周恩利
(柳州市龍溪水利水電建設(shè)投資有限公司,廣西 柳州 545001)
洋溪水利樞紐位于都柳江上游三江縣境內(nèi)洋溪鎮(zhèn)區(qū)上游約1 km 處,距三江縣城陸路47 km。壩址段河道稍彎曲,河谷為寬闊的U 型河谷,兩岸地形不對(duì)稱(chēng),壩址處枯水期河床寬約260 m。每年5~8月為洪水期,9月~次年4月為枯水期,洪、枯流量相差懸殊,水位變幅大。
洋溪水利樞紐是一座以防洪為主,兼顧航運(yùn)、發(fā)電綜合利用工程。樞紐總體布置從左到右的布置依次為:左岸接頭重力壩、魚(yú)道、壩后式電站廠房、溢流壩、船閘、右岸接頭重力壩,樞紐布置沿壩軸線全長(zhǎng)483.5 m。船閘通航規(guī)模為500 t船舶,兼顧1000 t單船,電站廠房安裝3臺(tái),總裝機(jī)容量100 MW。
洋溪水利樞紐工程的水庫(kù)總庫(kù)容為8.5 億m3,根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2017)規(guī)定,屬Ⅱ等大(2)型工程。其主要建筑物的級(jí)別定為2 級(jí),次要建筑物的級(jí)別定為3 級(jí)。根據(jù)《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL623-2013)規(guī)定,保護(hù)2 級(jí)永久性水工建筑物的臨時(shí)性建筑物級(jí)別為4級(jí),因此,本工程導(dǎo)流建筑物按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。
根據(jù)洋溪水利樞紐工程的具體情況,推薦導(dǎo)流方案的上、下游圍堰采用土石圍堰。根據(jù)《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL623-2013)及強(qiáng)制性條文(水利工程部分)的規(guī)定,導(dǎo)流建筑物的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)選擇土石結(jié)構(gòu)的4級(jí)臨時(shí)性建筑物相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的下限值,即采用10年一遇洪水作為本工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)。
二期圍堰采用土石過(guò)水圍堰,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用枯水期9 月中旬至次年4 月中旬,相應(yīng)10 年一遇洪水2590 m3/s,相應(yīng)下游水位139.92 m,經(jīng)水力計(jì)算,上游水位為152.6 m。二期上游過(guò)水土石圍堰度汛標(biāo)準(zhǔn)一汛采用全年10 年一遇洪水,相應(yīng)流量為9670 m3/s;二汛采用全年50 年一遇洪水,相應(yīng)流量為14 400 m3/s。
根據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件及樞紐布置推薦方案等特點(diǎn),本工程施工導(dǎo)流采取分期導(dǎo)流方式,一期圍左岸,利用右側(cè)主河槽導(dǎo)流和通航,施工電站廠房、左5孔溢流壩、左岸非溢流壩、魚(yú)道;二期圍右岸,利用左5 孔已施工的溢流孔導(dǎo)流主要施工船閘、右5孔溢流壩和右岸非溢流壩。二期導(dǎo)流期間,利用上游過(guò)水土石圍堰擋水發(fā)電。
