组合围堰在唐家渡电航枢纽中的应用

吴仍芳

(中国葛洲坝集团路桥工程有限公司，湖北 宜昌 443002)

0 引言

电航工程纵向围堰通常采用混凝土围堰，混凝土围堰具有强度高、抗冲刷、稳定性好和汛期不易发生破坏等优点。唐家渡电航枢纽工程(以下简称“唐家渡电航工程”)位于四川省遂宁市境内的涪江干流上，采用河床闸坝式开发，总库容9 430万m3，电站装机容量3×14 MW，船闸和航道按四级标准建设。唐家渡电航工程全年纵向围堰长397 m，高12.6 m，混凝土浇筑方量大，施工任务繁重，若1个枯水期(以下简称“一枯”)前未完成全年纵向围堰施工，则将影响工程安全度汛，难以保证整个工程顺利完工。

本文总结混凝土挡墙与台后回填的组合围堰结构施工技术[1]。该施工技术成功应用于唐家渡电航工程纵向围堰工程，充分利用了土石围堰及混凝土围堰的优点，减少了围堰修筑及拆除工程量，降低了围堰拆除难度，节约施工成本的同时加快了施工进度。

1 工程导流概况

唐家渡电航工程施工导流采用束窄河床分期导流方式，导流工程分两期施工：一期左岸枯期围堰加厂房全年挡水围堰围左岸非溢流坝段、鱼道、船闸、厂房、5孔冲沙闸和9孔泄水闸；二期右岸枯期围堰，围右岸17孔泄洪闸、储门槽坝段和右岸非溢流坝段。

唐家渡电航工程厂房全年挡水围堰设计洪水标准按全年10 a一遇洪水，相应导流设计流量为15 900 m3/s，对应坝址处水位为283.6 m。厂房全年挡水围堰设计堰顶高程为284.6 m，上、下游横向围堰为土石结构，厂房上、下游横向土石围堰、厂房纵向组合围堰及5#、6#导墙呈半包围形式布置，保护厂房、船闸进行旱地施工。

唐家渡电航工程厂房纵向组合围堰全长397 m，其中厂房上游纵向组合围堰长约178 m，上游以刺墙形式伸入厂房上游横向土石围堰，下游接6#导墙；厂房下游纵向组合围堰长约219 m，上游接5#导墙，下游以刺墙形式伸入厂房下游横向土石围堰。唐家渡电航工程导流围堰布置如图1所示。

图1 唐家渡电航工程导流围堰布置图

2 围堰方案比选

由于唐家渡电航工程土石方开挖工程量大，且周边弃土场较少，为消纳多余土石方，上、下游横向围堰均采用土石围堰结构。考虑全年厂房纵向围堰工程量大，且需在1个汛期前施工完成，经过多次研究论证和纵向围堰方案比选，结合工期、成本、安全、质量等因素，最终选择采用混凝土挡墙与台后回填组合纵向围堰的施工方案。

纵向围堰方案比较情况见表1所列。

表1 纵向围堰方案比较情况

3 组合围堰设计及受力计算

根据受力验算情况确定混凝土挡墙基础开挖深度及结构断面尺寸。根据地质条件和模板材料设备情况进行分层分块设计，间隔一定距离设置沉降缝，沉降缝处从底至顶设置止水带。回填料采用基坑开挖料，回填过渡料选用级配良好的砂卵石，台后回填顶部高程低于混凝土挡墙顶部高程，根据受力验算情况确定台后回填宽度、坡度及顶部高程。

3.1 组合围堰设计

组合围堰中混凝土挡墙采用顶宽0.8 m，底宽4 m，直角梯形结构，迎水面坡比1∶0.25；回填土顶宽5 m，底宽14.6 m，直角梯形结构，背水面坡比1∶1.2；混凝土挡墙与台后回填之间设置50 cm宽的回填过渡料。

为避免地基不均匀沉降造成堰体开裂，整个堰体顺水流方向每隔20 m设置一道伸缩缝，缝宽2 cm，内部填充沥青杉木板。伸缩缝处设置橡胶止水带，止水带距混凝土挡墙迎水面40 cm。

图2 混凝土挡墙及台后回填的组合式围堰断面图

3.2 围堰受力计算

组合纵向围堰结构稳定受力模型如图3所示。

图3 组合纵向围堰结构稳定受力模型

根据堰体自重计算公式、主动土压力计算公式、抗倾覆计算公式、抗滑移验算公式和基底承载力验算公式[2]，计算得到无水条件下抗倾覆稳定安全系数为4.05，抗滑移安全系数为2.27，基底承载力验算结果为173.9 kPa。根据水压力计算公式、被动土压力计算公式、抗倾覆计算公式、抗滑移验算公式和基底承载力验算公式[2]，计算得到水流作用条件下抗倾覆稳定安全系数为2.45，基底承载力验算结果为222 kPa。可见，受力计算结果均远大于规范要求[2]，验算基底承载力远小于弱风化粉砂质泥岩的实际承载力600 kPa。

