1、峡江水利枢纽工程施工导流技术黄献新/中国水利水电第十二工程局有限公司【摘 要】峡江水利枢纽工程施工导流采用分三期导流方式，围堰工程量大，基础地质条件复杂，采用摆喷、旋喷、一体机等高喷防渗施工工艺；三期截流流量大，龙口最大流速达 7m/s，采用 35m 3 钢丝网兜抛投截流效果好；过水围堰的保护与泄水闸的联动运行，堰面流态复杂，汛期闸门运行管理要谨慎。【关键词】截流 围堰施工 施工导流 峡江水利枢纽1 工程概况峡江水利枢纽工程位于江西省吉安市峡江县境内，地处赣江中游，距省会南昌市约170km，距吉安市约 60km，是一座以防洪为主兼有发电、航运、灌溉、水库养殖等综合效益的大型水利枢纽工程。坝址以
2、上流域面积 62710 km2，水库总库容 11.87108m3。电站安装 9 台水轮发电机组，装机容量 360MW。船闸设计最大吨位 1000t。枢纽总体布置从左到右为左重力坝、船闸、门库段、18 孔开敞式泄水闸、厂房、鱼道、右重力坝，坝轴线总长 864m。 本工程 2010 年 7 月 1 日开始一期围堰施工，7 月 23 日提前合龙。2011 年 2 月 28 日厂房全年围堰完工。2012 年 8 月 29 日三期围堰提前完成截流。2013 年 7 月 30 日首台机具备发电条件。计划 2015 年 8 月 30 日竣工，工期 5 年。建设单位是江西省水利厅，由江西省水利设计院设计，中国
3、水利水电第十二工程局有限公司承建厂房、11.5 孔泄水闸相关的一期、三期围堰的施工。2 施工导流方式与标准2.1 施工导流方式本工程地处江西省中部，属亚热带季风气候区，气候湿润温和，雨量充沛。多年平均降水量达 14001800mm。降水量年际、年内分配不均匀，汛期为 4 月6 月，降水量约占全年降水量的 41%51%。本工程采用分期导流方式，施工导流共分三期（见图 1）。图 1 施工导流总布置图一期导流：一期先围右岸厂房，2010 年2011 年枯水期采用一期枯水围堰挡水，施工右岸厂房和相邻 0.5 孔泄水闸及一期厂房全年围堰，由左岸缩窄河道导流；2011 年汛期前，形成一期全年围堰挡水，继续
4、施工右岸厂房工程，左侧缩窄的河道过流。二期导流：在 2011 年2012 年枯水期，二期围左岸船闸与 6.5 孔泄洪闸，由中间缩窄河道的明渠导流，并在 2012 年汛前完成左岸 6 孔泄洪闸和船闸施工，2012 年汛期，左岸二期枯水围堰拆除，左岸 6 孔泄洪闸具备过流条件，与中间河道联合泄洪度汛，右岸一期全年围堰继续挡水，完成右岸厂房土建施工。三期导流：在 2012 年枯水期2014 年，三期导流采用枯水期围堰挡水、汛期围堰过流度汛。2012 年枯水期围三期中间河床剩下的 12 孔泄水闸，形成上、下游过水围堰，加高子围堰挡水，枯水期由左侧已建的 6 孔泄洪闸导流。在 2013 年汛前，拆除过水
5、围堰上部的加高土石子围堰，2013 年汛期围堰过流，与左侧的 6 孔已建泄洪闸联合泄洪度汛。汛后恢复挡水子围堰，完成中间河床 11 孔泄水闸结构施工。在 2014 年汛前，拆除挡水子围堰。2014 年底枯水期，拆除三期过水围堰。2.2 施工导流标准本工程为等工程，其船闸、混凝土泄水闸、混凝土重力坝、河床式厂房为 1 级建筑物，根据水利水电工程施工组织设计规范SL303-2004，相应临时建筑物为 4 级，对应土石类导流建筑物洪水标准为 10 年20 年一遇；对应混凝土导流建筑物洪水标准为 5 年10 年一遇。各期导流建筑物的设计标准分述如下：一期围堰：一期右岸电站厂房及其相邻的 0.5 孔泄水
