XX水电站大坝截流施工方案.docx
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XX水电站大坝截流施工方案
1工程说明
1.1工程概况
XX水电站工程位于新疆维吾尔自治区呼图壁县的西南面，坝址区位于呼图壁河中游河段。
是呼图壁河中游河段河流规划中的第三级水电站，水库正常蓄水位1240.00m，死水位1185.00m，调节库容为7016×104m3，具有年调节能力，电站装机容量95MW，多年平均发电量2.14亿kWh。
本标段主要承担大坝及引水系统进水口的施工，其中沥青心墙砂砾石坝坝坝顶高程1243.00m，最大坝高106.00m，坝顶全长312.51m，坝顶宽10m，坝体最大底宽约392m；左岸引水系统进水口为岸塔式，进水口底板高程1175.00m，塔顶操作平台高程与坝顶高程同为1243m。
1.2依据与规范
（1）《大唐新疆呼图壁河XX水电站大坝及引水系统进水口土建工程招标文件》技术部分；
（2）《水利水电工程施工组织设计手册》（中国水利水电版）；
（3）《防洪标准》（GB50201―94）；
（4）《水利水电建设工程验收规程》（SL223―1999）；
（5）《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》（SLI74―96）；
（6）《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148―2001）；
（7）《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）；
（8）《水电站基本建设工程验收规程》（DL/T5123―2000）。
1.3本次导截流的特点及对策
1.3.1本次导截流的特点
根据现场踏勘并结合我局多年来在新疆同类工程施工经验，本工程导截流及上游围堰施工有以下特点：
（1）戗堤“合龙”时壅水过高：
因围堰轴线处河床高程为EL1148.22m，导流洞进口底板高程为EL1160m。
故在截流时，戗堤前水位壅高约12m才具备分流条件。
经计算分析，戗堤“合龙”时龙口水流流速大（3.08m/s），上下游落差大（6.37m）。
（2）上游围堰堰基渗水、排水量大：
在戗堤“合龙”时，龙口需抛投大量块石，因块石间空隙大，势必在龙口处渗漏水较多。
为确保上游围堰填筑施工质量（上游围堰为坝体一部分），需加大上游围堰基础渗水、排水工作，为上游围堰填筑提供旱地作业条件。
（3）上游围堰施工场地过小：
依据设计图纸，上游围堰上游坡脚与戗堤下游坡脚相接，造成上游围堰施工场地过小，且不利于戗堤后排水坑槽布置。
（4）上游围堰沥青心墙砼需在冬季施工：
根据合同节点工期要求，2010年9月份实现截流施工后，需要完成戗堤压实、闭气、基坑抽排水、上游围堰基础开挖、上游围堰EL1166.5m高程以下的砂砾料填筑及高喷板墙等施工作业，最快也需二个多月，即到2010年11月底完成上述工作。
随后进行上游围堰EL1166.5m高程以上堰体填筑及沥青心墙砼防渗体施工，此时业已进入冬季（合同技术条款文件要求，沥青心墙施工外界最低温度不低于5℃），给堰体沥青心墙砼施工带来诸多不便。
1.3.2拟采取的措施
针对以上导截流及上游围堰施工特点分析，我部拟采取如下相应措施：
（1）戗堤“合龙”时壅水过高：
根据现场地形，经过仔细研究，为避免壅水过高，现将上游围堰戗堤位置确定在导流洞进口下游30m处，距离上游围堰轴线210m；同时由于“6.22”洪水影响，现河床高程有所抬高，对截流相对有利。
根据水利计算，戗堤壅水高程大约控制在6m左右，最大流速3.76m，但河流来水量较小，龙口合拢施工中采用大块石进行龙口抛投，可顺利实现截流施工。
（2）上游围堰堰基渗水排水量大：
上游围堰堰基渗水问题解决的关键是截流戗堤的闭气施工，计划在戗堤上游铺盖粘土，同时在下游挖截水槽，并做粘土心墙，加大加宽戗堤，尽量减少戗堤的渗水量，同时加大戗堤渗漏水排水工作，从而保证上游围堰堰基旱地施工条件。
（3）上游围堰施工场地过小：
