宋虹兵 ,黃國(guó)強(qiáng)

(1.新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域大石峽水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 阿克蘇 843000；2.新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

1 工程概況

大石峽水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)溫宿縣與烏什縣境內(nèi)的庫(kù)瑪拉克河大石峽峽谷出口，下游距已建的小石峽水電站約11 km，工程對(duì)外交通方便。大石峽水利樞紐工程由混凝土面板砂礫石壩、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)、左岸泄洪系統(tǒng)、左岸地面廠房等建筑物組成，最大壩高247.0 m，總庫(kù)容為11.7億m3，電站總裝機(jī)容量750 MW，為Ⅰ等大(1)型工程，面板壩為1級(jí)建筑物，臨時(shí)建筑物導(dǎo)流洞為4級(jí)建筑物。

大石峽水利樞紐工程大壩采用“圍堰一次斷流、隧洞過(guò)流、大壩基坑全年施工”的導(dǎo)流方式。導(dǎo)流洞布置在壩址的左岸，1條隧洞，平面上在進(jìn)口附近設(shè)置1個(gè)彎道，出口順直，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)按照20年一遇洪水2 266 m3/s設(shè)計(jì)。導(dǎo)流洞過(guò)流斷面型式為圓拱直墻型，過(guò)水?dāng)嗝娉叽鐬?0.0 m×14.5 m(寬×高)。導(dǎo)流洞進(jìn)水塔底板高程為1 487.00 m，出口底板高程為1 479.00 m，洞長(zhǎng)1 203.0 m，洞底縱坡為6.65‰，出口接明渠和消能池進(jìn)行消能。進(jìn)口邊坡最大開(kāi)挖高度約85 m，進(jìn)水塔閘室段長(zhǎng)18 m，寬22 m，塔高52 m。

2 導(dǎo)流洞進(jìn)口原圍堰設(shè)計(jì)方案

為保證導(dǎo)流洞進(jìn)口閘室和隧洞正常施工，設(shè)計(jì)初擬在導(dǎo)流洞進(jìn)口設(shè)一道巖坎+土石圍堰擋水，擋水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水1 970 m3/s，相應(yīng)的圍堰頂部高程1 500.70 m。開(kāi)工后現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，預(yù)留巖坎處巖石較破碎，厚度小于原設(shè)計(jì)一半以上，受下游小石峽電站庫(kù)區(qū)淤積影響，導(dǎo)流洞進(jìn)口處河床高程約1 485.00～1 487.00 m，比可研設(shè)計(jì)階段高6～8 m。在巖坎和覆蓋層上修筑高約14 m的土石圍堰需侵占較大河道行洪斷面，導(dǎo)致水位雍高、流速加大，對(duì)圍堰施工、運(yùn)行安全不利。經(jīng)分析、論證推薦采取巖坎、局部覆蓋層上混凝土圍堰擋水方案。

導(dǎo)流洞進(jìn)水塔基礎(chǔ)、隧洞開(kāi)挖時(shí)段為2018年3月份至2019年8月，期間歷經(jīng)2018年和2019年2個(gè)汛期，受小石峽影響,河床水位每年抬高約1 m。為了盡可能減少圍堰對(duì)河床的束窄，混凝土圍堰堰頂高程根據(jù)實(shí)測(cè)上一年洪水水位分步加高確定。

圖1 導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰布置圖 單位：m

3 2018年圍堰設(shè)計(jì)和施工

3.1 進(jìn)口圍堰頂高程確定

2018年汛期導(dǎo)流洞進(jìn)口段預(yù)留堰塞，以保障洞內(nèi)施工有序進(jìn)行。進(jìn)口基坑主要為進(jìn)水塔基礎(chǔ)開(kāi)挖及混凝土澆筑施工。為最大限度的減少圍堰對(duì)河道的束窄，2018年進(jìn)口圍堰導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為枯水期10年一遇，流量405 m3/s，且不小于去年汛期最高水位(2017年7月上游河道最高水位為1 494.00 m高程)，確定進(jìn)口圍堰頂高程為1 496.00 m，即采用過(guò)水圍堰，如發(fā)生超標(biāo)洪水時(shí)，及時(shí)撤離人員、設(shè)備，在洪峰過(guò)后利用水泵抽排水后再繼續(xù)施工。

3.2 圍堰布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圍堰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土圍堰，圍堰長(zhǎng)度約50 m，堰頂高程1 496.00 m，頂寬0.6 m，堰底高程1 490.00 m，底寬3.4 m，迎水側(cè)坡比1∶0.3，背水側(cè)為鉛垂面，導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰布置和剖面分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖2 導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰剖面圖 單位：m