6、闸，施工分两个阶段，第一阶段先形成枯水期围堰，施工纵向混凝土围堰，第二阶段形成全年围堰，一期枯水期时段导流标准采用8 月次年 2 月 P=10%洪水，相应设计洪峰流量 9980m3/s；一期全年围堰导流标准采取 10 年一遇全年洪水，相应设计洪峰流量 17400m3/s。三期围堰：三期围剩下的中间河道 11 孔泄水闸，围堰采用土石过水围堰结构形式，枯水期挡水、汛期过水，围堰的挡水标准调整为 10 年一遇 9 月次年 2 月时段的枯水期标准，相应的洪峰流量为 8490m3/s，过水围堰的过流保护设计标准为全年 10 年一遇洪水标准，相应的洪峰流量为 17400m3/s。 3 围堰结构及主要工程量
7、3.1 一期枯水围堰结构一期枯水时段纵(横)围堰型式为土石围堰，围堰使用期为半年。围堰设计洪水频率为10%(8 月次年 2 月)时段洪水，流量 9980m3/s。上游纵( 横) 围堰堰顶高程 42.6m，围堰顶宽10m；下游纵(横)围堰堰顶高程 41.7m，围堰顶宽 10m；上下游围堰均为下部采用混凝土高喷防渗墙防渗，上部采用粘土斜墙防渗，迎水面采用钢筋石笼及格宾石笼护坡。上游横堰长 394m，下游横堰长 316m，纵向围堰长 521 m。上游围堰横剖面图如图 2。图 2 上游围堰横剖面图3.2 一期全年围堰结构一期厂房全年围堰型式为土石围堰，围堰使用期为 4 年。围堰设计洪水频率为全年 10
8、%，洪峰流量为 17400m3/s。上游围堰堰顶高程 45.7m，围堰顶宽 10m；下游围堰堰顶高程45.06m，围堰顶宽 10m；上下游围堰均采用粘土斜墙防渗，迎水面采用钢筋石笼及格宾石笼护坡；纵向围堰为碾压混凝土重力式围堰，迎水面及背水面坡比均为 1：0.35，上游段堰顶高程45.7m，下游段堰顶高程 45.06m，堰顶宽均为 3.5 m。上游横堰长 384m，下游横堰长 304m，纵向围堰长 267m。3.3 三期围堰结构三期围堰型式为土石围堰，围堰使用期为 2 年。三期上、下游围堰按汛期过流、枯期挡水设计，还具备临时挡水发电功能，要求上游围堰 38.0m、下游围堰 36.7m 高程以下
9、按过水围堰结构设计。三期基坑采用汛期拆除围堰非过水体、基坑充水过流度汛，汛后恢复加高填筑。围堰设计洪水频率为 10%，9 月次年 2 月时段洪水，流量为 8490m3/s。上游围堰堰顶高程 44.70m，围堰顶宽 10m，采用粘土心墙及高喷防渗，迎水面采用钢筋石笼护坡；下游围堰堰顶高程 40.9m，围堰顶宽 10m，采用粘土心墙及高喷防渗，迎水面采用钢筋石笼及格宾石笼护坡。上游横堰长 239m，下游横堰长 236m。断面结构如图 3。图 3 三期上游横向围堰3.4 各期围堰主要工程量（见表 1）表 1 各期围堰主要工程量序号项目名称 单位 一期枯水围堰 一期全年围堰 三期过水围堰1 石渣填筑
10、万 m3 27.88 28.02 17.612 粘土防渗体 万 m3 14.51 10.85 13.083 高喷灌浆 万 m 2.05 0.724 格宾石笼 万 m3 2.79 2.96 6.325 碾压混凝土 万 m3 5.786 堰面混凝土 万 m3 1.834 三期围堰截流设计4.1 截流时段及标准根据施工分期洪水资料、工程施工进度分析并结合截流水力条件，三期围堰截流时段在2012 年 9 月上旬，按水利水电工程施工组织设计规范SL303-2004，截流标准采用截流时段重现期 510 年的月或旬平均流量，三期围堰截流设计流量标准选择为 9 月份 P=10%月平均流量 2310m3/s；戗
