沙沱水电站工程中不同类型的围堰应用

【摘要】沙沱水电站为分期导流方式，前期主要利用左岸河床礁滩修筑纵向混凝土围堰，一期选用左岸河床及扩挖的明渠段导流，施工右岸基坑，围堰采用上下游土石过水围堰；二期采用在右岸坝体的预留缺口及导流底孔导流，施工左岸基坑，上游围堰采用碾压混凝土过水围堰，下游围堰采用新型硬填料围堰。本文主要针对沙沱水电站建设过程中实施的土石过水围堰、碾压混凝土围堰及新型硬填料围堰的实施过程进行回顾。从围堰结构形式的选择及施工方面进行阐述，其成功经验可为类似工程借鉴。

【关键词】沙沱水电站；土石过水围堰；碾压混凝土围堰；新型硬填料围堰

1 工程概况

沙沱水电站是乌江干流开发选定方案中的第9级，位于贵州省沿河县城上游约7km处。大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程371.00m，坝底高程270.00m，最大坝高101m，坝顶全长631.00m。枢纽从左到右依次为：左岸挡水坝段、取水坝段、溢流坝段、右岸通航坝段和右岸挡水坝段。泄水建筑物为坝身溢流表孔，溢流坝段长143.00m，设有7个溢流表孔，孔口尺寸为15m×23m（宽×高），溢流堰顶高程342.00m。引水系统位于河床左岸，采用一机一管供水方式，单机引用流量490.4m3/s。引水发电系统采用坝后四条压力钢管引水至坝后发电厂房。厂房装机4台，总容量1120MW。通航建筑物布置于溢流坝段的右侧靠岸边，为500t级垂直升船机。

2 施工导流

2.1导流方式

本工程施工期采取分期导流方式：前期主要利用左岸河床礁滩修筑纵向混凝土围堰，一期选用左岸河床及扩挖的明渠段导流，施工右岸基坑，主要包括通航坝段、部分溢流坝段、2条导流底孔及通航坝段预留缺口；二期采用在右岸坝体的预留缺口及导流底孔导流，施工左岸基坑，主要包括剩余的溢流坝段、电梯井坝段、取水口坝段和下游厂房。

2.2导流标准及导流时段

沙沱水电站的导流方案为一期上、下游土石不过水围堰和二期上、下游土石过水围堰。导流建筑物洪水设计标准选择土石结构类型的下限，即P=10%洪水作为施工导流设计洪水标准。

根据原设计要求，一期土石不过水围堰设计标准，采用枯期十年一遇洪水，施工时段为11月6日至次年5月5日，相应流量为4820m3/s，对应下游水位为300.11m，上游水位为306.45m；二期土石不过水围堰设计标准，采用枯期十年一遇洪水，施工时段为11月6日至次年5月5日，相应流量为4820m3/s，对应下游水位为300.11m，上游水位为307.30m。

2.3土石过水围堰

由于受2008年初凝冻天气影响，右岸一期基坑工程施工进度严重滞后，未能达到2008年11月左岸二期截流的面貌要求。根据工程实际施工面貌，并结合历年的水文资料，为尽量利用汛期中有利的小流量时段进行施工，将右岸的一期上下游围堰调整为土石过水围堰。

2.3.1土石围堰结构设计

（1）土石过水围堰结构特点

土石过水围堰主要由上游坡、上游平台、堰身坡面、下游平台和下游坡等部位组成，从围堰组成功能上划分主要包括堰体、防渗墙、排水棱体和护面结构。上游坡和下游坡主要是在过水情况下保证堰体的稳定；上游平台和下游平台则起导流作用，使水流能平缓过渡；堰坡控制过堰水流的流速，使水流通过堰面后能产生所需要的水跃并与下游水流自然衔接；防渗墙则是保证上游水不能从堰体渗入到下游，避免渗流对堰体的破坏；排水棱体能迅速将堰面渗水排出，减少对堰面的浮托力；护面结构是隔离堰体材料和水流直接接触，提高抗冲能力，使过流时堰体不受水流的破坏。