二期上游圍堰是否采用過(guò)水圍堰,主要考慮施工工期時(shí)長(zhǎng)、圍堰壅高庫(kù)水造成臨時(shí)淹沒(méi)、圍堰投資等因素。二期工程主要施工船閘、右5 孔溢流壩和右岸非溢流壩,利用已建的左5孔溢流壩導(dǎo)流,工程量大,需要的施工工期較長(zhǎng),采用全年導(dǎo)流的不過(guò)水土石圍堰,是有利于加快施工進(jìn)度的。但是,左5 孔溢流壩,泄流能力受限制,遭遇全年10 年一遇的設(shè)計(jì)導(dǎo)流洪水時(shí),上游壅高水位達(dá)到168.5 m高程,比水庫(kù)正常蓄水位163.0 m超過(guò)5.5 m,將造成庫(kù)區(qū)非常重大的臨時(shí)淹沒(méi)損失,包括大量的人口、房屋、土地等;同時(shí)圍堰投資大。因此,根據(jù)都柳江洪水峰高量大歷時(shí)較短的特點(diǎn),為利于洪峰的宣泄,除了利用已做好的左5孔溢流孔宣泄外,將右岸的二期上游圍堰設(shè)計(jì)成過(guò)水形式,可以大大的加大洪水宣泄渠道,雖然該做法使得二期基坑一汛需經(jīng)歷過(guò)水停工受影響,但二汛時(shí)船閘可利用擋洪門(mén)擋水繼續(xù)施工,整個(gè)二期工程需經(jīng)歷3 個(gè)枯水期及2個(gè)汛期,總施工時(shí)段略長(zhǎng),但土石過(guò)水圍堰方案可解決了汛期行洪問(wèn)題且不增加臨時(shí)淹沒(méi),二期導(dǎo)流期間萬(wàn)一發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí),二期上游橫向圍堰可以免遭破壞,為二期工程恢復(fù)施工贏得時(shí)間和工期,在一定程度上也降低了二期基坑的導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)。土石圍堰結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可就地取材,充分利用開(kāi)挖棄料,既便于機(jī)械化快速施工,又易于拆除。根據(jù)洋溪水利樞紐工程的實(shí)際情況,二期上游橫向圍堰采用土石過(guò)水圍堰,溢流面為砼面板的結(jié)構(gòu)型式。
二期上游橫向圍堰除了維護(hù)右岸5 孔溢流壩、船閘和非溢流壩的施工外,還承擔(dān)擋水發(fā)電任務(wù)。為了降低圍堰過(guò)水時(shí)堰頂落差,又能保證滿(mǎn)足發(fā)電和擋水要求,將圍堰設(shè)計(jì)成土石過(guò)水圍堰堰頂加設(shè)自潰式子堰的型式。二期圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為枯水期9月中旬~次年4月中旬,相應(yīng)10年一遇洪峰流量為2590 m3/s。經(jīng)水力計(jì)算,上游壅高水位為152.6 m,相應(yīng)下游水位為139.92 m,圍堰堰頂高程按設(shè)計(jì)水位加波浪爬高值確定,粘土麻袋子堰堰頂高程153.9 m,子堰高2.6 m,堰頂寬3 m,上、下游邊坡坡度均為1∶0.5;上游過(guò)水圍堰堰頂高程151.3 m,堰頂軸線長(zhǎng)176 m,堰頂寬15 m,最大圍堰高20 m,迎水面邊坡坡度為1∶2.75,背水面邊坡坡度為1∶3,度汛時(shí)最大過(guò)水水頭差8.8 m。據(jù)計(jì)算,度汛時(shí)堰頂?shù)钠骄魉僭谧畈焕r超過(guò)了5 m/s,下游坡底流速則超過(guò)10 m/s。因此,在圍堰的布置與設(shè)計(jì)中,圍堰的防滲、接頭和防沖是保證圍堰正常工作的關(guān)鍵問(wèn)題,對(duì)于過(guò)水土石圍堰來(lái)說(shuō)尤為突出。本工程主要采取的措施有:①采用寬頂堰型斷面;②采用砼和塊石護(hù)面;③堰腳設(shè)鎮(zhèn)鐓;④采用粘土防滲體;⑤堰體采用石渣料填筑;⑥預(yù)留充水缺口等。
