.5 m，冷却水管内的水流方向每天改变一次，管中水流速度控制在0.6 m/s左右，使坝体均匀冷却。冷却水温度与坝体混凝土温差不超过20℃。

在碾压混凝土浇筑完成收仓后，立即在混凝土表面覆盖复合土工布保温被进行保温，减缓混凝土表面热量的流失，可有效降低坝体内外混凝土的温差。

通过采取以上措施，有效降低了坝体内外的温差，防止大坝混凝土裂缝的产生，确保了大坝碾压混凝土的施工质量。

4 结语

桂林市防洪及漓江补水工程结合桂林市是中国著名旅游胜地和历史文化名城的特点，在工程建设中充分考虑了对生态环境的影响，力求将工程建设对生态环境的不利影响降至最低。

小溶江、斧子口水利枢纽大坝均为碾压混凝土重力坝，坝体结构设计及浇筑混凝土时的温度控制是保证大坝混凝土施工质量的关键因素，在设计及施工过程中，通过优化坝块混凝土结构设计及制定合理的温控措施，有效地控制了混凝土的施工温度，达到了在确保大坝混凝土质量的前提下满足了施工进度的要求。