4 施工工艺流程和方法

组合围堰施工工艺流程为：施工准备→堰基开挖→堰基验收及封闭→混凝土挡墙施工→缝面处理→填缝料及止水带安装→台后回填施工→围堰拆除。

4.1 堰基开挖及封闭

砂卵石覆盖层采用液压反铲分层均衡开挖，一次开挖深度控制在2～3 m，开挖土料用20 t自卸汽车运至填筑作业面或弃渣场。堰基采用高效液压破碎锤开挖，分层开挖厚度为1.0～1.2 m，由反铲配合自卸汽车对破碎后的松散石方进行挖运，开挖料临时堆存，用于混凝土挡墙台后回填作业。

建基面开挖至设计高程272 m后，由人工清除岩基面上的松动岩石和杂物，然后用压力水将岩基面冲洗干净，冲洗积水用潜水泵排到集水井，也可采用高压风吹净岩面。建基面处理完成后进行承载力试验，试验合格后及时进行验收，并浇筑5 cm厚C15混凝土或M5砂浆垫层对基岩进行封闭。

4.2 混凝土挡墙施工

4.2.1 分层分块

为保证围堰不均匀沉降，同时与5#、6#导墙及土石围堰顺接，需对纵向围堰的混凝土堰体进行分层分块设计，根据受力计算及现场浇筑设备、浇筑能力分析，分块长度确定为18～20 m不等。厂房上游纵向混凝土围堰全长178 m，共分9个结构段；厂房下游纵向混凝土围堰全长219 m，共分11个结构段。每个结构段按1.6～3.0 m分层进行浇筑。纵向组合围堰分层分块布置如图4所示。

图4 纵向组合围堰分层分块布置图

4.2.2 模板制作和安装

采用平面大型钢模板，模板骨架为槽钢，每块大模板都装有带安装网的操作平台，用钢管平撑，钢筋拉条内撑内拉固定、调节模板。通过研发并采用一种用于固定模板底口及操作平台的装置，包括若干相互配套的预埋部分和紧固部分：①预埋部分包括预埋在混凝土中的预埋螺杆和台型螺母；②紧固部分将模板的底口和操作平台与预埋部分连接，包括与台型螺母配合的紧固螺杆，紧固螺杆上设有与其配合的紧固螺母。由16 t吊车与人工配合按照设计和测量控制点进行模板安装、校正、固定，该装置可以大幅度加快模板安装及拆除速度[3]。

4.2.3 混凝土浇筑

堰体混凝土由左岸180 m3/h拌和楼供应，20 t自卸车、8 m3混凝土搅拌车负责混凝土水平运输。垂直运输采用长臂反铲、履带吊，自卸汽车、混凝土搅拌车将混凝土由拌和楼运至现场制作的卸料斗、3 m3卧罐，高程278 m以下混凝土浇筑由长臂反铲通过卸料斗直接取料入仓，高程278 m以上混凝土浇筑由履带吊吊运3 m3卧罐入仓。

混凝土到仓内后采用平铺法下料，铺料厚度为30～50 cm。入仓后的混凝土采用φ100插入式电动振捣器和φ50软轴电动振捣器按照先平仓、后振捣工艺将混凝土振捣密实。砼浇筑到设计高程时，由人工用电动抹面机抹面。

4.3 缝面施工及处理

混凝土浇筑层水平施工缝，采用高压冲毛机冲毛，在混凝土浇筑完后，待混凝土终凝24 h和下一仓模板安装后，用高压冲毛机将缝面上的灰浆、砂子、石头一次性冲洗干净。

混凝土浇筑层垂直施工缝处理位置为一期混凝土施工部位。具体施工方法是在混凝土浇筑模板拆除后，由人工用手锤、电锤和钢钎将混凝土光面凿成毛面，然后用压力水冲洗干净。

4.4 填缝料及止水带安装

堰体伸缩缝设计2 cm厚沥青杉木板作为填缝料。合仓浇筑时：在缝面处采用钢支架固定架立沥青杉木板的方法成缝，浇筑时，两侧均匀下料，保证沥青杉木板线形平顺。分仓浇筑时采用在后浇块浇筑前人工预埋，拟用射钉枪将沥青杉板固定在先浇块缝面上。安装好填缝料的接缝均密封好，并紧贴缝面，防止新浇混凝土中的浆液充填入缝。

止水安装时采用模板将止水带固定，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。橡胶止水带接头采用硫化连接，接头内不得有气泡、夹渣，接头处的抗拉强度不低于母材强度的60%。