上游過(guò)水土石圍堰堰體填筑分4個(gè)區(qū)。①截流戧堤:戧堤頂高程143.2 m,頂寬15 m,預(yù)進(jìn)占段用開(kāi)挖碴料填筑,龍口段用渣料、塊石、生態(tài)格網(wǎng)網(wǎng)袋填筑。合龍后采用在戧堤上游填筑粘土斜墻及開(kāi)挖截水槽回填粘土進(jìn)行閉氣;②反濾層:用人工骨料填筑,填筑于戧堤與防滲土料之間、防滲土料與下游堰體是渣料之間;③粘土防滲層:用粘土料填筑,同時(shí)在粘土中間設(shè)土工膜;④石渣回填:用開(kāi)挖石渣填筑,考慮防滲粘土心墻在流水中施工難度較大,先采用土石混合料填筑戧堤,待合龍閉氣后同時(shí)并進(jìn)行基坑抽水,用石渣料填筑防滲體上游堰體、中間填筑黏土防滲體、用石渣料填筑防滲體下游堰體。石渣料填筑堰體有利于圍堰的邊坡穩(wěn)定及減少沉降,以利于支撐堰體表面的鋼筋混凝土保護(hù)面板,而不被過(guò)水沖刷破壞,從而保護(hù)整個(gè)圍堰。
上游圍堰迎水面邊坡143.2 m高程以上及背水面邊坡用1.0 m厚的鋼筋混凝土護(hù)面,為了確?;炷撩姘宓姆€(wěn)定,避免圍堰過(guò)水時(shí)水流對(duì)堰腳沖刷破壞,在背水面坡腳設(shè)置混凝土鎮(zhèn)墩,并在下游邊坡鋼筋混凝土護(hù)面面板和鎮(zhèn)墩設(shè)Φ50排水孔,孔距2.5 m,梅花型布置。迎水面143.2 m高程以下采用固濱籠護(hù)坡,厚度2 m。二期上游過(guò)水圍堰橫斷面圖見(jiàn)圖1。
圖1 二期上游過(guò)水圍堰橫斷面圖
下游圍堰也采用土石過(guò)水圍堰堰頂加設(shè)自潰式子堰的型式,堰頂高程138.3 m,堰頂寬15 m,迎水面邊坡坡度為1∶2.75,同上游圍堰一樣,在迎水面邊坡136 m高程以上及背水面邊坡用1 m厚的鋼筋混凝土護(hù)面,背水面邊坡坡度為1∶2。迎水面136 m高程以下采用固濱籠護(hù)坡,厚度1 m。為了確?;炷撩姘宓姆€(wěn)定,避免圍堰過(guò)水時(shí)水流對(duì)堰腳沖刷破壞,在背水面坡腳設(shè)置混凝土鎮(zhèn)墩,迎水面坡腳采用加筋固濱籠護(hù)腳,長(zhǎng)10 m。自潰式子堰采用粘土麻袋,堰頂高程141 m,子堰高2.7 m,堰頂寬3 m,上、下游邊坡坡度均為1∶0.5。
為了不被過(guò)水淘刷撕裂而危及圍堰的安全,二期土石圍堰與混凝土縱堰接頭部位以及與岸坡接頭部位需采用嚴(yán)格的連接與保護(hù)措施,二期過(guò)水圍堰基礎(chǔ)河床覆蓋層為漂卵礫石,層厚0~1 m,河床局部基巖出露,基礎(chǔ)采用開(kāi)挖截水槽回填粘土的方式防滲。
洋溪水利樞紐過(guò)水土石圍堰最大斷面高度20 m,在國(guó)內(nèi)同類(lèi)型圍堰中屬規(guī)模比較大的工程。采用過(guò)水土石圍堰方案,既可滿(mǎn)足施工工期、又可不增加水庫(kù)人口房屋等臨時(shí)淹沒(méi)損失,同時(shí)又降低導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)、降低工程投資。采用的寬頂堰過(guò)水?dāng)嗝妗⒃O(shè)置自潰式子堰以降低堰頂高程、減少堰上水頭和堰面流速、基坑充水、利用洪水預(yù)報(bào)等一系列簡(jiǎn)單易行的防滲、防沖以及護(hù)面等措施是非??尚械摹6谶^(guò)水土石圍堰是洋溪水利樞紐的關(guān)鍵項(xiàng)目,將會(huì)為該工程順利實(shí)施提供保障。