黃 興， 馬 東 陽， 黃 開 江， 劉 慧 芳

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

南立1(NAM LIK1)水電站位于老撾萬象省北部PhonHong區(qū)，所在區(qū)域旱雨兩季分明，流量相差較大，原EPC承包商——韓國POSCO公司施工導(dǎo)流選取了枯水期(11月～翌年5月)圍堰擋水進行基坑廠房、泄洪閘施工，汛期基坑停止施工，導(dǎo)流洞及基坑聯(lián)合過流的枯水期導(dǎo)流方案，但其上游圍堰在2016年雨季被沖毀，導(dǎo)致后續(xù)施工無法順利進行。

中國水電十局接手該工程并于2016年10月中途進場，根據(jù)現(xiàn)場實際情況決定上游圍堰基本沿用原POSCO公司的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和布置，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)仍采用枯水期2 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。但因河床廠房施工為該工程施工進度的關(guān)鍵控制線路，泄洪閘施工為該工程施工進度次關(guān)鍵線路，因此而調(diào)整了施工導(dǎo)流方案，即利用2016年至2017年枯水期搶工期，按照汛期5 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)完成度汛目標(biāo)，采用導(dǎo)流洞加河床基坑泄洪閘壩段過流、同時將廠房邊墻、上下游擋水面混凝土澆筑到洪水位以上、完成機組進水口、尾水出口閘門安裝，使廠房具備汛期擋水條件，以便汛期進行廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)混凝土施工。另外，對上游過水圍堰斷面結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，因圍堰基礎(chǔ)防滲鋼板樁在2016年雨季中除上部2 m左右被沖刷變形外，下部至基巖部分基本完好，故以修復(fù)的變形鋼板樁為中心填筑粘土防滲體，上下游為碎石填筑，過流面為鋼筋混凝土面板防護，面板左右兩岸設(shè)1.5m高貼坡混凝土，過流面頂高程為184.7 m，可沖潰的黏土子堰堰頂高程為187.7 m，下游坡腳至溢流壩之間全部采用鋼筋石籠消能防沖。

1.1 圍堰過水方案的前提條件

結(jié)合南立1水電工程施工工期目標(biāo)要求，上游過水圍堰需在2017年雨季中安全度汛，并保證過流期間其不被損壞，若圍堰發(fā)生失穩(wěn)被沖毀，雨季后需重新恢復(fù)上游圍堰，將會對后期工程施工進度造成影響、延誤施工工期，而且會造成重大損失。因此，采用何種防護措施保證上游圍堰在雨季洪水過流期間不被損毀即成為進場后上游圍堰方案設(shè)計時的重中之重。

1.2 上游過水圍堰方案設(shè)計中易發(fā)生的問題及建議

通過總結(jié)韓國POSCO公司施工的上游圍堰在2016年雨季期間被沖毀的失敗教訓(xùn)，對上游圍堰在2016年雨季期間被沖毀的原因及過水方案進行分析后發(fā)現(xiàn)了以下情況：

(1)原設(shè)計的上游圍堰采用土石過水圍堰形式，其基礎(chǔ)采用鋼板樁防滲，圍堰頂部、背水坡采用混凝土面板防護，土石過水圍堰頂部高程為186 m，堰前上游護腳頂高程為177.6 m，堰后下游底板高程為172 m，其高差大，汛期時的水推力及過流時的水拖拽力較大，且下游未采取鋼筋石籠護腳，最終導(dǎo)致圍堰失穩(wěn)并在2016年雨季時被沖毀。

(2)河床基坑下游圍堰為土石混合結(jié)構(gòu)圍堰，圍堰迎水坡采用塊石護坡，但未采用過水圍堰設(shè)計，并且其基礎(chǔ)未進行處理。

(3)上游圍堰過流面頂高程為187.5 m時初步估算來流Q20%=2 670 m3/s，上游圍堰堰前水位高程為194.72 m時，導(dǎo)流洞過流流量為757 m3/s，基坑過流流量為1 913 m3/s，過水流量大。

(4)上、下游圍堰頂高程高差達14 m。高差太大、基坑過流時水流流態(tài)復(fù)雜，易導(dǎo)致圍堰損毀。

(5)上、下游圍堰下游側(cè)未設(shè)置消能平臺，導(dǎo)致圍堰下游坡腳被淘刷，進而導(dǎo)致圍堰損毀。

因此，在該上游圍堰的設(shè)計方案中，應(yīng)考慮汛期來水時上游圍堰的迎水面不但要抗沖刷、防滲等，其背水面及圍堰到基坑范圍的覆蓋層也要抗沖刷以及對水流進行消能的相關(guān)問題。筆者針對原上游圍堰的設(shè)計方案提出了以下建議：

