浅析石壁山干渠引水隧洞进水口围堰设计及施工

刘 朋

(宣城市水利工程质量监督站，安徽 宣城 242000)

1 工程概况

石壁山干渠引水隧洞工程进水口位于港口湾水库库区主坝左岸上游，为已建水库增建工程，直接从库内引水。港口湾水库是一座防洪为主,结合发电、灌溉的大(2)型水库,集水面积1120km2,总库容9.41亿m3,正常蓄水位133.1m,死水位115.1m。石壁山干渠1#引水隧洞工程包括石壁山干渠1#隧洞进水建筑物和1#隧洞工程，全长10.40km。进水口采用有压短进口的无压隧洞，岸塔式设计。引水隧洞最高运行水位为133.1m，最低运行水位为118.5m，进口设计引水流量4.5m3/s，进口底高程116.5m，孔口尺寸为2m×2m。隧洞进水口建筑物级别为2级，设计洪水采用50a一遇，校核洪水标准采用200a一遇。

2 水文情况

工程所在区域属赣皖山地暴雨区,暴雨发生频繁,多由梅雨峰、台风以及低槽、低涡切变等天气系统形成,具有在短历时内出现高强度降雨特点，洪水主要由暴雨形成,集中在5-7月,个别年份台风暴雨形成的洪水出现在9、10月份,洪水特性为洪峰高、汇流历时短、洪水频繁。一次洪水历时一般为3d,多则7d,其中1d洪量占3d洪量的50%左右,3d、7d洪量占7d、15d洪量的70%左右。流域洪水年际变幅较大，经复核港口湾水库50a一遇最大入库流量5300m3/s,相应洪水位为138.13m，200a一遇最大入库流量7238m3/s,相应洪水位为139.42m。

3 地质情况

堰基处表层为浅薄的坡积层,厚度一般1.0-2.5m,该层土质不均匀般为中等透水性,承载力一般；下伏基岩为石英细砂岩夹粉砂岩,该层上部强-弱风化岩体裂隙发育,破碎,具中等透水性,下部微风化-新鲜岩体强度高,除浅部裂隙发育部位为中等透水性,其他一般为弱透水性,该围堰最大高度约21m,为满足对地基的强度、变形、防渗要求,选择基岩为持力层,防渗处理宜进入微风化基岩以下一定深度。

4 围堰截渗墙比选

4.1 高压旋喷防渗墙结构

高压旋喷防渗墙设计以围堰轴线布置灌浆孔，钻孔深度大于20m堰段布置两排高喷灌浆孔，其余1排，灌浆深度大于15m时孔距0.9m，灌浆深度在15m以内时孔距取1.0-1.2m，灌浆孔孔底进入强风化岩层不小于1.0m，成桩桩径不小于1.5m。该设计适用于软基或较厚的黏土覆盖层基础。初始设计中，地质条件未探明，经局部库底岩土出露，预估堰基处黏土覆盖层约5.0m，经进一步地质勘探，1#堰基以下坡积层厚度仅1.0-2.5m,坡积层以下为弱微风化石英细砂岩夹粉砂岩,透水率为24.6-87.7Lu,施工期围堰内外侧的水头差高达8.4m,高压旋喷防渗墙与岩层之间难以达到完全截渗；同时该堰体设计采用两侧抛石戗堤，中间填筑风化料结构，增加钻孔施工难度。

4.2 素混凝土连续墙结构

连续墙设计沿堰顶轴线机械挖槽，在泥浆护壁下形成深槽，清槽后，用导管法灌筑水下混凝土筑成单元槽段，连续施工在堰体内形成连续墙以达到截渗效果。设计釆用C20素混凝土连续墙进行截渗,墙厚60cm,槽孔沿围堰轴线布置,墙底进入弱风化岩层不小于5m,成墙面积1754m2。该结构特点主要有施工振动小，整体性好，施工速度快，适用于各种地质条件。

综上，经分析比选围堰结构采用石碴堰体结合混凝土连续墙截渗的型式。

5 进口围堰设计

5.1 导流方式及时段

进水口建筑物级别为2级,相应的导流建筑物级别为4级,考虑到港口湾水库水位可通过发电调节,如发生超标准洪水可通过泄洪洞下泄,导流标准取10-20a一遇设计洪水，导流时段选用10月-次年4月，考虑港口湾水库用水分析，施工期水库运行水位不得低于121.1m，进水口施工前枯水位应降至123.1m，期间来水由港口湾水库泄洪洞、发电洞下泄，施工期采用10a一遇设计水位为123.4m。

5.2 围堰设计分析

围堰采用土石结构，堰顶高程根据施工期10a一遇设计水位123.4m，结合风浪爬高、安全超高计算堰顶高程，其中风浪爬高采用《碾压式土石坝设计规范》附录A的莆田公式计算，风速W取10.2m/s，风区长度D取1000m，风浪爬高得0.44m，4级土石结构安全超高取0.5m,计算得围堰顶高程124.34m,考虑连续墙开槽时固壁泥浆宜高出库水位1.5m以上等因素考虑，围堰顶高程124.9m，取125m。堰体两边坡均取1∶2。

