王福運，史有富，田偉峰

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

1 工程概況

吉林臺一級水電站位于喀什河中游、吉林臺峽谷段中部。 喀什河發(fā)源于天山山脈，是伊犁河最大的支流，伊犁河是新疆的第二大河流。喀什河流域總面積9 578 km2，水電站上游平均流量109.7 m3/s。 吉林臺一級水電站是喀什河流域規(guī)劃中的第10個梯級水電站，是全流域最規(guī)模大的一座水庫梯級電站。以發(fā)電為主，兼顧灌溉和防洪，屬大（1）型Ⅰ等工程。裝機容量為246 MW，水庫總庫容25.3×108m3，為不完全多年調(diào)節(jié)水庫。

水電站由混凝土面板砂礫—堆石壩、深孔泄洪洞、泄洪表孔、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠房等建筑物組成?；炷撩姘迳暗[石—堆石壩最大壩高157 m，壩頂長445 m，左岸深孔泄洪洞長803 m，表孔泄洪洞長778.5 m，左岸兩條引水發(fā)電洞，洞長640，626 m，壩后為左岸地面式發(fā)電廠房。

左岸設(shè)有一條施工導(dǎo)流隧洞，斷面為8 m×10 m（寬×高）城門洞形。進口明渠段長28 m，底高程為1 285 m；洞身段長1 278.522 m；出口明渠段長22.686 m，底高程為1 278.522 m。施工導(dǎo)流方式為：一次攔斷、圍堰擋水，導(dǎo)流隧洞泄流的方式。

2 工程條件

2.1 水文條件

喀什河吉林臺一級水電站壩址以上流域面積6 163 km2，河長204 km。壩址處徑流年際間比較穩(wěn)定，年際變化較小。多年平均流量109.7 m3/s，多年徑流量為34.61×108m3?？κ埠拥暮樗^程主要為消融型洪水，消融洪水因氣溫升高而引起，一般6月至8月為汛期，9月至次年5月為枯水期。

2.2 氣象條件

喀什河位于伊犁河谷東北部，屬大陸性北溫帶氣候，該流域夏季氣候較溫潤、溫和，降雨豐沛，冬季寒冷積雪較深。多年平均氣溫5.6℃，極端最低氣溫-39.6℃，多年平均降水量為488.7 mm，最大風(fēng)速26 m/s（風(fēng)向WNW）。封凍期12月上旬至次年3月下旬，最大凍土深度950 mm。

2.3 地質(zhì)條件

上游圍堰處河床寬110 m，河床沖積礫石層厚2～3.5 m。右岸岸坡約 30°，左岸岸坡約 40°，兩岸均有坡積物覆蓋，右岸覆蓋厚約5～15 m，左岸覆蓋厚約10～25 m。基巖為角礫凝灰?guī)r，強風(fēng)化層厚約3 m。上游圍堰軸線靠右岸下游側(cè)有F32斷層出露，其余無大的地質(zhì)斷層。

下游圍堰處河床寬70 m，河床沖積卵礫石層厚2～3.5 m。右岸岸坡約85°，基巖裸露，左岸岸坡約50°，基巖為角礫凝灰?guī)r，強風(fēng)化層厚約2～3 m。

當(dāng)?shù)赝亮稀⑸暗[石料、堆石料的儲量豐富，質(zhì)量滿足設(shè)計要求，交通較便利，開采條件較好。

3 施工導(dǎo)流圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)的選擇

根據(jù)《施工組織設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，導(dǎo)流建筑物為Ⅳ級，若采用土石圍堰設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為10～20年洪水重現(xiàn)期。結(jié)合上階段設(shè)計成果，選定圍堰設(shè)計擋水標(biāo)準(zhǔn)為20年重現(xiàn)期洪水，設(shè)計流量為Q=924 m3/s，根據(jù)施工導(dǎo)流洞的泄流能力計算相應(yīng)上游設(shè)計水位為1 307.66 m，下游水位為1 281.22 m。