11、堤的预进占填筑在 2012 年 8 月初开始，采用 8 月份 P=10%月平均流量2750m3/s 的洪水标准。4.2 截流方式根据峡江水利枢纽工程分期导流方案和现场施工条件，三期中间河道截流时，靠左侧的 6孔泄洪闸及门库过流，采用由右向左上下游围堰单向立堵截流，龙口设在明渠左侧。4.3 截流断面与龙口设计截流戗堤断面：上下游围堰均为土石过水围堰。上游截流戗堤顶高程为 37.5m，戗堤顶宽12m，满足两辆 2032t 自卸汽车同时卸料。戗堤进占填筑时，上游子堤和粘土心墙与截流戗堤保持 1020m 的距离跟进施工，以缩短截流后基坑的闭气时间。下游围堰也采用双戗堤的结构形式，中间填防渗粘土，下游戗
12、堤的进占填筑计划在 8 月份开始，戗堤顶高程采用 8 月份 10 年一遇的平均流量 2750m3/s，相应的下游水位为 34.95m，加 50cm 安全超高确定为 35.5m，戗堤顶宽 6m。龙口设计：根据现场施工条件，结合截流模型试验成果，截流龙口布置在三期上游围堰左侧、靠近二期纵向围堰处，龙口段预留宽度 70.0m，堤头采用粒径为 5080cm 的大块石做裹头保护：从龙口宽 70.040.0m ，龙口平均流速 3.54.7m/s，抛投材料最大粒径 50 cm80cm。从龙口宽 40.020.0m，龙口平均流速 4.75.93m/s ，属截流困难区段，抛投材料最大粒径 100 cm 160c
13、m 。从龙口宽 20.00m ，龙口平均流速 5.930m/s，为安全起见，该区抛投材料仍用最大粒径 100 cm 160cm 的石料。5 导流工程施工5.1 一期枯水围堰施工5.1.1 围堰填筑一期枯水上下游纵横围堰采用上下游同时填筑、分两个阶段填筑的施工方法。第一阶段填筑：第一阶段填筑戗堤、粘土、石渣围堰上游及纵向填筑至高程 36.7,下游戗堤至高程 36.2，形成防渗体施工平台。进场施工即填筑围堰岸坡段向主河床预进占施工，优先保证截流戗堤的进度和强度要求，防渗体粘土料跟进填筑，截流施工龙口段合龙以后，此时水下部分堰体填筑施工条件良好，填筑工作面开阔，填筑施工基本在静水中或流速很小的条件下
14、进行。填筑料从石料场开采，2m 3 挖掘机装 20t 自卸汽车运输，堰堤上用 YT130 堆土机推土，20t自行式振动碾压实。从 2010 年 7 月 1 日开始，于 7 月 23 日围堰合拢，比合同工期提前了18d。第二阶段填筑：第二阶段填筑施工为围堰戗堤平台以上填筑，主要包括石渣、粘土及格宾石笼护坡施工。原则上保持不同种类的填筑材料施工同步上升，以围堰中心线为界，两侧填料交替碾压上升，每个交替高度为 1.6m，控制迎水、背水面高差为 0.8m，施工填筑次序为石渣粘土。每填筑完成 4m 高后进行格宾石笼护坡。5.1.2 围堰高喷防渗施工第一阶段戗堤、粘土、石渣围堰上游及纵向填筑至高程36.7
