万家寨水利枢纽尾水河道左岸护坡加固改建

孙文静

（黄河万家寨水利枢纽有限公司，山西太原030000）

1 概况

万家寨水利枢纽位于黄河北干流上段托克托至龙口峡谷河段内，是黄河中游梯级开发的第一级，也是山西省引黄入晋工程的龙头工程。坝址左岸位于山西省偏关县，右岸位于内蒙古自治区准格尔旗。枢纽属Ⅰ等大（1）型工程，永久性主要建筑物为1级水工建筑物，次要建筑物为3级水工建筑物。枢纽采取“蓄清排浑”的运用方式，主要任务是供水结合发电调峰，同时兼有防洪、防凌作用。电站装机108万kW，年平均发电量27.5亿kW·h。

万家寨水利枢纽下游河道护坡设计的目的是防止岸边回流淘刷或冲刷，避免在泄水建筑物下游发生危害性较严重的局部冲刷，保护下游河床、岸坡及岸边建筑物的安全。左岸护岸从护坦末端至下游0+567.56m桩号采取重力式挡土墙。重力挡墙下游有1条与黄河相交的冲沟大青沟，大青沟口以下上段为铅丝笼护坡，单坡无马道，护坡顶高程为908.00m，坡度为1∶1.5；下段为浆砌石护坡，复式断面，设二级马道，马道顶宽均为2.0m，一级马道顶高程为902.00m，二级马道顶高程为905.00m。

2 左岸护坡现状

2017年以来主汛期间，黄河来水较以往偏大，且持续时间较长，2018年主汛期间，万家寨电站平均下泄流量为2131m3/s。2018年主汛期大流量长历时泄水后，左岸上段铅丝石笼护坡受水流冲刷破坏，有多处垮塌，最大1处垮塌尺寸为13.0m×14.0m，深约0.4m。局部位置铅丝破损、块石滑落，底部3.0m范围内铅丝整体破损缺失，砌体较为松散，坡脚位置砌块部分缺失；下段浆砌石护坡距坡顶部约1.0m处，较多部位存在宽5.0～20.0cm不等的裂缝或小面积孔洞，为护坡砌体下坠拉裂所致；护坡坡面存在多处块石塌落缺失，局部淘空，护坡坡脚2.0m范围内有冲刷破坏，勾缝砂浆脱落，砌体散落缺失；坡底护脚顶部冲毁面积较大，砂浆层大部分脱落或空鼓，表面块石松脱、离位。

工程自投运以来，左岸护坡已经多次维修和应急处置，但每遇大流量泄水过程，均出现不同程度损坏情况。近年来，黄河来水偏丰，大流量泄流持续时间较长，岸坡损坏情况进一步恶化，岸坡防护措施不当和设防标准偏低的问题已实际显现，鉴于左岸坡破坏现状及存在问题，为满足永久工程安全运行要求，须对该段左岸坡进行必要的防护加固及改建处理，以保障河道行洪安全。

3 加固方案比选

左岸护坡改建工程上段长341.0m现状为铅丝笼石护坡，下段长219.0m为浆砌石护坡。改建方案考虑两个方案进行比选。

3.1 阶梯式格宾石笼方案（方案一）

将现状护坡全部拆除，为不占用河道行洪断面，对现状护坡基础进行削坡整理，使改建后护坡不突出原护坡。护坡改建采用格宾石笼结构，按原坡比1∶1.5阶梯式布置，护坡顶高程为908.00m，底高程为897.00m，格宾石笼尺寸为2.0m×2.0m×0.5m，格宾石笼下设反滤土工布，土工布与格宾笼之间回填碎石。下段219.0m复式断面改建至一级马道位置，顶面高程为902.00m。各段改建断面形式见图1。

图1 左岸护坡改建工程断面形式

3.2 钢筋混凝土贴坡防护方案

钢筋混凝土贴坡防护方案是在现状边坡基础上，直接铺设钢筋混凝土护坡。根据水位站实测资料统计，电站下游河道水位大部分在902.00m以下，因此，钢筋混凝土护坡顶高程采用902.00m，护坡厚度为30cm。为保证护坡稳定，护坡底部设宽2.0m、厚1.0m钢筋混凝土护脚。钢筋混凝土护坡每9.0m设1道分缝，分缝处采用橡胶止水带止水，填充闭孔泡沫板，填缝材料为聚硫密封胶。钢筋混凝土护坡断面形式见图2。

