黄河上游某水电站上游围堰设计

段军邦1，杜　永1，孙　斌2，贺智安2

(1.青海黄河上游水电开发有限责任公司工程建设分公司，西宁　810000；2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安　710065)

摘　要：针对黄河上游某水电站上游围堰位置边坡高陡、河谷狭窄的特点，考虑截流施工道路的布置，将截流戗堤布置在围堰上游端，并对截流抛投物冲距进行验算。根据该地区的气候特点、进度安排及防渗土料储量丰富，上游围堰采用混凝土防渗墙+黏土的防渗型式，取得良好效果，为高寒地区围堰防渗提供了经济安全可靠的技术方案和实践经验。

关键词：截流戗堤；环线道路；预留冲距；黏土防渗；渗流稳定

1　工程概况

黄河上游某水电站位于青海省海南藏族自治州同德县与果洛藏族自治州玛沁县交界处的黄河干流上，高程为3 080.00～3 350.00 m，多年平均气温0.5 ℃，属高原寒冷地区。电站工程规模为Ⅰ等大(1)型工程，枢纽建筑物主要由混凝土面板堆石坝、右岸1条泄洪放空洞、右岸3孔溢洪道及右岸引水发电系统等组成[1-2]。

工程采用土石围堰一次断流河床，隧洞全年导流的导流方式，导流建筑物级别为4级，导流标准为20年一遇，相应的流量为Q5%=3 390 m3/s。上游围堰堰顶高程为3 135.00 m，围堰最大堰高为53.5 m[3]。

2　围堰工程区地质条件

上游围堰轴线处河床覆盖层厚约3～5 m，堰基覆盖层以卵石为主，含漂石，级配不良，透水性强，渗透破坏类型主要为管涌型。左岸地形陡峭，地形较完整，基岩裸露，岩性为中生代二长岩(πγ5)。右岸边坡呈上陡下缓特征，岩性为三叠系变质砂岩(T2-3-Ss)，岩体结构面主要为顺层裂隙和层间挤压带。上游围堰工程区河道较窄，河水湍急[2]。

3　截流戗堤位置设计

本工程截流戗堤龙口段抛投量为7.64万m3,合龙时间按72 h控制，小时最大抛投强度为1 380 m3/h。工程区两岸边坡高陡、河谷狭窄、水深流急，仅有导流洞0号施工支洞和左岸低线过坝交通洞可到达上游围堰，为此拟定了围堰下游戗堤和围堰上游戗堤2种截流戗堤布置方式。

3.1　截流道路的布置

上游戗堤施工道路布置详见图1，从图1中

图1　上游端头戗堤施工方法图　　单位：cm

图2　下游端头戗堤施工方法图　　单位：cm

可见围堰上游戗堤截流施工道路通过0号施工支洞、岸坡道路和左岸低线过坝交通洞下叉洞形成环线道路。截流材料运输自0号施工支洞进入，抛投后从过坝交通洞下叉洞撤离，施工干扰较小，抛投强度易于保证，同时该环线道路也为后期围堰填筑利用，大大加快了围堰填筑施工进度。下游戗堤施工道路布置详见图2，从图2中可见下游戗堤施工运输仅能通过过坝交通洞进出，施工干扰大，抛投强度难以保证。

3.2　截流抛投物料预留冲距计算

若戗堤布置在围堰防渗墙轴线上游，为防止钢筋笼(或大粒径石碴)落于混凝土防渗墙施工区内，戗堤轴线和混凝土防渗墙轴线要相隔一定的距离，需要计算截流抛投物预留冲距[4-5]。

在流水中抛石，石块在河底的稳定点和入水点间的距离，称为抛石冲距，冲距与水流参数和河床粗糙度有关，由于因素复杂，河床表面地形千差万别，计算时利用下列经验公式估算[6-8]：

(1)