15、m,下游戗堤至高程36.2m 。高喷防渗墙施工平台在一阶段填筑高程沿防渗墙轴线方向通长布置，总轴线长约1200m，上游孔距0.8m，下游孔距1.2m，入岩0.5m ，实测最大孔深12.6m，最小3.5m。完成的工程量见表2。表2 高喷灌浆工程量钻孔深度（m） 高喷深度（m）部位孔数(个）孔距（m ） 粘土 砂砾层 基岩 粘土 砂砾层 基岩上游围堰 428 0.8 3613 1284 217 651 1284 217纵向围堰 476 1.2 2931 1348 204 611 1348 204下游围堰 223 1.2 962 665 112 336 665 112合计 1127 7506 329
16、6 533 1598 3296 533主要技术参数：通过围堰高喷试验，根据钻孔揭示的地层情况，结合高喷试验成果，为确保围堰闭气效果，一期枯水期围堰高喷施工主要技术参数如表 3。表 3 高喷灌浆主要技术参数 上游围堰主要技术参数项目孔距（m）气压（Mpa ）浆压（ Mpa）提升速度（cm/min）旋喷（）水灰比水泥用量（kg/m）参数 0.8 0.60.8 3236 8 360 0.8:1 560下游及纵向围堰主要技术参数项目孔距（m）气压（Mpa ）浆压（ Mpa）提升速度（cm/min）摆喷角（）水灰比水泥用量（kg/m）参数 1.2 0.60.8 3036 6 30 0.8:1 560上游
17、围堰基础覆盖层较深，砂砾料层较松散易塌孔，透水性较强，上游围堰采用高压旋喷成墙施工技术，即桩号上游 0+400+395 段和纵 0+00 0+18.98 调整为高压旋喷，孔距调整为0.8m。下游围堰和纵向围堰采用高压摆喷成墙施工技术，即桩号下游 0+000+230 段和纵0+18.980+516.77 为高压摆喷，孔距调整为 1.2m，其纵桩 0+516.77 采用高压旋喷连接。高喷主要设备：采用双管法，旋喷、摆喷相结合的灌浆方法。共投入 8 台套高喷灌浆台车，其中 3 台高喷台车属于钻孔- 高喷一体机。高喷灌浆注意事项：一是要确保钻孔的深度，每个孔都要入岩，孔位准确无误，才能保证防渗效果。二
18、是高喷灌浆时要控制好水泥浆液的浓度、灌浆压力以及提升速度，确保高喷成墙效果。在一期施工过程中，由于孔距、浆压控制不佳，对夹石砂层处理不当，出现了闭气效果差。后采取了补强措施，在原高喷灌浆基础上增加一排，对高喷进行补强处理，本次高喷轴线定在原高喷线内侧 3.5m 处，单排布置，孔距 0.8m，分二序施工，高喷灌浆采用旋喷工艺，灌浆压力为 3236MPa，提升速度控制在 68cm/min，浆液比级采用 0.8：1，高喷入岩 0.5m，伸入粘土防渗体 1.0m，高喷灌浆的轴线长度约为 1070m，共布置 1337 个孔。5.2 厂房全年围堰施工5.2.1 围堰填筑施工全年围堰填筑在干地施工， 20t
19、 自卸汽车运料，TY130 型推土机推料摊铺。层厚 80 cm，相邻填筑层间应做到填料界限分明，分层铺筑时，做好接缝处各层连接，防止层间错动或折断现象。粘土斜墙填筑作业分层平行摊铺，施工时严格控制填料质量和含水量，填筑时从低处开始，由下向上分层平行摊铺，采用 YZ18 振动碾碾压，分层厚度 1m，用进退不错距加碾 46遍，工作面之间交接处进行搭接碾压，搭接宽度为 1.0m。堰头保护：全年上游围堰 0+271纵堰，下游围堰 0+210纵围设计采用格宾石笼护坡。5.2.2 碾压混凝土施工碾压混凝土分层高度为 3m；分块参照基础块进行，碾压混凝土的分块采用诱导缝和切缝来实现。堰体迎水面模板采用 3.