圍堰混凝土標(biāo)號(hào)采用C15，在底板和背水側(cè)布設(shè)的單層鋼筋?；A(chǔ)采用回填碾壓石渣，填筑厚度3～5 m，覆蓋層基礎(chǔ)布設(shè)5排控制性灌漿孔，灌漿孔進(jìn)入巖坎1 m，梅花形布置，形成一個(gè)拱形基礎(chǔ)(見(jiàn)圖3)，既可加固覆蓋層基礎(chǔ)，又起到加強(qiáng)基礎(chǔ)的防滲功能?；炷羾呋A(chǔ)再布設(shè)2排?48 mm鋼管樁，排距1 m，孔距3 m，入基礎(chǔ)灌漿體約1 m，外露1 m，梅花形布置，鋼管柱與鋼筋網(wǎng)焊接。上游圍堰修筑后，導(dǎo)流洞進(jìn)口處河道寬度約45 m。為提高圍堰的安全穩(wěn)定，同時(shí)滿足2018年防洪度汛要求，在圍堰迎水側(cè)坡腳處拋投大塊石和部分2 m3鋼筋籠進(jìn)行防護(hù)，鋼筋籠采用?12～?20 mm的鋼筋組合加工成型。

圖3 導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰控制性灌漿平面布置圖

混凝土圍堰荷載考慮堰體自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力3種主要荷載，經(jīng)計(jì)算分析混凝土圍堰抗滑、抗傾穩(wěn)定及基礎(chǔ)應(yīng)力均滿足相應(yīng)要求。

3.3 圍堰基礎(chǔ)處理施工

圍堰基礎(chǔ)回填石碴料采用20 t自行式振動(dòng)碾碾壓密實(shí)，覆蓋層基礎(chǔ)控制性灌漿布置5排，孔間排距1.0 m，梅花形布置，孔底插入基巖巖坎以下1.0 m，防滲系統(tǒng)形成封閉。灌漿分兩序進(jìn)行，風(fēng)動(dòng)式鉆機(jī)由上游向下游造孔，孔徑127 mm，高壓注漿機(jī)灌注0.8∶1的水泥漿和水玻璃，水玻璃摻量3%～5%。灌漿時(shí)，先灌注背水面?zhèn)?，再灌注迎水面?zhèn)?，最后灌注中間孔。防滲標(biāo)準(zhǔn)按照5 Lu控制，經(jīng)單點(diǎn)壓水試驗(yàn)檢查，壓水試驗(yàn)合格，閘室基礎(chǔ)開(kāi)挖和混凝土澆筑施工中，圍堰無(wú)滲水，為干地施工創(chuàng)造了條件。

4 2019年圍堰加高設(shè)計(jì)和施工

4.1 進(jìn)口混凝土圍堰頂高程加高方案

2019年對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)口附近河床復(fù)測(cè)，河床高程抬高約1 m，經(jīng)復(fù)核按照汛期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)10年一遇洪峰流量1 970 m3/s，對(duì)應(yīng)水位1 500.40 m，比2018年過(guò)水圍堰堰頂高程1 496.00 m高4.4 m，此時(shí)導(dǎo)流洞已經(jīng)全面貫通，混凝土襯砌施工進(jìn)入高峰期，如果仍然采取過(guò)水圍堰方案，洞內(nèi)設(shè)備和人員撤離基無(wú)可能，所以2019年度汛導(dǎo)流洞進(jìn)口采用全年圍堰，為確保2019年安全度汛，導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰在1 496.00 m高程上設(shè)置混凝土擋墻圍堰進(jìn)行加高和對(duì)原混凝土圍堰進(jìn)行加固。

導(dǎo)流洞進(jìn)口混凝土圍堰由1 496.00 m加高至1 500.70 m，堰頂寬度0.36 m，迎水面鉛垂、背水側(cè)坡比1∶0.2，圍堰混凝土標(biāo)號(hào)C15。為確保加高后的重力式混凝土圍堰安全穩(wěn)定，在原圍堰背水側(cè)和進(jìn)水塔混凝土之間的導(dǎo)0-21.60 m～導(dǎo)0-18.60 m回填C15的混凝土至1 492.20 m，在進(jìn)水塔兩個(gè)過(guò)水孔正前方的圍堰背水側(cè)增加肋板和鋼筋籠，其余部分回填石碴。

肋板頂高程1 499.00 m，頂寬0.6 m，厚度0.4 m，坡比1∶0.72，間距3.15 m；上游側(cè)石碴回填至1 498.00 m，頂寬1.5 m，坡比1∶1.3；下游側(cè)石碴滿填與閘門(mén)安裝臨時(shí)施工道路相結(jié)合。導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰體型斷面見(jiàn)圖4，三維模型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖4 導(dǎo)流洞進(jìn)口加高后混凝土圍堰體型斷面圖 單位：m