合理安排围堰各工序施工，加强现场协调，作到人、材、机有序流动，从而加快围堰施工进度。
（4）上游围堰沥青心墙砼需在冬季施工：
前期进行沥青混凝土冬季施工生产性试验，根据以往工程经验，采取保温措施进行冬季沥青心墙砼施工；若因天气影响，则调整施工时段，在2011年4月底完成EL1166.5m高程以上的上游围填筑和沥青心墙施工。
1.4导流方式及导流时段
（1）导流方式
本工程为三等工程，主要永久性建筑物按3级建筑物设计，坝高106m，次要永久性建筑物按4级建筑物设计，临时工程建筑物按4级建筑物设计。
导流方式采取不过水围堰一次拦断河床，利用隧洞（泄洪洞）泄流的导流方式。
（2）导流时段
本工程位于新疆寒冷地区，11月~次年3月为枯期时段，结合施工总进度对导流建筑物工期的要求，采用全年导流方案，有效施工时段为4月~10月，洪水标准为全年10年一遇，相应流量为270m3/s。
（3）导流程序
根据招标文件和本标段总体施工进度计划，确定相应的导流程序：
1）2010年9月20日，泄洪洞具备过流条件，满足大坝截流的要求；
2）大坝坝体填筑高程未超过上游围堰EL1176.0m时，由泄洪洞导流，上下游围堰挡水，导流流量为270m3/s，堰前水位EL1169.3m。
3）大坝坝体高程超过EL1176.0m低于EL1189m时，库容小于0.1亿m3，坝体施工期临时度汛标准为全年20年一遇，相应洪峰流量389m3/s，由导流洞（泄洪洞）过流，上、下游围堰挡水，上游围堰堰前水位EL1175.2m。
4）坝体高程超过EL1189.0m时，库容大于0.1小于1.0亿m3，坝体施工期临时度汛洪水标准为50年一遇，相应洪峰流量为563m3/s，由导流洞（泄洪洞）过流，大坝临时断面挡水度汛，堰前水位EL1188.0m。
2012年5月导流洞（泄洪洞）下闸，水库开始蓄水。
2导流建筑物
2.1泄水建筑物
本工程利用泄洪冲沙洞兼作施工期导流隧洞，共一条。
由引渠段、岸塔式进水口、有压洞段、闸门井段、无压隧洞、出口消能工组成。
引渠全长约116m，底板高程EL1160m，进口采用岸塔式，塔顶部高程EL1243m。
隧洞长614m，坡度i=4.61%，断面采用城门洞型，尺寸为9.0×8.5m（宽×高），衬砌厚度0.8m。
泄洪冲沙洞由其他标段施工，预计2010年9月20日具备过流条件。
2.2上游围堰
本工程上游围堰作为坝体的一部分，按全年20年一遇洪水流量设计，设计流量389m3/s，上游围堰挡水水位为EL1175.2m；上游围堰堰顶高程为EL1176.0m，河床底高程EL1148.6m，最大堰高27.4m，堰顶宽10m，堰顶长度120.8m，堰基覆盖层最大深度12.1m。
堰体由砂砾料、防渗体、护坡块石组成。
迎水面堰坡和大坝坡度一致，为1:
2.2，背水面堰坡1:
2，上游围堰堰脚与截流戗堤之间用砂砾料回填保护堰脚，以利于大坝及围堰稳定。
围堰防渗体EL1166.0m以下堰体及堰基覆盖层采用高喷板墙防渗，高喷板墙施工平台高程确定为EL1166.5m，嵌入基岩50cm，组成全封闭垂直防渗体系。
墙体长101.5m，钻孔延米2116m；EL1166.5m高程以上堰体防渗，采用沥青混凝土心墙防渗。
沥青混凝土心墙位于围堰堰体中部，心墙轴线与围堰轴线重合。
心墙顶高程EL1176.0m，顶部厚0.50m，上、下侧按1：
0.0054的坡度放坡，至EL1166.5m高程与高喷板墙相连。
2.3下游围堰
下游围堰利用原老坝挡水。
老坝坝顶高程EL1155.0m，中间缺口顶高程EL1135.3m，均高于下游围堰全年10年一遇洪水流量时堰顶高程EL1133.5m，因此无需补缺即可满足下游挡水要求。
3导截流施工方案
根据合同约定，本标段导截流施工内容主要包括：
（1）河床截流和大坝上游围堰的施工；
（2）基坑排水；
（3）施工期安全渡汛；
（4）本合同内工程项目的渡汛、防汛工作等。
本年度主要实施前两项工作内容，其中实现河床截流是本项工程的控制性节点，是确保大坝施工后续项目展开的关键性项目。
3.1河床截流
3.1.1截流时段选择
根据大坝及引水系统进水口招标文件和本标段总进度计划安排，本标段河床截流时段初步安排在9月下旬，即9月30日。