20、0m3.1m 的悬臂模板，背水面为 1：0.65 的斜面，采用3.0m1.5m 的翻升模板。采用自卸汽车直接入仓，入仓口前 50m 的施工道路做成碎石脱水路面及冲洗台。混凝土铺筑分条带进行，各条带铺料、平仓、碾压方向与堰轴线平行，条带宽度根据施工仓面的具体宽度适时调整，一般为 6m。自卸汽车在仓内布料时采用退铺法依次卸料，汽车在拌和楼接料时分两点或三点接料。卸料时分多点卸料，以减少料堆高度，减轻骨料分离。碾压采用 BW20 自行式振动碾，碾压作业采用条带搭接法，碾压方向平行于轴线方向。碾压条带间的搭接宽度为 0.1m0.2m，端头部位的搭接宽度为 1m 左右。碾压机具碾压不到的死角，以及有预埋
21、件的部位，浇筑变态混凝土。碾压速度一般控制在 1.0km/h1.5km/h 。对刚铺平的碾压混凝土先无振碾压 2 遍使其初步平整，然后有振碾压 68 遍，直至碾压混凝土表面泛浆后再视情况无振碾压 12 遍。达到规定的碾压遍数后，及时用率定过的核子密度仪(MC-S-24) 对压实后的混凝土进行容重测定，对未达到规定容重指标的进行补振碾压，确保相对压实度达到98%以上。5.3 三期围堰施工依据业主要求在 2012 年 8 月 29 日提前实现截流，相应设计截流流量为 Q=2750m3/s。5.3.1 截流施工三期上下游横堰所需的材料，主要利用一期上下游围堰外侧的备用料和张公石料场开采的土石料， 围
22、堰填筑分为两阶段进行，即截流戗堤填筑和过水围堰上部填筑。截流石渣备料料场布置在一期上、下游围堰的外侧，主要利用前期施工石渣备料，在住歧弃渣场挑选 5000m3 大块石料，同时备用了 500 只单只体积 35m 3 的钢丝网兜。截流戗堤用 2030t 自卸汽车运石渣填筑，中部粘土料填筑区用 25m 的长臂反铲进行水下防渗墙基础开挖，基础清理完成后，立即进行粘土料填筑，与戗堤保持 15m 左右。5.3.2 截流工况至 2012 年 7 月 31 日截流戗堤龙口宽约 80m，龙口流速明显加大，需要用 0.5m 的块石填筑。当龙口宽 35m 时，龙口流速达到了 5m/s，需要用 3 5m3 的钢丝网兜
23、抛投，截流效果好。到 8 月 4 日晚上 22 点初次截流完成，截流时的工况如表 4。表 4 截流监测成果监测时间（月、日、时、分）龙口水面宽（m）龙口上游水位（m ）龙口下游水位（m）水位落差（m ）龙口泄流量（m 3/s）泄水闸流量（m 3/s）总流量（m 3/s）龙口最大流速（m/s）7.31 11:00 80.0 34.60 33.95 0.65 433 617 1050 4.678.01.10:00 82.5 35.11 34.37 0.74 460 960 1420 4.488.01.17:30 83.0 35.14 34.40 0.74 478 952 1430 4.868.02
24、.10:00 78.0 35.25 34.42 0.83 456 1062 1518 4.918.02.17:30 52.9 35.34 34.10 1.24 276 1107 1383 5.038.03.09:00 40.5 35.47 34.13 1.34 295 1202 1497 5.078.03.15:30 35.4 35.45 34.02 1.43 238 1192 1430 5.088.04.09:30 26.6 35.3 33.83 1.47 171 1158 1329 4.568.04.16:00 15.1 35.31 33.72 1.59 156 1104 1260 7.0
25、08.04.19:00 9.8 35.37 33.71 1.66 63 1167 1230 5.868.04.22:00 0.0 36.11 33.96 2.15 0 1370 1370 0受台风雨的影响，上游万安水库 8 月 6 日 10 时下泄 4500 m3/s，峡江 7 日下午最大流量6200m/s。上游戗堤过水，在左侧冲出一个长约 80m 的缺口，其他填筑体表面局部被冲刷。8月 20 日又重新对龙口进行截流填筑施工，8 月 29 日截流成功。5.3.3 围堰闭气施工围堰闭气体施工的重点是左、右岸与纵向围堰接头部位的处理，基底覆盖层清除。围堰的截流戗堤采用上下游石渣戗堤夹中间心墙粘土止