圖5 導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰三維結(jié)構(gòu)型式圖

沿河流方向圍堰背水側(cè)增加了肋板及鋼筋籠，以增強(qiáng)圍堰的抗傾覆性，且肋板與進(jìn)水塔基礎(chǔ)混凝土相銜接，進(jìn)水塔混凝土間接的對(duì)圍堰進(jìn)行了支撐，有利于圍堰的抗滑和抗傾覆，同時(shí)圍堰背水側(cè)基坑上游側(cè)預(yù)留集水井，堰基內(nèi)的滲水排入集水井中然后集中抽排。

經(jīng)計(jì)算混凝土圍堰抗傾覆、基礎(chǔ)應(yīng)力均滿足要求。

4.2 進(jìn)口圍堰加高施工

在進(jìn)水塔混凝土澆筑過(guò)程中，先進(jìn)行圍堰1 496.00 m高程的插筋造孔及安裝施工。在不影響進(jìn)水塔混凝土施工的前提下，先對(duì)圍堰加高2 m(上游側(cè)圍堰稍微滯后，以便集水井施工)，圍堰背水側(cè)模板安裝過(guò)程中人工在肋板位置安裝?20 mm插筋。

進(jìn)水塔進(jìn)水口混凝土澆筑完成并拆除模板后，開(kāi)始圍堰的全面加高加固施工。首先澆筑圍堰背水側(cè)和進(jìn)水塔混凝土之間混凝土至1 492.20 m，澆筑前在1 487.00 m高程縱向埋設(shè)?200 mm的排水鋼管，澆筑后在肋板位置預(yù)埋?20 mm插筋；在上游的滲水坑內(nèi)回填0.5 m高的排水卵石后，人工配合25 t吊車(chē)安裝直徑2 m的涵管至1 498.00 m高程，涵管安裝過(guò)程中使用長(zhǎng)臂反鏟及時(shí)分層回填石碴，平板夯分層夯實(shí)，以確保涵管的穩(wěn)定；下游側(cè)滲水坑內(nèi)回填排水卵石至1 487.50 m高程，將下游滲水引排至上游集水井中。最后將整個(gè)圍堰加高至1 500.70 m高程，并完成圍堰背水側(cè)肋板混凝土施工和肋板間的3層鋼筋籠安裝。圍堰混凝土全部施工完成后，將上下游側(cè)圍堰的石碴回填至相應(yīng)高程。

圍堰混凝土加高施工中，盡量每層通倉(cāng)一次性澆筑成型，如需要留施工縫，應(yīng)避開(kāi)上下游側(cè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)?；炷羾呱舷掠蝺蓚?cè)與岸坡巖石交接處，人工使用風(fēng)鎬進(jìn)行處理，確?；炷羾咔度霂r石0.5 m。導(dǎo)流洞進(jìn)口混凝土圍堰施工完成后，在堰頂每隔20 m布置1個(gè)安全監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)，在圍堰迎水側(cè)設(shè)置水尺。為確保導(dǎo)流洞進(jìn)口混凝土圍堰不影響進(jìn)水塔的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在圍堰混凝土與進(jìn)水塔混凝土相接觸的部位，全部安裝竹膠板進(jìn)行隔離，以便后期混凝土圍堰拆除。

5 結(jié) 語(yǔ)

大石峽水利樞紐工程導(dǎo)流洞進(jìn)口河床較窄，結(jié)合導(dǎo)流隧洞內(nèi)開(kāi)挖、混凝土澆筑時(shí)段，2018年采取過(guò)水圍堰、2019年采取全年擋水圍堰標(biāo)準(zhǔn)，混凝土圍堰采取逐年分步加高至10年一遇洪水擋水水位的方式，確保了導(dǎo)流洞施工期度汛安全。

混凝土圍堰基礎(chǔ)覆蓋層采用控制性灌漿，不但起到了加固覆蓋層基礎(chǔ)作用，而且起到了防滲作用，基礎(chǔ)加固效果顯著。經(jīng)過(guò)2018年10年一遇洪水，基坑進(jìn)水，擋墻和基礎(chǔ)未受沖刷破壞。2019年混凝土圍堰加高后，其加高混凝土擋墻及其支撐結(jié)構(gòu)經(jīng)受2019年度汛考驗(yàn)，汛后檢查圍堰基礎(chǔ)和混凝土結(jié)構(gòu)正常。

綜上說(shuō)明，覆蓋層經(jīng)過(guò)水泥灌漿加固處理，其防沖和承載力提高效果明顯，在其上澆筑混凝土擋墻式圍堰，并在下游側(cè)設(shè)置扶壁式支撐結(jié)構(gòu)能夠滿足抗滑和抗傾穩(wěn)定要求，對(duì)狹窄河谷導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰的設(shè)計(jì)和施工起到了示范作用。