基于本工程的特點，對于混凝土面板砂礫石堆石壩，基坑過水后，對于壩體填筑、施工工期和工程投資影響較大。而按照壩體填筑和面板的施工進度安排，第二年大汛期不具備利用壩體擋水度汛的條件，為滿足施工期度汛安全，盡可能的避免基坑過水的損失，提出了采用大壩導(dǎo)流圍堰進行施工期安全度汛的方案。經(jīng)過論證分析，當(dāng)發(fā)生100年重現(xiàn)期洪水，流量為Q=1 165 m3/s時，相應(yīng)上游水位為1 312.67 m，下游水位為1 284 m，僅比圍堰設(shè)計擋水標(biāo)準(zhǔn)高5 m，圍堰加高堆后填筑量增加不大。

結(jié)合工程施工期度汛安全的要求，經(jīng)綜合分析，大壩圍堰的擋水標(biāo)準(zhǔn)選為施工期度汛100年重現(xiàn)期洪水，但建筑物級別不提高，仍為Ⅳ級。

4 大壩施工導(dǎo)流圍堰設(shè)計

4.1 圍堰設(shè)計原則和特點

1）圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)要滿足100年重現(xiàn)期洪水的安全度汛要求。選用“設(shè)計一次到位，施工分步完成”的圍堰施工方案。即圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)按照100年重現(xiàn)期洪水設(shè)計，除預(yù)留施工道路段填筑至20年重現(xiàn)期洪水標(biāo)準(zhǔn)外，其余一次填筑到設(shè)計高程。

2）圍堰斷面設(shè)計受已建的導(dǎo)流洞和大壩樞紐布置的限制，既要滿足安全穩(wěn)定要求，又要保證大壩的開挖、填筑、施工排水、施工道路布置的要求。

3）壩址區(qū)地震基本烈度為8°，圍堰穩(wěn)定計算應(yīng)考慮地震荷載。

4）圍堰防滲型式的優(yōu)先選擇當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?，本著安全可靠、?gòu)造簡單、施工方便的原則。

5）圍堰軸線處覆蓋層較厚，并有F32斷層，要求基礎(chǔ)處理的形式的選擇安全可靠、經(jīng)濟合理，便于施工。

4.2 導(dǎo)流圍堰斷面形式的選擇

充分考慮施工工期的安排，結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧霞皦位_挖料，上、下游圍堰均采用土石不過水圍堰，圍堰防滲材料采用粘土料，堰體填筑料采用堆石料。

對于圍堰斷面設(shè)計進行了粘土斜墻、粘土心墻防滲型式比較，由于粘土斜墻方案較粘土心墻方案的上游坡比緩，為 1∶3.0～1∶3.5，兩方案下游坡比均為1∶2.0，因此斜墻方案的上游截流戧堤較心墻方案上移近30 m,距離導(dǎo)流洞進口最近距離約10 m，受現(xiàn)有導(dǎo)流洞進口水流的沖刷影響較大，需進行特殊防護處理，同時下游受大壩開挖輪廓限制，不具備下移條件。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟等綜合比較，大壩導(dǎo)流圍堰采用粘土心墻防滲型式的土石圍堰。

4.3 圍堰頂高程確定

施工導(dǎo)流上下游圍堰均采用粘土心墻防滲型式的土石圍堰。根據(jù)《施工組織設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，采用心墻式防滲體，其在設(shè)計靜水位以上的超高值為0.6 m。考慮到防滲體頂部的防護結(jié)構(gòu)厚度，以及堰體施工的沉降和水位的壅高等因素，根據(jù)施工期可能最高上游擋水位1 312.67 m，下游擋水位1 284 m（即100年重現(xiàn)期洪水位），結(jié)合圍堰所處位置的實際地形情況，最終確定上游圍堰設(shè)計頂高程為1 315.00 m；下游圍堰設(shè)計頂高程為1 285.50 m。

4.4 導(dǎo)流圍堰斷面設(shè)計

1）上游圍堰斷面型式。上游圍堰頂寬10.0 m，最大堰高33.0 m，堰體上游迎水坡為1∶2.0，下游背水坡為1∶2.0，下游分別在高程1 291.0，1 302.5 m處設(shè)置兩道馬道，馬道寬為2.0 m。堰體迎水面底部與截流戧堤堆石體相結(jié)合，上游截流戧堤頂高程為1 291.00 m，堰體填筑料為基坑開挖石碴料。在迎水坡設(shè)置頂寬2.0 m的堆石護坡。

