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        大渡河枕頭壩一級(jí)水電站縱向土石子圍堰防滲方案研究

        2016-04-01 12:04:40謝豪袁端
        科技視界 2016年7期
        關(guān)鍵詞:研究

        謝豪 袁端

        【摘 要】枕頭壩一級(jí)水電站縱向土石子圍堰基礎(chǔ)覆蓋層深厚,最厚處達(dá)60多m,以卵礫石為主,屬?gòu)?qiáng)透水層,圍堰保護(hù)基坑開(kāi)挖深度較深,防滲方式可靠與否對(duì)工程安全至關(guān)重要。本工程通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選最終確定縱向土石子圍堰的防滲方案,為相關(guān)工程提供了借鑒。

        【關(guān)鍵詞】枕頭壩一級(jí)水電站;圍堰;防滲;研究

        0 工程概況

        枕頭壩一級(jí)水電站為大渡河干流規(guī)劃的第十九個(gè)梯級(jí),位于大渡河中下游樂(lè)山市金口河區(qū)的核桃坪河段上,上游距離深溪溝電站25km,下游距離枕頭壩二級(jí)電站4.1km。壩址處控制流域面積73057km2,多年平均流量1360m3/s。

        電站為二等大(2)型工程,采用堤壩式開(kāi)發(fā),裝機(jī)容量720MW(4×180MW),多年平均發(fā)電量32.90億kW·h,正常蓄水位624m,水庫(kù)總庫(kù)容0.469億m3。工程開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電,兼顧下游用水。樞紐由左岸非溢流壩段、河床廠房壩段、排污閘與泄洪閘壩段及右岸非溢流壩段組成,最大壩高86.5m。

        1 自然條件

        1.1 水文氣象

        壩址河段屬四川盆地亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū),河谷地區(qū)四季明顯,年平均氣溫一般為13~18℃,最低氣溫-5℃,最高氣溫多發(fā)生在七八月,年蒸發(fā)量達(dá)1200~1600mm,年平均相對(duì)濕度70%,多年平均年降水量1000mm。主汛期為6~9月,年最大流量多出現(xiàn)在六七月。大渡河洪水是在上游融雪基礎(chǔ)上加中下游暴雨洪水組成,常形成多峰洪水,洪水過(guò)程肥胖,漲落變幅小、底水高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

        1.2 地形地質(zhì)

        本工程壩址為一較寬緩的“V”形谷,枯水期河面高程589~590m,河水面寬70~130m,水深7~9m。河谷兩岸坡度總體上具有左陡右緩之勢(shì)。壩址兩岸出露基巖主要為前震旦系爛包坪組(Pt2l)玄武巖,壩址河床段覆蓋層深厚,最厚處達(dá)60多m,河床覆蓋層物質(zhì)組成自上而下總體分為2~4層,均以卵礫石或碎塊石為主,屬?gòu)?qiáng)透水層,局部段分布有砂夾細(xì)礫層,偶爾見(jiàn)有草綠色、灰色中粗砂或細(xì)砂層。

        2 施工導(dǎo)流規(guī)劃

        本工程采用明渠分期導(dǎo)流方式,一期由左岸河床泄流,圍右岸進(jìn)行導(dǎo)流明渠及縱向混凝土圍堰施工;二期由右岸導(dǎo)流明渠導(dǎo)流,圍左岸進(jìn)行左岸擋水壩段、廠房壩段、排漂閘壩段和2孔泄洪閘壩段施工;三期由2孔泄洪閘導(dǎo)流,圍右岸進(jìn)行剩余3孔泄洪閘壩段施工。

        一期導(dǎo)流主要由預(yù)留巖埂和縱向土石子圍堰擋水,設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)選擇全年10年一遇,相應(yīng)流量為Q10%=6080m3/s,導(dǎo)流明渠進(jìn)口處的河床水位為599.04m,壩軸線處的河床水位為598.16m。

        一期縱向圍堰總長(zhǎng)為1064.30m,由預(yù)留巖埂及土石子圍堰組成,從導(dǎo)流明渠進(jìn)口至壩軸線上游(壩縱0-063.20m樁號(hào))均可通過(guò)預(yù)留巖埂擋水,預(yù)留巖埂頂高程為600.0m,長(zhǎng)380m,壩軸線上游(壩縱0-063.20m樁號(hào))至下游導(dǎo)流明渠出口位置需修建縱向土石子圍堰擋水,土石子圍堰頂高程599.00m,長(zhǎng)684.30m,頂寬6m,迎水面坡度1:1.0,背水面坡度1:1.5,迎水面采用鉛絲籠+噴20cm厚混凝土保護(hù),噴混凝土內(nèi)設(shè)置φ50排水孔,間排距3×3m,梅花型布置,仰角10°。為防止水流淘刷堰腳,在圍堰迎水面堰腳設(shè)置2.0m深的齒槽,齒槽采用C10混凝土澆筑形成。

        3 縱向土石子圍堰防滲方案研究

        3.1 灌漿試驗(yàn)