式中：L为抛石冲距，m；H为水深，m；v为垂线平均速度，m/s；d为块石折算直径，cm。

截流时抛投料块石粒径及冲距计算成果见表1。

采用围堰上游戗堤方案时，从表1可以看出，上游抛石冲距最大为17.13 m，设计的截流戗堤下游坡脚至防渗墙轴线距离为25 m，满足抛石冲距，截流戗堤抛投物对围堰防渗墙影响较小。

表1　抛投料块石粒径及冲距计算成果表

龙口宽度/m龙口流量/(m3·s-1)龙口平均流速/(m·s-1)最大块石粒径/m最大块石重量/t抛石冲距/m70496.393.751.120.0816.75604355.21.120.517.1350317.714.9210.3615.8940183.984.440.820.212.703095.973.480.50.0411.312013.852.920.360.022.89000000.00

3.3　防渗墙施工进度及施工质量

围堰堰基覆盖层含漂石，可利用围堰上游戗堤挡水，施工设备下入基坑，清理防渗墙轴线位置的漂石，有利于防渗墙施工进度和施工质量。围堰下游戗堤方案抛石对防渗墙虽无影响，但防渗墙部位的漂石无法清除。

综上比较，选择围堰上游戗堤方案。

4　上游围堰设计

4.1　上游围堰防渗设计

上游围堰防渗体设计以防渗施工平台为界分为下部堰基及上部堰体2部分。

围堰布置处河床覆盖层约2～5 m，覆盖层颗粒组成以卵石层为主，含漂石，下部堰基防渗最大深度达到49 m，最大挡水水头为52 m，对于高水头的基础防渗方式，采用混凝土防渗墙防渗效果较旋喷、帷幕灌浆好。结合黄河上同类工程经验，下部堰基防渗型式选用混凝土防渗墙[9]。

根据黄河来水流量和施工进度安排，截流时间安排在第2年11月截流，玛尔挡地区11—次年2月气温较低，该时段月平均气温在-11.9～-8.7 ℃之间，依据规范要求，当日平均气温低于-10 ℃，混凝土应该暖棚内浇筑，且要采取必要的防冻措施。为确保工程进度和施工质量，防渗墙施工安排在2014年3—5月进行，防渗墙施工平台高程必须高于11月份至次年5月份20年一遇洪水流量相应的上游围堰堰前水位3 105.70 m，同时考虑到玛尔挡地区6月份进入黄河汛期，围堰必须在汛期前完成，防渗墙施工完成后仅为防渗墙施工平台上部围堰施工预留1个月的工期，考虑上部围堰施工工期及施工强度，上游围堰防渗墙施工平台高程最终确定为3 125.00 m。

3 125.00 m上部堰体防渗比较了黏土和土工膜防渗2种形式。

(1) 从防渗要求方面比较，根据现场试验成果，该工程区土料的渗透系数、水溶盐含量及有机质含量均满足防渗土料质量要求，黏土防渗的效果与土工膜相当；

(2) 从施工工艺和造价方面比较，根据现场勘查记录和试验成果，该工程区黏土储量丰富，开采方便，土料场深部土体长年处于稍湿状态，天然含水状态接近最优含水量和塑性含水量，且基本保持稳定，开采后可直接上坝填筑，施工快捷，土料场距离上游围堰约2 km，开采运输成本较小，造价相对较低；采用土工膜防渗，土工膜前后需铺设级配良好的砂砾石过渡料，且与防渗墙和围堰边坡接触处的连接均需采用混凝土埋置法，施工工艺复杂，,工期长，难于满足工期要求。经比较上部堰体采用黏土防渗，填筑形成均质土坝。