（2）土石过水围堰结构组成

一期上游土石过水围堰布置在大坝右岸坝纵0-106.00m桩号，围堰轴线长100m，围堰主要由八个材料分区构成。

一区为围堰戗堤块石料，为满足截流需要，戗堤顶宽15m，上下游边坡为1：1.5，戗堤顶高程为296.0m，戗堤总长90.0m；

二区为土石渣回填料，主要利用坝肩开挖料，由右岸上游水泥厂弃渣场转运，将土石渣填筑至296.00m高程作为上游围堰的防渗灌浆施工平台，迎水坡比1：1.5；

三区为堰体上游坡过渡料，顶部厚度1.0m，迎水坡比为1：1.75；

四区为上游坡块石料，为抵挡上游水流的剪切作用采用抛填大块石料，同时在299.00～303.00m高程采用钢筋笼进行保护；

五区为连接围堰灌浆轴线的粘土心墙料，高程在296.00～303.00m，厚度2.0～4.0m，粘土心墙料底部连接堰体及基岩的双排塑性灌浆，形成上游的防渗帷幕；

六区为粘土心墙料周边的反滤料，厚度0.6m；

七区为保护堰体的护面结构，经计算需设置为钢筋混凝土面板，厚度1.0m，坡比1：4.5，面板底坡设计为平底结构，同时为了防止因沉陷、温度收缩等原因产生裂缝，对面板进行分缝分块，沿围堰轴线方向每20m设置一条横缝，缝中填塞沥青杉木板。为了减少作用于面板上得扬压力，在面板上设置直径50mm排气孔，孔深1m，间排距2m，梅花型布置。同时为防止水流对下游堰脚的冲刷，在下游坡堰脚设置了钢筋笼和大块石进行护脚；

八区为自溃堰结构，采用粘土麻袋堆筑，布置在303.00～307.00m高程，顶宽4.0m，高4.0m，上下游坡比均为1：0.5，围堰填筑材料分区特性见表2.1。

2.3.2土石围堰实施情况

一期土石过水围堰在施工过程中，根据现场的施工组织条件，将坝顶自溃堰由粘土麻袋调整为混凝土结构，其它结构均未发生更改。2008年11月份进水枯期时已基本完成其使命，但在对一期上下游围堰进行由上而下逐层拆除时，却遭遇了超标准的洪水，从后期洪水过后的堰体检查及基坑清理情况来看，围堰结构除部分过流保护面板被破坏外，其上下游堰体的防渗心墙均未受到太大破坏。

工程实践证明：土石过水围堰对于洪枯水位变化较大的山区河流具有较大的使用价值，同时过水围堰的结构设计同工程的河道水流条件、地形、地质条件也息息相关，过水围堰的结构能否经得起洪水的考验值得设计者深思。本工程由于拆除围堰时已临近枯水期，在围堰过水前堰体过流保护已经拆除部分，当遭遇超标准洪水来临时，围堰基坑全部过水，但洪水过后围堰防渗体依然存在，修复后仍具备挡水条件，经分析的原因有二：一是拆除的堰体部分是从背水面拆除，且绝大部分过流保护尚未拆除；二是围堰施工质量较好，堰体钢筋笼及护脚码放整齐结实。

2.4碾压混凝土围堰

左岸二期围堰原设计为土石过水围堰，但由于受2008年凝冻天气影响及一期土石过水围堰在2008年枯期遭遇超标准洪水等外界因素，导致二期围堰截流时间推迟到2009年的4月份施工。根据工程实际进展情况，左岸二期截流选择在汛前4月份进行，且距离汛期只有1个月的时间。因此围堰设计时，需充分考虑施工过程中所面临的风险，特别是面临围堰施工进入汛期，在未完建的情况下遭遇较大洪水，从而导致洪水漫过围堰而被冲毁的风险。

因此为降低围堰施工期遭遇洪水漫坝的损失，通过分析比较，将原设计的土石过水围堰方案调整为碾压混凝土围堰。

2.4.1混凝土围堰结构设计

针对围堰的结构形式、施工方法、施工进度安排等方面进行优化和分析，为满足碾压混凝土围堰的施工条件，需待上游围堰戗堤填筑完成后，立刻进行戗堤部位的防渗，防渗采用在上游坡面填筑粘土的方式，待碾压混凝土围堰具备干地条件时即可进行浇筑。考虑碾压混凝土围堰大仓面薄层浇筑、快速上升的优势，为满足其快速浇筑立模施工的条件，将围堰下游面设计成台阶状，每层台阶宽×高为2.6m×3.0m，而围堰顶部宽度5.76m。上游围堰按重力式围堰设计，堰体材料为C15三级配混凝土。