3.1.2截流流量选择
按照规范标准，截流标准采用截流时段内重现期5～10年月或旬平均流量，截流戗堤的安全超高可取1.0m～2.0m。
本工程采用坝址多年9月平均流量23m3/s作为截流设计流量。
经计算该时段导流洞全部过流，上游水位为EL1161.51m，截流戗堤加高1.8m，顶高程确定为EL1163.30m。
3.1.3截流方式选择
由于本工程导流洞底板高程较高（EL1160m），而对应戗堤位置河床水位为EL1154m，故在截流时，戗堤前水位壅高6m才具备分流条件，因此截流落差大，增加了截流的难度，但9月份截流流量小，可适当降低截流难度，因此截流方式选用单戗单向立堵方式截流。
上游截流戗堤选在距上游围堰轴线210m上游处，此处河床在枯水期宽约53.0m，河床水位在EL1154.0m以下，戗堤顶宽20.0m，上游坡比为1：
1.5，下游坡比为1：
1.5，沿戗堤进占方向坡度为1：
1.5。
上游围堰截流戗堤轴线长210m，初拟龙口宽为30m。
截流前采取左、右岸戗堤预进占。
截流采用单戗堤立堵法，戗堤预进占自左、右两岸双向同时进占，截流龙口设于主河床偏右岸。
3.1.3截流水力条件及截流材料
3.1.3.1截流龙口水力特性计算
根据原河床及导流建筑物的水位～流量关系，依据我局以往同类截流工程的施工经验，采用图解法计算截流龙口水力特性，比较接近工程实际。
（1）截流设计流量在截流中分为四部分
Q=Qg+Qd+Qr+Qs（1-1）
其中：
Q——截流设计流量
Qg——龙口流量
Qd——分流建筑物泄流量
Qr——上游河道调蓄流量
Qs——截流基坑渗流量
截流时将Qd、Qr和Qs作为安全裕度不予考虑。
则Q=Qg
（2）不同龙口宽度水力学特性计算
龙口宽度根据不同流态采用不同公式分别计算。
计算基本假定：
视龙口为梯形或三角形过水的宽顶堰；槛顶水面是平的，忽略坡状水面影响；淹没流时上游水深等于下游水深，不计回弹落差；非淹没流时上游水深为临界水深。
淹没流时龙口泄流量用式1-2计算：
（1-2）
式中：
m———流量系数，采用0.30～0.32；本次计算m=0.319；
———淹没系数，龙口呈梯形断面时，hn/H≥0.7时为淹没流，
查巴浦洛夫斯基淹没系数表；龙口呈三角形断面时，hn/H≥0.8时为淹没流，
查别列津斯基淹没系数表
Bcp———龙口平均宽度，Bcp=Shn+b
b———龙口底部宽度（m）；
———龙口下游水位（m）；
———龙口上游水头（m）
非淹没流时龙口泄流量用式5-3计算：
（5-3）
式中：
m———流量系数，采用0.30～0.32，本次计算m=0.31；
———龙口断面平均宽度，Bcp=Shn+b
———临界水位（m）；
其它符号同式1-2
根据龙口流量判别流态，相应选取式1-2、1-3进行不同龙口水力特性计算。
（3）龙口平均流速计算
龙口平均流速按下式计算：
（1-4）
其中
———临界水位（m）；
（4）龙口抛投材料计算
龙口抛投材料块径按下式计算：
（1-5）
式中：
d———石块折算为球体的直径（m）；
vmax———最大流速，计算时取龙口最大平均流速，m/s
g———重力加速度，取9.8m/s2
———抛投体密度，暂取2.2t/m3
———水密度，取1t/m3
k———稳定系数，本次截流不护底，取k=0.72。
（5）水力特性计算成果
根据我局类似工程截流的成功经验，单戗立堵进占用流速计算抛投料的粒径比较符合实际。
从计算结果看，按照式1-5计算的块体粒径和以往资料比较接近，抛投材料最大粒径116cm。
设计流量采用5年一遇9月月平均流量23m3/s。
截流水力学计算成果见表1-1。
表1-1龙口水力学特性表
项目
预进占区（Ⅰ）
龙口区（Ⅱ）
龙口宽度（m）
50
40
30
25
20
15
10
5
上游水位（m）
1156.43
1156.56
1159.68
1159.76
1159.89
1160.06
1160.30
1160.73
导流洞分流量（m3/s）
0
0
0
0
0
0.5
2.5
7.5
龙口泄流量（m3/s）
23
23
23
23
23
22.5