(1)降低上游圍堰汛期過流面高程，將圍堰堰前上游護腳填筑高程加高至180 m，并在上、下游圍堰下游側(cè)增加10 m寬的消能平臺，并且盡量降低消能平臺高程，使其低于下游圍堰堰頂高程，從而能在該平臺上產(chǎn)生充分的水躍進行消能，同時應(yīng)防止平臺高程過低而導(dǎo)致主流沖刷堰腳。

(2)在上游圍堰汛期過流面之上布置土石子堰，子堰頂高程按攔擋枯水期2 a一遇來流確定，汛期子堰可被沖毀。

(3)下游坡腳以外河床范圍內(nèi)的護坡采用鋼筋籠防護。

1.3 圍堰的具體參數(shù)

上游過水圍堰基礎(chǔ)防滲鋼板樁在2016年雨季除上部2 m左右被沖刷變形外，下部至基巖部分基本完好，因此，以修復(fù)后的變形鋼板樁為中心填筑黏土防滲體，上下游采用碎石填筑，過流面采用鋼筋混凝土面板防護，迎水面坡度為1∶1.5，混凝土面板厚度為0.3 m，背水面坡度為1∶1.8，混凝土面板厚度為0.5 m，面板左右兩岸設(shè)1.5 m高貼坡混凝土，過流面頂高程為184.7 m，可沖潰的黏土子堰堰頂高程為187.7 m，黏土外圍用沙袋防護。上游坡腳處向上游延伸約16 m為巖石回填，下游坡腳至溢流壩之間全部采用鋼筋石籠消能防沖。上游過水圍堰體型見圖1。

圖1 上游過水圍堰體型圖

2 基坑覆蓋層的保護

因上游圍堰堰后河床范圍內(nèi)的覆蓋層厚度較大，在大壩及廠房基坑開挖后，會在上游圍堰堰腳至基坑之間形成很大的覆蓋層范圍，若在圍堰過水期對覆蓋層未進行充分保護，將導(dǎo)致覆蓋層被沖刷、圍堰失穩(wěn)。從以往的工程實踐看，圍堰過水時鋼筋石籠護面的破壞分整體性失穩(wěn)破壞及局部性失穩(wěn)破壞兩種方式。

結(jié)合以往相關(guān)工程實踐并參考其他工程中的模型試驗數(shù)據(jù)，上游圍堰如采用加設(shè)自潰子堤以降低過流期上下游圍堰水頭差的方法，在基坑不充水時覆蓋層防護鋼筋石籠難以保持穩(wěn)定，將隨覆蓋層整體滑動而造成上游圍堰失穩(wěn)；且因采用的是鋼筋石籠護坡，其透水性良好，當(dāng)子堰潰堰流量達到設(shè)計潰堰流量時，在水流拖拽力及滲透壓力的作用下，基坑上游覆蓋層鋼筋石籠防護失效，將發(fā)生整體性失穩(wěn)破壞，鋼筋石籠將從坡腳處發(fā)生滑動，最終導(dǎo)致整個護面鋼筋籠滑向基坑，導(dǎo)致上游圍堰發(fā)生破壞，因此，為保證上游圍堰在過流時不被損壞，基坑內(nèi)需進行預(yù)先充水。

2017年的汛期實踐證明：在基坑內(nèi)預(yù)先充水的情況下，過堰水流流速小于7 m/s時，覆蓋層鋼筋石籠防護不會發(fā)生整體性失穩(wěn)破壞，只有部分結(jié)構(gòu)松散的鋼筋石籠在大流速作用下會發(fā)生變形，水流沖刷鋼筋石籠下部覆蓋層后引起局部范圍內(nèi)的鋼筋石籠沖向下游。因此，為了減少覆蓋層上有大流速發(fā)生，基坑內(nèi)的充水高程應(yīng)盡量提高(應(yīng)超過鋼筋石籠表面1 m以上)，使預(yù)先充的水在覆蓋層上形成水墊層，防止過堰水流對鋼筋石籠的破壞。

3 所采用的水位高程變化監(jiān)控措施

因在圍堰發(fā)生過流之前其下游基坑內(nèi)的主體結(jié)構(gòu)保持著繼續(xù)施工狀態(tài)，為保證洪水來臨時下游基坑內(nèi)的人員、機械設(shè)備等生命財產(chǎn)具備一定的撤離時間，特制定了以下措施對上游圍堰水位高程變化進行監(jiān)控。