2.4.2混凝土围堰实施情况

二期上游土石围堰戗堤于2009年4月15日开始填筑，并于2009年4月17日成功合龙。由于乌江流域连续降雨，上游的思林和构皮滩两个电站均比原计划推迟下闸蓄水，因此无法通过上游水库调节来帮助沙沱降低来水量。但为确保土石围堰戗堤不过流形成溃堰，从而保证围堰安全和碾压混凝土围堰的顺利实施，结合现场地形及枢纽建筑物布置方式，将上游的戗堤临时由297.00m加高至307.00m。同时考虑到即将进入乌江流域主汛期，土石围堰施工将会面临更大的洪水考验，因此为加快围堰施工进度，在上游戗堤未闭气的情况下，现场建设方调整了碾压混凝土围堰的施工工序：

（1）考虑将碾压混凝土围堰分成2区，然后采用土石渣分期堆筑子围堰，同时浇筑水下混凝土，以保证水下混凝土在静水中完成施工；

（2）待1区水下混凝土浇筑完毕后，采用2条预制廊道作为基坑水流的分流通道，然后再浇筑2区混凝土，待水流经廊道排出时，将1区和2区合并一仓，以满足碾压混凝土围堰大仓面，薄层碾压的施工要求。

工程实践证明：汛前成功截流后，在上游水位暴涨的情况下，围堰尚未具备闭气条件时，采用分期导流的方式，通过预留的通道排水，同时浇筑水下混凝土，并将碾压混凝土分块浇筑的施工方法，既节省了围堰闭气所需的工程量，又节省了闭气所需的时间，确保了沙沱电站二期截流的节点工期，为大坝左岸基坑全面施工创造了重要条件。

2.5新型硬填料围堰

2.5.1新型硬填料围堰结构设计

“新型硬填料坝”是一种新型坝型，集混凝土面板堆石坝与碾压混凝土坝的优势为一体，其基本特征是对称剖面、坝内无内部排水、上游设防渗面板、并采用硬填料的干贫碾压混凝土作为坝体。现场在沙沱水电站二期下游围堰开展筑坝研究试验。乌江二期下游围堰总长132.5m，顶宽10m，高程301.0m。其中296.0～301.0m为水下混凝土，293.0～296.0m为C15三级配贫胶凝碾压混凝土，296.0～301.0m为硬填料。上下游坡比1：0.6，设置2道横缝，并布置橡胶止水带。

新型硬填料介于CSG和面板堆石坝之间，其主要施工特点为：就地取材，骨料可直接来自枢纽建筑物的石方开挖料，不须另外加工；骨料粒径大，可以达到70cm；胶凝材料用量少，水泥、粉煤灰用量为40kg/m3、30kg/m3、25kg/m3；施工简单快速，可利用现场挖掘直接拌制；有利于环境保护；减少温控费用，节省投资。围堰材料相应的配合比见下表2.4-1。

2.5.2新型硬填料围堰实施情况

（1）施工顺序

硬填料围堰施工顺序如下：枢纽建筑物开挖―超粒径骨料剔除―拌和量及各材料添加量计算―添加砂浆、水―现场拌制―成品运输―摊铺碾压。

（2）施工工艺

采用26t钢轮振动碾，激振力大于35t进行碾压，碾压层按50cm、60cm、70cm、80cm四种情况进行试验，摊铺厚度分别为55cm、66cm、77cm、88cm。碾压遍数为无振2遍+有振4遍+无振1遍。振动碾行车速度1.5～3km/h。压实度要求不小于90%。

工程实践证明：贫胶硬填料筑坝施工快捷、安全、环保、投资经济，具有较大的推广价值。

3 结束语

贵州乌江沙沱水电站是乌江梯级开发的圆梦工程，工程实施过程中进行了创新和尝试。沙沱电站建设过程中的重要临时建筑物――导流工程，在工程实施阶段结合乌江流域的梯级调度和水情预报也进行了大胆的尝试。沙沱电站是乌江流域第一个使用分期导流的大型工程，在工程实施阶段分别采用了纵向混凝土围堰（常态）、土石围堰、土石过水围堰、碾压混凝土围堰及新型硬填料围堰，以上几种类型的围堰形式在工程实施阶段均发挥了出色的作用。它为沙沱电站的按期投产发电起到了很大的作用，也为使用不同类型围堰的类似工程起到了很好的借鉴作用。因本文作者水平有限，有不妥之处还请同行多多批评指教。