综上所述，上游围堰采用混凝土防渗墙+黏土的防渗型式。

4.2　上游围堰断面设计

根据水力学模型试验，当导流洞下泄20年一遇流量Q=3 390 m3/s时，相应的上游水位为3 133.40 m，考虑一定的安全超高及风浪壅高，上游围堰堰顶高程为3 135.00 m，围堰最大高度53.5 m，围堰顶宽为20 m，围堰上游坡比为1∶2，围堰下游坡比为1∶2[10]，围堰顶部长度118 m，围堰最大底宽263.5 m。截流戗堤位于围堰防渗轴线上游侧，截流戗堤顶高程为3 105.00 m，戗堤顶宽30 m，戗堤最大高度23 m。围堰防渗型式采用混凝土防渗墙+黏土的型式，堰基防渗采用塑性混凝土防渗墙结构，防渗墙厚度取1 m，防渗墙最大深度49 m，最大挡水水头52 m。防渗墙施工平台高程为3 125.00 m，堰体3 125.00 m以上采用黏土填筑均质土坝防渗，均质土坝高度10 m。围堰上游坡采用1 m厚的块石进行防护。上游围堰标准剖面见图3。

5　结　语

本工程上游围堰的特点是截流戗堤布置在围堰防渗轴线上游，围堰防渗型式采用混凝土防渗墙+黏土防渗，充分体现了因地制宜的设计思想，同时也为高寒地区类似土石围堰设计提供一定的设计参考。

(1) 黄河上游某水电站上游围堰于2013年11月下旬开始修建，至2014年6月初全部完工。经过2014年汛期考验，围堰运行良好。

(2) 经过黄河上游某水电站上游围堰施工验证，在满足抛投物冲距要求下，截流戗堤可以布置在围堰防渗轴线上游，并且有利于清理防渗墙轴线范围的孤石，提高防渗效果。

图3　上游围堰剖面图　　单位：高程，m；其它，cm

(3) 采用混凝土防渗墙+黏土的防渗型式对于高寒地区避免冬季防渗墙施工提供了经济安全可靠的技术方案和实践经验。

参考文献:

[1]　中电建西北勘测设计研究院.玛尔挡水电站工程施工总布置专题报告[R].西安：2013.

[2]　中电建西北勘测设计研究院.玛尔挡水电站工程施工导流规划专题报告[R].西安：2013.

[3]　中电建西北勘测设计研究院.黄河上游玛尔挡水电站工程主河床截流设计报告[R].西安：2013.

[4]　水利电力部水利水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册1：施工规划[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

[5]　吕兴祖,刘发权.施工截流与基坑排水[M].北京：水利电力出版社，1987.

[6]　编委会.水利水电工程施工手册：施工导(截)流与度汛工程[M].北京：中国电力出版社，2005.

[7]　国家发改委.水电工程施工组织设计规范:DL/T 5397-2007[S].北京：中国电力出版社，2008.

[8]　国家发改委.水电工程施工导流设计规范:NB/T 35041-2014[S].北京：中国电力出版社，2015.

[9]　中国电建西北勘测设计研究院.玛尔挡水电站工程施工详图设计阶段围堰渗流及稳定计算书[R].西安：中国电建西北勘测设计研究院，2013.

[10]　高鹏.向家坝水电站大江截流设计与施工[J].人民长江，2015(02)：67-70.

Design of Upstream Cofferdam of One Hydropower Project at Upstream Yellow River

DUAN Junbang1, DU Yong1, SUN Bin2, HE Zhi'an2

(1. Engineering Construction Branch of Huanghe Hydropower Development Co., Ltd., Xining　810000,China;2. Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an　710065,China)

Abstract：As the high & steep slope and the narrow river valley where the upstream cofferdam is built as well as considering the arrangement of the construction roads for the river closure operation, the river closure dike is arranged at the upstream end of the cofferdam, and the washing distance of dumped materials for the river closure is calculated as well. Based on the regional climate features, construction schedule and the rich impervious materials, the upstream cofferdam applies both concrete cutoff wall and clay for impermeability. This impervious mode achieves well in effect providing the cofferdam impermeability in high and cold region with economic, safety and reliable technical scheme and practice experience. Key words: river closure dike; ring road; provided washing distance impermeability by clay; seepage stability,

文章编号：1006—2610(2016)04—0050—04

收稿日期：2016-03-24

作者简介：段军邦(1982- )，男，青海省乐都区人，工程师，从事水利水电工程建设管理工作.

中图分类号：TV551.3

文献标识码：A

DOI：10.3969/j.issn.1006-2610.2016.04.013