        由于縱向土石子圍堰基礎(chǔ)覆蓋層深厚且組成復(fù)雜,使用年限達(dá)2年,為了確保圍堰的防滲效果,現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了圍堰的灌漿試驗(yàn),具體試驗(yàn)成果如下:

        (1)控制性灌漿試驗(yàn)是比較成功的:最大試驗(yàn)深度55m,接近實(shí)際施工最大防滲深度;防滲效果較好,單排孔孔距1.0m和雙排孔孔距1.5m時(shí),K值均可達(dá)到<10-4cm/s的設(shè)計(jì)要求;水泥單耗適中,鉆灌工效5.5m/d。

        (2)高噴灌漿試驗(yàn)造孔只能達(dá)到40m深度,孔距0.6m和1.0m的雙排孔,防滲效果不理想,有30%的孔段K值為10-3cm/s量級(jí)。

        (3)改良性高噴灌漿試驗(yàn)深度僅為20m,防滲效果也不理想,50%孔段K值為10-3cm/s量級(jí),不宜采用作為比選方案。

        3.2 防滲方案擬定

        根據(jù)灌漿試驗(yàn)成果,縱向土石子圍堰采用雙排控制性灌漿孔防滲,能基本滿足工程要求,但對(duì)粉砂層效果較差。混凝土防滲墻是覆蓋層地基防滲的主要措施之一,且應(yīng)用廣泛,防滲效果好,可靠性高,成功經(jīng)驗(yàn)多。

        堰體防滲施工平臺(tái)防洪標(biāo)準(zhǔn)選擇全年5年一遇洪水,相應(yīng)流量為5530m3/s,對(duì)應(yīng)水位為596.27m,取防滲施工平臺(tái)高程為597.00m??v向土石子圍堰597.00m高程以上均采用粘土心墻防滲, 597.00m高程以下部位的防滲方式擬對(duì)控制性灌漿、混凝土防滲墻、控制性灌漿與混凝土防滲墻相結(jié)合三種防滲方案進(jìn)行比選。

        3.3 防滲方案設(shè)計(jì)

        (1)方案一:雙排控制性灌漿方案

        控制性灌漿方案考慮采用雙排孔布置,孔距1.5m,排距0.8m,分Ⅰ、Ⅱ序進(jìn)行,防滲灌漿孔入巖1.0m,防滲灌漿采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段灌漿法進(jìn)行施工,Ⅰ序孔灌漿壓力2.0MPa,Ⅱ序孔灌漿壓力2.5MPa;灌漿孔開(kāi)孔孔徑為91mm,終孔孔徑應(yīng)不小于56mm。

        控制性灌漿單排防滲面積為31796m2,單排孔軸線長(zhǎng)度695m,平均孔深45.75m,采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔,控制性灌漿單臺(tái)套設(shè)備鉆灌平均速度為5.5m/d。擬投入60臺(tái)套鉆灌設(shè)備,則防滲灌漿施工總工期約為155d。

        (2)方案二:混凝土防滲墻方案

        混凝土防滲墻深入基巖1.0m,最大防滲深度為63m,防滲墻承受的最大水頭為33.5m,根據(jù)防滲墻破壞時(shí)的水力坡降確定混凝土防滲墻墻體厚度為0.8m。一期、二期槽段長(zhǎng)度均為6.8m,主孔孔徑為0.8m,副孔長(zhǎng)度為1.2m。

        混凝土防滲墻采用“鉆劈法”成槽施工,單臺(tái)沖擊鉆機(jī)平均工效為3.5m/d?;炷练罎B墻防滲面積為31796m2,軸線長(zhǎng)度為695m,平均孔深45.75m,共350個(gè)孔,116個(gè)槽段,其中Ⅰ期槽58個(gè),Ⅱ期槽58個(gè),平均工效為3.5m/d*臺(tái),擬投入58臺(tái)沖擊鉆機(jī),則混凝土防滲墻施工總工期約為115d。

        (3)方案三:混合(雙排控制性灌漿+混凝土防滲墻)防滲方案

        由于控制性灌漿對(duì)粉砂層防滲效果較差,為了彌補(bǔ)不足同時(shí)又考慮經(jīng)濟(jì)性,故考慮將雙排控制性灌漿與混凝土防滲墻相組合的方案。本工程除縱向子圍堰上游端(0+006.00~0+168.00m樁號(hào)段)及下游端(0+630.80~0+701.66m樁號(hào)段)粉砂、細(xì)砂層分布較少,防滲深度在42m以內(nèi)外,中間段(0+168.00~0+630.80m樁號(hào)段)的地層中從上到下分布了三層較連續(xù)的粉砂、細(xì)砂層,且該段防滲深度均在42m以上,局部達(dá)到64.3m,由于控制性灌漿在粉砂、細(xì)砂層中的可灌性較差,而混凝土防滲墻在此類地層中能達(dá)到很好的防滲效果。故根據(jù)地層及覆蓋層深度不同的部位,在縱向子圍堰0+006.00~0+168.00m樁號(hào)段及0+630.80~0+701.66m樁號(hào)段采用雙排控制性灌漿防滲,0+168.00~0+630.80m樁號(hào)段采用混凝土防滲墻防滲。