图2 左岸护坡改建工程钢筋混凝土护坡

3.3 方案对比

方案一采用的格宾石笼外层为格宾网片，外层有防锈蚀保护层，使用寿命较长。格宾石笼本身为柔性结构，存在较强透水性，一旦背后基础土料发生深陷土料流失等情况，格宾石会紧贴土料，形成坍塌。根据统计，该段河道实测最大流速为4.5m/s，护坡能够满足抗冲刷要求，但无法抵御超强洪水。由于格宾石笼厚度较厚，最薄处为71cm，最厚处为160cm，再加上上段需要全断面改建，工程投资较大。

方案二采用的钢筋混凝土护坡为刚性护坡，采用现浇混凝土，抗冲刷能力强，在岸坡表面能够形成整体防护，避免基础土料流失，护坡厚度仅为30cm便可以满足要求，工程投资较小。

改建方案对比见表1。

表1 左岸护坡改建方案对比表

综合考虑，为保证护岸长久安全，决定采用投资小，防护效果更好的方案二。

4 方案实施

4.1 施工导流

根据《水利水电工程施工组织设计规范》，土石围堰设计高度为施工期5年一遇洪水加超高，超高根据工程级别选定，最低级别为0.5m；根据现场实际情况，从大青沟口至黄河大桥位置逐步加深。考虑到水较深，水流速度较快，围堰需通过自卸汽车拉运土石料快速填筑，且围堰施工只有大青沟口一个可进出点，围堰存在交通需求，必须满足必要的施工机械通行，保证围堰施工机械安全，故围堰宽度设计为4.0m（见图3）。本着节约成本，围堰稳定安全的基础上，围堰坡采用自然坡。同时，对于水深大于3.0m处的部分围堰，外坡与内侧坡脚采用抛石保护。

图3 施工围堰断面图

4.2 加固改建

按方案二的设计实施

1）施工放线及开槽

放线过程中需在原护脚基础上保证护脚高度一致、平齐、圆顺、保持美观。坡脚位置开槽利用原坡脚线开槽，槽底压实、整平。

2）钢筋网制安

依照开挖面和图纸要求以及钢筋的直径、间距，布置和焊接架立筋。所有钢筋均由人工进行安装，安装的位置、间距严格按设计文件及规范要求执行，并做好架立筋的加固工作，使安装后的钢筋具有足够的刚度和稳定性。直径在25mm以上时的竖直钢筋可采用直螺纹套管连接。为了保证混凝土保护层的必要厚度,应在钢筋与模板之间设置强度不低于结构物设计强度的混凝土垫块。垫块应埋设铁丝并与钢筋扎紧。垫块应互相错开,分散布置。在各排钢筋之间,应用短钢筋支撑以保证位置准确。

3）模板支设

根据混凝土施工部位特点及混凝土分布和数量，主要选用P3015定型组合钢模板，承重架由ϕ48普通钢架管搭设而成。混凝土浇筑前，模板内的积水和杂物必须清理干净。检验模板的几何尺寸、表面平整度、垂直度、高程、轴线，并检查模板是否牢固。

4）止水、伸缩缝施工

安装时采用模板将止水带固定，内侧采用铅丝通过安装孔将止水带与结构钢筋固定，止水带要埋正对中，止水带中间可伸缩部分不得埋入混凝土中，以保证其可自由变形。止水带连接固定时不得钉钉、错茬连接和任意穿孔。橡胶止水连接采用专用胶水或者硫化热粘接，接头强度与母材强度之比不小于0.75。

5）混凝土浇筑

混凝土需分部浇筑，应严格控制浇筑方向，从一端向另一端逐层推进，不可贪厚，也严禁一次浇筑到位，否则可能会造成混凝土护坡侧压力分布不均，使整个支撑系统变形移位，甚至爆模，也不利于混凝土的振捣密实，容易出现蜂窝、狗洞等质量缺陷。

6）振捣

振捣时，振动棒移动间距宜为400～500mm，振捣时间宜为15～30s。在每层浇筑振捣第一次完成后，须间隔20～30min后进行第二次复振，以防因混凝土自身沉降而产生水平裂缝。应保持浇筑的连续性，每层浇筑振捣后，在其初凝前，覆盖上新混凝土振捣时，振捣棒必须伸入下层混凝土内50mm以上，以防混凝土出现冷缝而影响质量。

7）拆模

在常温下一般36h即可拆除墙身侧模板，拆模时，必须特别小心，不能损伤混凝土表面。

8）养护

现场按时养护，养护不得少于7d。现场设立标准试件养护室，放置每次浇筑时预留的标准养护试件，满28d送检。

5 结语

万家寨水电站下游左岸河道岸坡加固改建工程，通过方案对比，确定了投资更小、适应性更强、形式更符合现场实际情况的贴坡混凝土护坡形式，该工程的实施保证了万家寨水电站下游河道岸坡的安全、稳定，保障了枢纽的正常泄洪运用和下游河道行洪安全。