26、水结构，戗堤进占填筑时，考虑下游侧的石渣戗堤先行，避免戗堤石渣受水流冲刷进入心墙基础部位，相距 1020m 开始上游侧石渣戗堤跟进填筑，然后采用长臂反铲清除围堰基础覆盖层，再在槽内填筑粘土料。因堰基底部砂层较厚及一二期拆除底部留有部分石渣，为确保闭气效果，采取高喷防渗墙防渗。单排布置，孔距0.8m，高喷灌浆采用旋喷工艺，灌浆压力为 3236MPa，提升速度控制在 68cm/min，浆液比级采用 0.8：1，高喷入岩 0.5m，伸入粘土防渗体 1.0m。3 台钻孔 -高喷一体机 20d 完成。5.3.4 围堰过水保护施工上游过水围堰堰面采用 0.3m 厚混凝土面板保护、堰脚采用钢筋笼防护为主。溢
27、流堰采用折线形的宽顶堰，整个堰头为刚性体，沿围堰轴线方向每 12m 设置沉陷缝，堰头的上游侧设置齿槽，齿槽深 2m，齿槽基础设置间排距 1m 的 25插筋，插筋插入基础 2m，外露 1m。下游围堰堰顶采用 C20 混凝土面板护面，面板厚 0.3m，围堰的上游边坡、堰后及以下至河床的边坡采用钢筋笼块石理坡护面。6 结语峡江水利枢纽工程施工围堰工程量大，河床地质条件复杂，三期截流流量大，过水围堰保护复杂。在施工过程中，值得总结的有以下几个方面。6.1 上游围堰戗堤设置在背水面，可减少粘土心墙区域底部块石堆积一期围堰填筑采取了迎水面“戗堤石渣粘土心墙石渣”的填筑工序，根据现场观测及高喷造孔漏浆情况分
28、析，判定粘土心墙底部有块石堆积体，因为戗堤石渣填筑时，受水流的作用，部分戗堤石渣被冲入粘土心墙区域，形成块石堆积体透水层。因此上游围堰应采取背水面“戗堤石渣粘土石渣”填筑顺序，可以降低戗堤石渣冲入粘土心墙区域形成块石堆积的几率。在三期上游围堰填筑过程中采取背水面“戗堤石渣粘土石渣”填筑顺序，闭气效果较好。6.2 砂石层高喷防渗墙施工，要严格控制灌浆参数本工程围堰河床底部有厚 412m 砂砾或砂卵砾石，具有较强透水性。从一期高喷情况看，采用一体机旋喷工艺，防渗效果较好，且施工工艺相对简单，速度快。一期施工因控制不严，闭气没有成功。采取了补强灌浆，加强质量管理，明确责任人，全过程旁站，钻孔与灌浆记
29、录安排有质检人员签字，及时接受业主和监理的检查。6.3 钢丝网兜龙口抛投截流效果好于混凝土预制块本工程截流时最大流量为 1572m3/s，龙口最大水位差 2.15m，最大流速 7.0m/s。截流时分别用 2m3 的混凝土块、12m 3 的大块石和 35m 3 的钢丝网兜抛投。只有钢丝网兜抛投效果最好，因钢丝网兜透水性好，在高速水流区稳定性好，不易被冲刷，反之混凝土块及大块石在龙口受高速水流都会冲掉。但钢丝网兜的缺点是块石装钢丝网兜比较困难。6.4 过水围堰的安全运行2013 年 4 月 3 日受持续强降雨天气影响，赣江水位连续攀升，4 月 5 日围堰堰面开始过流。流量为 2850m3/s，左岸
30、 6 孔泄水闸及门库坝段开闸泄洪，上下游过水围堰流态较为平顺，无异常。根据吉安市水文站资料显示，4 月 6 日 9 时至 10 时闸坝上游水位从 38.92m 上升到41.46m，1h 水位暴涨 2.54m，同时闸坝上下游水位差急剧增大到 3.72m；4 月 7 日 16 时闸坝上游水位 40.32m，下游水位仅为 36.07m，闸坝上下游水位差再次急剧增大到 4.25m（见表 5、图5）。表 5 闸坝运行情况表时间 闸门开关状况上游水位（ m）下游水位（m）水位差（ m）2013/4/6 9:00 关闭 38.92 37.96 0.962013/4/6 10:00 41.46 37.74 3
31、.722013/4/7 9:00 关闭 38.99 37.83 1.162013/4/7 10:00 40.39 36.57 3.822013/4/7 16:00 40.32 36.07 4.252013/4/7 17:00 38.17 37.28 0.89图 5 峡江枢纽上、下坝站水位图造成闸坝上下游水位暴涨暴落急剧变化的原因是，左岸 6 孔泄水闸（底坎高程 38m，闸门宽 16m，高 18m）下闸关闭，使上游水位汛速涌高，从 12 孔过水堰面（高程 38m）流过。同时下游水位因关闸又快速下降。形成了高达 4.22m 的水位差，过水堰面经受暴涨暴落急剧变化，使上下游围堰均出现了不同程度的损坏。根据设计规范要求，该工程汛期左岸 6 孔泄水闸必须处于常开状态。