        控制性灌漿孔和混凝土防滲墻布置參數(shù)、施工工效同方案一和方案二??刂菩怨酀{單排防滲面積為6609m2,單排孔軸線長(zhǎng)度232.86m,平均孔深28.4m,擬投入16臺(tái)套鉆灌設(shè)備,防滲灌漿施工工期約為120d?;炷练罎B墻防滲面積為25187m2,軸線長(zhǎng)度為462.8m,平均孔深54.4m,共234個(gè)孔,77個(gè)槽段,其中Ⅰ期槽39個(gè),Ⅱ期槽38個(gè),擬投入39臺(tái)沖擊鉆機(jī),則混凝土防滲墻施工工期約為129d。

        3.4 滲流分析計(jì)算

        (1)計(jì)算工況

        1)控制性灌漿方案:雙排灌漿孔伸入覆蓋層1/3處、2/3處和防滲灌漿至基巖3個(gè)工況;

        2)混凝土防滲墻方案:防滲墻伸入覆蓋層1/3處、2/3處和全封閉防滲墻3個(gè)工況;

        3)控制性灌漿+混凝土防滲墻方案。

        (2)計(jì)算結(jié)果

        1)控制性灌漿方案

        縱向子圍堰控制性灌漿伸入覆蓋層1/3、2/3及基巖時(shí)總滲流量分別為5541.3m3/h、4416.5m3/h、1936.6m3/h。

        控制性灌漿孔伸入覆蓋層1/3、2/3時(shí)防滲體下部覆蓋層及出逸點(diǎn)附近滲透坡降在0.46以上,均大于該處覆蓋層允許坡降值(0.40),滲流穩(wěn)定不能滿足要求??刂菩怨酀{孔伸入基巖時(shí)滲透坡降最大處在防滲體下部巖體,其最大值約為4.66,出逸點(diǎn)附近滲透坡降約為0.36,小于該處覆蓋層允許坡降值(0.40),滲透穩(wěn)定滿足要求。

        2)混凝土防滲墻方案

        縱向子圍堰混凝土防滲墻伸入覆蓋層1/3、2/3及基巖時(shí)總滲流量分別為4875.6m3/h、3456.8m3/h、103.0m3/h。

        懸掛式防滲墻伸入覆蓋層1/3、2/3時(shí)防滲體下部覆蓋層及出逸點(diǎn)附近滲透坡降在0.42以上,均大于該處覆蓋層允許坡降值(0.40),滲流穩(wěn)定不能滿足要求。全封閉防滲墻方案滲透坡降最大處在防滲體下部巖體,其最大值約為2.19,出逸點(diǎn)附近滲透坡降約為0.16,小于該處覆蓋層允許坡降值(0.40),滲透穩(wěn)定滿足要求。

        3)控制性灌漿+混凝土防滲墻方案:

        該方案只考慮混凝土防滲墻、控制性灌漿孔均到達(dá)基巖的工況,縱向子圍堰總滲流量為463.4 m3/h,滲透穩(wěn)定滿足要求。

        3.5 防滲方案比選

        縱向土石子圍堰597.00m高程以下防滲方案的投資及工期比較見(jiàn)表1,優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表2。

        表1 各防滲方案投資及工期比較表

        表2 各防滲方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表

        綜上分析,三個(gè)方案的投資最大差值為165.20萬(wàn)元,占整個(gè)防滲投資的比重較小,不是控制性因素。方案三在工期和投資上介于方案一和方案二之間,該方案克服了控制性灌漿在粉砂層地層上可灌性差的缺點(diǎn),既能發(fā)揮控制性灌漿單臺(tái)套施工設(shè)備施工工效較高的特點(diǎn),也能發(fā)揮混凝土防滲墻在深厚覆蓋層地層中防滲可靠度高,實(shí)踐成功經(jīng)驗(yàn)多的優(yōu)勢(shì),能達(dá)到較好的防滲效果,故推薦縱向子圍堰597.00m高程以上采用粘土心墻防滲,597.00m高程以下采用混合(雙排控制性灌漿+混凝土防滲墻)防滲方案。

        4 結(jié)語(yǔ)

        枕頭壩一級(jí)水電站縱向土石子圍堰基礎(chǔ)覆蓋層深厚,屬?gòu)?qiáng)透水層,圍堰保護(hù)基坑開(kāi)挖深度較深,防滲方式可靠與否對(duì)工程安全至關(guān)重要。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)得出灌漿方式的適應(yīng)性和工效,對(duì)不同防滲方式及深度進(jìn)行滲流穩(wěn)定分析,再由工期、投資及優(yōu)缺點(diǎn)比較最終確定縱向土石子圍堰的防滲方案,為相關(guān)工程提供了借鑒。

        [責(zé)任編輯:湯靜]

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