单戗立堵法在黄河截流中的应用

吴川花

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001）

单戗立堵截流通常适用于施工场地受限，落差小于3.5 cm，只能一端进占的截流工程，此种截流方法操作简单，且经济实惠。单戗立堵式截流法在龙口合龙前需要非常大的推进强度，在国内外截流施工方面被广泛应用[1]。本文以一期导流前的黄河主河床截流为例，对单戗立堵法在该工程中的应用进行探讨。

1 电站概况

黄丰水电站枢纽建筑物主要由泄洪闸、电站厂房、土石坝组成，设计正常蓄水位1880.5 m，坝顶高程1883.5 m，最大坝高46.66 m。泄洪闸为3 孔，孔口尺寸14 m×9.2 m；发电主厂房尺寸92.0 m×29.0 m×68.65 m（长×宽×高），装机容量225 MW（3×75 MW）。电站多年平均发电量8.648亿kW·h，总库容0.59 亿m3，属Ⅲ等中型工程，工程主要任务是发电。

坝址区每年11 月至次年6 月为枯水季节，洪水多出现于每年的7 月～10 月。2007 年黄丰坝址区10 年一遇汛期洪水流量为3020 m3/s，枯水期流量为1600 m3/s。工程地处大陆腹地，为典型的半干旱大陆性气候。多年平均气温8.7℃，极端最低气温-19.9℃，极端最高气温38.2℃。多年平均降雨量266.2 mm，多年平均蒸发量2131.5 mm。

2 截流工程

根据围堰体型特点，考虑进占过程中损耗及应急准备，截流工程量备料见表1。

表1 截流工程量备料

截流采用单戗堤左岸立堵法截流，在左岸上游料场至下游围堰堰肩堆料场布置一条截流施工道路，砂砾石路面长510 m，宽8 m，双车道行使，备存维护路面的砂砾石。配备一辆洒水车，防止灰尘影响司机视线。另在左侧戗堤附近处设一20 m×50 m 的回车场。为保证下游围堰用料,从上游围堰至下游围堰布置一施工机械运输道路。

3 戗堤及截流施工

3.1 戗堤位置及进占方式

采用上游横向围堰自左岸向右岸进占的单戗立堵截流方式，截流戗堤作为上游围堰一部分。截流戗堤轴线选择须结合围堰的布置统一考虑[2]。

截流戗堤断面设计应保证戗堤自身稳定，同时要满足截流高强度施工交通要求，戗堤顶宽取10 m。戗堤上下游边坡为1∶1.5。

预进占段围堰断面分成三次填筑。第一次预进占，坡顶与戗堤相接，并布置回车场以满足车辆回转需要，坡顶高程以下填筑成围堰断面。预进占段顶宽20.34 m～23.84 m，坡顶高程1864.99 m～1869.80 m。第二次填筑，将围堰断面加高成灌浆平台进行防渗。第三次填筑，灌浆后，将灌浆平台加高成堰顶高程。

黄丰电站截流流量受公伯峡电站发电流量控制。公伯峡1台机组发电时，至黄丰电站流量为345 m3/s；公伯峡2 台机组发电时，至黄丰流量为690 m3/s。合龙时，按690 m3/s 流量进行施工设计。

截流戗堤进占共分4 个区，其中龙口为两个区。黄丰水电站主河床截流戗堤进占程序见图1。

Ⅰ区，第一次右岸预进占区，进占长度20 m，该区填筑明渠开挖砂砾料，用钢筋笼裹头，防止冲刷。

Ⅱ区,第二次左岸预进占区，进占长度110.47 m，随着龙口宽度减小，流速增加，先在前沿抛投钢筋铅丝笼，后为砂砾石料或石渣，预进占结束后用钢筋铅丝笼裹头，防止冲塌。

Ⅲ区，当龙口宽度为50 m 时，流速增加，截流进入困难时期，该区抛投料为钢筋笼及混凝土预制块分流，后抛投砂砾石料或石渣填充。

Ⅳ区，当龙口为20 m 时，截流困难进一步增加，此时抛投钢筋串笼及混凝土预制块。

图1 黄丰水电站主河床截流戗堤进占程序示意图

3.2 截流水力特性计算

3.2.1 导流明渠分流流量计算

根据设计资料，导流明渠水位流量关系见表2。

表2 导流明渠水位流量关系

3.2.2 龙口宽度计算

龙口宽度根据不同流态采用不同公式分别计算。

当龙口断面为梯形，且流态为淹没出流时龙口泄流量用式(1)计算：

式中：φ 为流速系数，采用0.8～0.9；b 为龙口水面宽度，m；ms为龙口坡比；hs为龙口下游水位，m；H0为龙口上游水头，m[3]。

当龙口断面为梯形，且流态为自由出流时龙口泄流量用式(2)计算：

式中：m 为流量系数，采用0.31～0.34；其它符号同式（1）。

当龙口断面为三角形，自由出流时龙口泄流量用式（3）计算：

式中：m 流量系数，0.31～0.34，随龙口糙率增大而减小，本次计算取m＝0.32；b 为龙口断面平均宽度；其它符号同式（1）（2）。

计算时先计算导流明渠分流流量，然后根据龙口流量判别流态，选取相应公式进行流量计算。

3.2.3 龙口水深计算

龙口水深计算分为两种情况，梯形龙口水深计算时，先计算Z/H0，然后根据Z0/H=f(Z/H0)曲线查出Z0/H，计算Z0＝H×（Z0/H），并进一步求得h＝H－Z0；三角形龙口水深计算时，用h＝b/（2×ms）进行计算，其中b 为水面宽度，ms为龙口坡比。