5.3 结构形式

围堰采用进口开挖石碴及风化料填筑，结合库中小岛分两段布置,轴线长分别为63m(1#)和31m(2#)。围堰填筑前将库水位预降至123.1m,填筑水位以下堰体分层进行填筑，堰体内外侧采用粒径较大的爆破石碴填筑,中间部位采用较小粒径的碎石填筑,堰体两边坡均为1∶2，顶宽15.0m,迎水侧采用块石护砌，填筑水位以上采用均质土围堰加高,两侧边坡为1∶2。围堰内侧利用进口开挖的石碴填筑至顶高程116m的平台。结构示意图见图1。

图1 围堰断面示意图

5.4 稳定计算

抗滑稳定采用瑞典圆弧法计算公式为：

(1)

式中：Fs为边坡稳定安全系数；Ci为最危险滑动面上土体黏聚力；Li为第i土体弧长；Wi为作用于滑裂面上第i土体重度；ai为第i土条弧线中心点与圆心的连线与垂直方向的夹角；φ为内摩擦角。根据填土、风化料、抛石、截渗墙、覆盖层、岩层等各土层物理力学指标：W为天然重度，kN/m3；C为黏聚力，kPa；φ为内摩擦角，°，分别取20、18.5、20、24、18、24，10、10、0、160、20、50，15、15、28、40、10、80，计算迎、背水侧边坡抗滑稳定系数分别为1.067和1.074，满足规范要求。

6 围堰施工

6.1 堰体填筑

进口围堰石碴填筑量为4.54万m3,土方填筑量为0.35万m3,其中石碴主要利用进口边坡爆破开挖的石料和风化料。高程123.1m以下石碴可在库水位较高时采用40m3开底石驳运至填筑部位进行抛投；高程123.1m以上围堰填筑土料采用自卸汽车运输,推土机辅助推运压实。堰后平台在进口开挖期间利用石碴抛填,在基坑内水位降低至160m时填筑并采用推土机推运平整。

6.2 连续墙施工

连续墙主要施工工艺为:施工平台填筑→导墙构筑→一期槽孔建造→清孔换浆→浇筑混凝土→二期槽孔施工。

6.2.1 导墙构筑

先用连续墙轴线定出导墙开挖线，导墙顶部高出平台10cm左右,导墙采用现浇钢筋混凝土，直角L型，深2.0m，宽1.5m，墙厚30cm；导墙间距为设计墙厚加余量(4～6cm)即650mm，在导墙间每隔5m加设临时顶撑，防止导墙变形，混凝土强度等级均为C15，φ16钢筋绑扎。导墙脚部座落在密实的土体上，要求导墙两侧采用回填黏土予以夯实.

6.2.2 槽孔建造

连续墙采取泥浆固壁,分段作业，每个槽段在6m左右，采用CZ-22型冲击钻机施工,先主孔、后副孔方式开挖成槽。开槽采用“四钻三劈”法，先Ⅰ期槽孔，再Ⅱ期槽孔施工，奇数为主孔，偶数为副孔。Ⅰ期槽孔遵循先主后副，最后劈打成槽原则，开槽过程中应加强施工现场情况的监测，挖槽后用超声波侧壁仪进行检测，确保成槽垂直度≤1/300。护壁泥浆由现场设置的制浆站生产,其配比根据现场试验确定，采用优质黏土泥浆进行护壁。

6.2.3 清孔换浆

在整段槽孔挖到底部后，应进行扫孔铲平抓接部位的壁面及铲除槽底沉碴以消除沉碴对将来墙体的沉降的影响，在挖槽和扫孔结束后,采用吸泥泵排泥进行清底换浆工作。清底换浆应在槽孔终孔验收合格后进行，在槽孔清孔换浆结束后1小时，孔底淤积厚度应不大于10cm，施工中清孔采取抽桶出渣方法，并不断向槽内补充新鲜泥浆，同时还应下入钻头不断搅动孔底沉积物，以彻底清除沉碴等杂物。槽段接头主要采用接头管连接方法。

6.2.4 浇筑混凝土

槽孔清孔验收合格后采用混凝土导管进行浇筑，C20商品混凝土。混凝土导管为丝扣连接，管径φ250mm。用混凝土搅拌运输车运至浇筑地点,混凝土泵直接输送下料，混凝土浇筑导管要求离槽边1.5m左右，两导管间距原则上不大于3.5m。根据混凝土上升速度起拔导管，导管埋入混凝土深度宜控制在1.0-6.0m内。要求混凝土供应强度能满足混凝土上升速度≥2.0m/h。

在整个防渗墙完成后，及时对该工作面进行清理，主要是清除施工弃渣，用8t自卸汽车运至指定的弃渣场进行集中堆放。

7 结 语

混凝土连续墙围堰结构应用广泛，在石壁山进口围堰使用充分发挥了挡土承重截水作用，能够缩短工期、节约成本，效果明显。该方法能较好的应用于库区内以及河流内流速较小、覆盖层较薄施工条件。通过石壁山干渠引水隧洞进水口围堰施工技术分析及施工应用为同类围堰水下施工提供参考。