粘土防滲心墻頂部高程為1 314.50 m，頂部寬度為2.0 m，心墻上、下游坡度均為1∶0.2，在上游側(cè)設(shè)頂寬1.0 m的過渡層，坡度為1∶0.3，在下游側(cè)設(shè)置頂部寬度為1.0 m的反濾過渡層，坡度亦為1∶0.3。同時，要求粘土防滲心墻底部寬度不得小于9.0 m。

上游圍堰斷面結(jié)構(gòu)見圖1。

2）下游圍堰斷面型式。下游圍堰頂寬為10.0 m，圍堰上、下游填筑邊坡均為1∶2.0，最大堰高約為7.0 m。在迎水坡面設(shè)置頂寬2.0 m的堆石護坡。堰體迎水面底部與臨時閉氣戧堤相結(jié)合，其填筑料利用石料場開挖石碴料。

下游圍堰斷面結(jié)構(gòu)見圖2。

4.5 圍堰穩(wěn)定計算

采用《土石壩邊坡穩(wěn)定分析程序》對上游圍堰迎水坡、背水坡進行滑弧穩(wěn)定計算。計算工況為：設(shè)計水位的穩(wěn)定滲流工況和設(shè)計水位驟降工況，其中穩(wěn)定滲流工況計算水位為1 312.67 m，水位驟降工況計算水位為1 293.00 m。校核工況考慮了地震荷載，地震基本烈度為8°。計算成果見表2。

圖1 上游圍堰典型斷面圖

圖2 下游圍堰斷面圖

表2 穩(wěn)定計算成果表

各工況計算圍堰的穩(wěn)定均滿足穩(wěn)定要求。

4.6 圍堰基礎(chǔ)處理

1）圍堰基礎(chǔ)處理。對于圍堰岸坡考慮清除覆蓋層，對于河床部分可不做清理，對于粘土防滲心墻的基礎(chǔ)及與岸坡結(jié)合部位均要求開挖至巖面線，圍堰防滲體與堰基的連接處進行了加寬處理，保證連接面不致產(chǎn)生接觸沖刷破壞，對防滲體底部基礎(chǔ)進行清除。

2）圍堰地基缺陷處理?；A(chǔ)缺陷處理主要為上游圍堰基礎(chǔ)的F32地質(zhì)斷層的滲透處理。由于F32地質(zhì)斷層出露點為上游圍堰軸線附近，斷層寬度約2.0 m,覆蓋層約為3.0 m厚的砂卵石層，斷層為充填夾泥。根據(jù)F32構(gòu)造特點設(shè)計進行了挖填置換粘土和高噴灌漿二種處理方案比選。根據(jù)補充勘察資料F32斷層充填夾泥的滲透系數(shù)為7.5×10-4m/s，屬于弱透水，斷層的承載力也滿足設(shè)計要求。因此考慮方便施工、保證工期的要求，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟綜合比選，設(shè)計選擇采用挖填置換粘土的處理方案。處理范圍為：順河方向上游圍堰軸線上下游各10.0 m，共20.0 m范圍；圍堰軸線方向貫穿整個斷層，且超出兩側(cè)各5.0 m范圍，清除覆蓋層，回填開挖深度為5.0 m。

5 結(jié)語

吉林臺一級水電站于2002年9月15日成功截流。2004年10月15導(dǎo)流洞正式下閘蓄水，2005年8月首臺機組發(fā)電，并于2006年10月大壩竣工。

由于圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，采取分步實施，既保證的施工導(dǎo)流要求，也滿足安全度汛需要，同時也保證了圍堰和大壩施工工期。圍堰基礎(chǔ)處理方案簡單、安全可靠、便于實施，從而為堰基基坑的開挖贏得了工期，節(jié)省了工程投資。在導(dǎo)流圍堰運行期間，圍堰的實際滲水量較小，減少了基坑排水難度，并實現(xiàn)了施工期安全度汛。實際驗證了圍堰的斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性，為壩體填筑工期的提前創(chuàng)造了有利條件,取得了良好的工程效益，同時為類似水電工程的施工導(dǎo)流土石圍堰設(shè)計提供了一定的實踐經(jīng)驗、借鑒和參考作用。