4.5 台后回填施工

混凝土挡墙浇筑完成，混凝土强度达到80%后方可进行台后回填作业。台后回填采用20 t自卸汽车从挖方区运输基坑开挖料至填筑部位，后退法卸料，推土机平料，铺料厚度≤40 cm，采用13 t振动压路机进行碾压。需要注意的是，填土接近混凝土挡墙时，为减少振动碾压对新浇筑挡墙的不利影响，采用蛙式打夯机进行过渡段回填料夯击。

4.6 围堰拆除

为避免爆破拆除对邻近建筑物产生不利影响，纵向组合围堰中混凝土挡墙拆除采用液压破碎锤进行，反铲配合自卸汽车进行挖装运输。

利用台后回填作为施工道路，拆除堰体水面以上部分，水下部分采用长臂液压反铲进行配合拆除。组合围堰拆除时先行拆除混凝土挡墙，最后采用倒退法进行台后回填拆除。

4.7 堰体与土石围堰接头处质量控制

为保证厂房纵向混凝土围堰与厂房上、下游土石围堰接头处的防渗效果，混凝土围堰需以刺墙形式伸入土石围堰，与土石围堰内部高喷防渗墙搭接。由于高喷防渗墙处于土石围堰堰体中部，需将接头处部分堰体挖除。接头处开挖采用液压反铲，以1∶1坡比放坡开挖，底部至堰体设计轮廓线应预留不少于50 cm的立模边距。

为保证混凝土围堰与高喷防渗墙有效搭接，在已施工完成的高喷防渗墙上布设两排20 mm锚杆，锚杆排距为1 m，间距为1.5 m，锚杆长1.8 m，深入高喷防渗墙0.8 m，埋入混凝土围堰中1 m，锚杆垂直于防渗墙布置。浇筑混凝土前对接头段防渗墙进行凿毛处理。

5 实施进度、效果和效益

唐家渡电航工程组合纵向围堰施工历时106 d，投入使用33个月，拆除用时25 d，通过实施进度、效果及效益分析，确定组合围堰结构稳定可靠、防渗效果良好、节能环保。

5.1 围堰实施进度

唐家渡电航工程厂房纵向组合围堰自2018年1月22日开始施工至2018年5月8日施工完成，用时106 d，较混凝土纵向围堰计划工期提前14 d。施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，在涪江汛期来临前成功实施完成，为一期土石围堰汛前拆除创造了有利条件，同时也为唐家渡电航工程厂房、船闸主体工程施工争取了宝贵的时间。

唐家渡电航工程组合围堰采用液压破碎锤及反铲进行拆除，拆除仅用时25 d，较混凝土纵向围堰计划工期提前14 d。拆除安全快速，未对厂房永久构筑物产生不利影响，对周边环境影响较小。

5.2 防渗效果

唐家渡电航工程组合围堰于2018年5月20日投入使用，2021年2月15日拆除完成，使用时间33个月，组合围堰投入使用过程中，结构稳定可靠、防渗效果良好，未发生渗漏、开裂及管涌等现象。

组合围堰成功经受住2018年“7·11”30 a一遇洪水和2020年“8·16”40 a一遇洪水考验。“7·11”洪水最大洪峰流量21 400 m3/s，堰前最高洪水位为284.8 m；“8·16”洪水最大洪峰流量22 600 m3/s，堰前最高洪水位为285.2 m。组合围堰均淹没于两场洪水中。洪水过后，组合围堰结构稳定，未产生损毁及破坏。

5.3 效益分析

组合围堰结构施工技术减少了围堰修筑及拆除工程量，由于充分利用现有材料而减少了非可再生资源消耗，降低了对环境的影响，具有环境效益。

相比混凝土围堰方案，组合围堰方案节约C15混凝土13 345 m3，每方混凝土节约材料及人工费用284元，共计节约费用379万元。相比爆破拆除方案，组合围堰方案采用液压破碎锤拆除，每方混凝土节约费用15元，共计节约费用38万元。两者相加，合计节约费用417万元。可见，组合围堰方案具有较好的经济效益。

6 结语

唐家渡电航工程采用混凝土挡墙与台后回填相结合的组合围堰结构进行临时围堰工程施工。该方案能够确保施工质量和施工安全，加快施工速度，降低施工成本，保证了唐家渡电航工程主体工程顺利实施，具有显著的经济效益和环境效益。混凝土挡墙与台后回填的组合围堰结构不仅适用于纵向围堰，同时也适用于上游、下游横向围堰，主要适用于地形较开阔的水电及电航临时围堰工程，尤其适用于临时围堰工程量大、工期紧张、土石方开挖存在弃方的项目。