首先，汛期實行24 h值班制度，對南立河上游水文觀測站及上游圍堰堰前水位進行24 h監(jiān)測，根據(jù)所監(jiān)測的水位關(guān)系，建立南立1工程項目水位觀測數(shù)據(jù)庫，對來水流量及導(dǎo)流洞過流能力進行分析，及時發(fā)布相關(guān)水位信息，及時了解水位動態(tài)，為工程安全提供預(yù)警信息。

其次，為了保證汛期來水突然增大、子堰潰堰、威脅基坑工作人員生命及設(shè)備安全，在上游圍堰迎水面處設(shè)置了一個自動報警監(jiān)控系統(tǒng)，用以實時監(jiān)測上游水位情況。該監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置的報警高程為183.7 m，當(dāng)上游水位達到此高程(即距離上游圍堰頂部還剩1 m時)，發(fā)出撤離預(yù)警信號，基坑人員及設(shè)備做好隨時撤離的準(zhǔn)備；因可沖潰的黏土子堰堰頂高程為187.7 m，所以，當(dāng)水位上升至184.7 m高程后、水流開始沖刷子堰時，人員及設(shè)備需在10 min內(nèi)迅速撤離，同時，下游基坑內(nèi)開始進行預(yù)充水，為圍堰安全過流提前做好準(zhǔn)備，當(dāng)汛期結(jié)束、洪水退去、下游水位降低至高程175 m以下時，立即組織人員安排水泵抽排基坑內(nèi)的積水，根據(jù)水泵排水能力及基坑積水情況合理布置水泵，盡快完成基坑排水工作，使基坑在汛后可以快速進入正常的施工狀態(tài)。

4 過水圍堰的效果檢驗

2017年7月19日，南立河來水量增大，上游圍堰184.7 m高程平臺上方加筑的子堤受河水沖刷、下游基坑在上游圍堰子堰沖毀前已完成預(yù)充水形成水墊層，水墊層高程為175 m且與下游圍堰堰頂高程一致，最終子堤左岸被沖垮了一個缺口，河水從圍堰左側(cè)沖到下游基坑，覆蓋層上的鋼筋石籠局部失穩(wěn)破壞，但圍堰下游右側(cè)的鋼筋石籠完好。此次實踐顯示，水墊層的設(shè)置使來水大幅消能，減少了覆蓋層上方的水流流速，對可能發(fā)生的不良流態(tài)進行了改善。同時，溢流壩留出了一個寬度為16 m的過水通道，通過導(dǎo)流洞與過水圍堰同時過水，減少了汛期過水壓力，保證了度汛安全，沒有影響工程進度。

5 上游過水圍堰在南立1項目中的應(yīng)用情況及取得的效果

南立1水電站壩址位于河床束窄處，兩岸山坡陡峭。由于地形的限制，雨季來水量增大時導(dǎo)流洞無法完全將洪水排到下游。采用過水圍堰與導(dǎo)流隧洞結(jié)合的導(dǎo)流方式，不但使工程在2017年安全度汛，還未對工程進度產(chǎn)生影響。

經(jīng)過2017年雨季洪峰的考驗，上游圍堰除上部加高部分子堰被沖毀外，下部主體部分完好無損，為汛期后基坑恢復(fù)施工創(chuàng)造了有利的條件，且上游圍堰也無需再重新填筑，節(jié)約了2017年雨季后圍堰恢復(fù)的費用，而且工期得到了提前，使該工程總工期比合同工期提前了5個月。

6 結(jié) 語

近年來，隨著極端氣候的頻繁發(fā)生和山區(qū)河谷中水電站的興建，過水圍堰與導(dǎo)流隧洞結(jié)合的導(dǎo)流方式由于其安全、經(jīng)濟、適應(yīng)性強等特性，被國內(nèi)外大量水電工程所采用，特別是在水利水電樞紐建筑物施工過程中，在導(dǎo)流洞過水?dāng)嗝嬉汛_定、汛期導(dǎo)流洞過水不能完全導(dǎo)流的前提下，采用過水圍堰度汛是一種非常有效的導(dǎo)流方式。筆者通過研究南立1工程上游土石過水圍堰的安全度汛應(yīng)用，為河道流量季節(jié)性變化懸殊的地域采用類似過水圍堰提供了參考。