3.2.4 龙口平均流速计

龙口平均流速按下式计算：v=Q/（B×h）

3.2.5 龙口抛投材料计算

龙口抛投材料块径按依兹巴什公式计算[4]：

式中：d 为石块化引为球体的当量直径（m）；rs、r 分别为块石容重和水的容重，t/m3；v 为计算流速，m/s；k 为稳定系数，本次截流不护底取k=0.9。

根据国内外截流经验，单戗立堵进占用流速计算抛投料的粒径比较符合实际。从计算结果看，按照依兹巴什公式计算的块体粒径和已往资料比较接近。

3.3 截流技术措施

3.3.1 预进占及龙口合龙

第一次预进占设计流量为1680 m3/s，为了减轻截流后期的施工压力，根据目前施工情况，在导流明渠不分流情况下，安排第一次预进占，经过计算，当束窄河床后水位雍高，龙口为80 m 时，上游水位为1863.61 m，没有超过一期围堰设计水位1865.5 m。在9 月15 日前将河床束窄至50 m。

第二次预进占时，导流明渠具备分流能力，流量由业主协调上游已建电站控泄，控泄流量690 m3/s。在9 月1 日～14 日期间进行填筑，当龙口为50 m 时完成预进占，由业主协调上游已建电站控泄，黄丰水电站截流流量控制在690 m3/s，进行龙口合龙。水力计算参数见表3。

表3 截流水力特性计算表

3.3.2 闭气

龙口合龙后，闭气料分两次完成。第一次抛投水平宽度为1.11 m 的反滤料，左岸砂砾料场取料，第二次抛投水平宽度为2.23 m 的粘土料，左岸下游围堰堰肩处堆料场取料。闭气料抛投完毕后，对戗堤渗漏量进行检查，当发现较大渗水通道时，在上游抛填粘土料。

3.4 截流施工

预进占平均抛投强度200 m3/h，合龙时平均抛投强度500 m3/h，闭气料抛投强度300 m3/h，抛投时采用装载机、反铲配自卸汽车装运抛投料至戗堤部位，推土机推料及平整堤面。

第二次预进占时，由于龙口束窄水流对抛投料的冲刷加剧，为顺利进占，抛投重点为上游边线处，即上挑角抛投，将钢筋笼稳定在上游坡角处，其它部位可用石渣或砂砾石料进占。当出现下游侧回流淘刷，一般料难以进占时，可在下游侧抛投钢筋笼，中间抛投石渣或砂砾石料，如此轮番交替抛投，应可顺利进占。

龙口合龙时，采用堆石体戗堤由左岸向右岸立堵进占方法截流，采用装载机或反铲配合自卸汽车将钢筋笼、砼预制块、块石、砂砾料运至戗堤进占抛投，并配备推土机推料直到合龙。因黄河流量较大，合龙后应立即加大填筑强度，左右岸同时施工，将戗堤加宽加高至设计宽度和高程。填筑料来源于左岸砂砾料场，运距约在300 m 范围内。

合龙时根据水流条件及龙口状态，先沿上游角流速较小处将钢筋笼或预制块抛下，以挑开水流，造成戗堤前沿中部及下游处的回流区，在龙口段形成多级落差，并抛投砂砾料或石渣。预计合龙时间16 h，最大抛投强度500 m3/h。

合龙加宽戗堤后，立即进行闭气，闭气材料运至上游坡面顺坡卸料，水上部分由反铲修坡。

3.5 截流用料储备

左岸110.54 m 预进占主要材料为砂砾石，当水流流速较大时采用钢筋笼进行裹头。

左岸戗堤用料约为2 万m3，而从业主指定的取料场只能取约0.6 万m3的砂砾料，有1.4 万m3的砂砾料需要提前备料。备料表见表4。

表4 截流各种材料用量表

3.6 截流施工强度与机械设备选择

本工程导流明渠的引渠与上游来流方向较顺，明渠分流能力较强，护底要求不高。

①合龙流量690 m3/s 方案

上游围堰预进占段填筑，填筑强度90 m3/h，6 天完成预进占。

截流抛投强度500 m3/h～600 m3/h，合龙历时约16 h。

龙口合龙后，加高戗堤和预进占段上游围堰，填筑强度360 m3/h，分层填筑碾压,4 天完成。截流主要机械设备见表5。

表5 截流主要机械设备表

4 结语

项目部通过各项前期策划和筹备，2007 年9 月16 日，黄丰水电站按计划完成一期黄河截流，龙口合龙后及时进行了闭气料铺设和围堰的加高培厚，为该项目基坑开挖和下一步主体结构施工创造了良好的基础条件。实践证明，截流工程施工中，立堵截流施工简单，便于就地取材和机械化施工，且施工准备工作量小、安全可靠，可在截流工程广泛进行广泛应用。