20.5
15.5
戗堤渗流量（m3/s）
0
0
0
0
0
0
0
0
龙口水深（m）
0.43
0.57
3.68
3.77
3.89
4.06
3.33
2.73
龙口流态
淹没流
淹没流
非淹没流
非淹没流
非淹没流
非淹没流
非淹没流
非淹没流
截流落差（m）
0.16
0.17
0.18
0.29
0.38
0.52
0.72
1.37
龙口平均流速（m/s）
1.37
1.40
1.78
2.13
2.86
3.76
2.95
2.27
单宽流量（m3/s.m）
0.59
0.79
1.21
1.64
1.84
3.07
4.10
4.13
单宽功率（t.m/s.m）
1.57
1.67
1.76
2.84
3.72
5.10
7.06
13.43
图1-1水力计算图解
3.1.3.2截流材料
截流材料主要为填筑料、粘土闭气料、大块石和少量铅丝笼。
戗堤填筑料主要采用临时堆存的大坝标段开挖料，不足部分由C2料场补足；粘土闭气料主要采用C2料场覆盖层开挖料；大块石从左、右岸石方爆破料中选取，满足截流抛投材料的需要。
大坝标段开挖的填筑料临时堆存在C2料场下游处，同时为提高上料强度，预备9月中旬在西干沟口堆积部分开挖料，满足戗堤填筑强度的需要，计划堆存5000m3。
；粘土闭气料利用覆盖层开挖料直接上料填筑；选取的大块石临时堆存在左岸戗堤施工平台上，便于抛投，块石大约堆存500m3；少量铅丝笼提前制作，同样布置在左岸戗堤施工平台上，计划制作25个2×1×1m尺寸铅丝笼，铅丝笼满足16t吊车起吊的需要。
戗堤进占按9月多年月平均流量23m3/s设计，预进占区分布于左、右两岸，戗堤预进占长度35m（左岸进占度20m，右岸进占度15m），20m宽龙口最大平均流速3.76m/s，结合戗堤左岸端部开挖，形成一个较大的回车场，道路采用小石和中石以及普通石渣，对外交通道路在截流前加高至EL1163.3m高程，满足戗堤合拢过程中的施工需要，保证交通顺畅。
裹头采用大块石进行保护，戗堤预进占区为Ⅰ区抛投量为12282m3（考虑30%的流失量），戗堤进占长度35m。
龙口段30m为Ⅱ区，抛投量为641m3，龙口的最大截流落差为1.37m，最大平均流速3.76m/s，龙口最大流速时抛投物粒径1.2m，采用大块石、钢筋石笼及普通石渣，材料堆放在西干沟出口处。
龙口抛投材料特性见表1-2。
所需材料见表1-3
表1-2龙口抛投材料特性表
特性项目
单位
预进占区
龙口段
合计
Ⅰ区（30～65）
Ⅱ（0～30）
最大平均流速
m/s
1.78
3.76
最大落差
m
0.18
1.37
总抛投料
m3
16341
1517
17858
抛投材料
特性
块石粒径
m
0～0.25
0～1.2
块石重量
t
0～0.01
0～3.35
表1-3截流工程备料工程量表
序号
项目名称
单位
工程量
备注
1
钢筋笼
m3
50
25个，钢筋石笼为2mx1mx1m，每个装石2m3，挖机或吊车配合安装。
2
块石
m3
2000
3
石渣
m3
15858
4
粘土
m3
2865
5
反滤料
m3
1746
3.1.4截流施工
（1）截流施工道路
截流戗堤主要施工道路为左、右岸2#、10#施工道路以及新建的截流支线道路，其中截流进占阶段施工道路为右岸10#施工道路和左岸2#施工道路新建截流支线道路；新建截流支线道路跨西干沟，沿左岸河床一侧布置，高程为1163.3m，路宽12m，满足截流施工要求；施工道路布置见附图二。
（2）施工程序
截流戗堤施工程序为：
预进占段施工→预进占段加宽及堤头防护→龙口截流。
（3）截流时段安排
初定在2010年09月25日至09月29日戗堤预进占35米，1/2戗堤位置处预留20m（龙口顶宽30m）的龙口宽度，于2010年09月30日龙口合龙。
（4）戗堤预进占施工
戗堤预进占前需将导流隧洞进口处的杂物清除，使导流隧洞具备顺利分流条件。
预进占的过程中，在戗堤上挑脚，视水流情况采取抛大块石对戗堤脚进行保护，按水中抛填块石→石渣填筑→粘土的顺序进行水中抛填。
水上部分进行碾压，最后在主河床位置留10m（龙口顶宽20m）宽的区域作为截流合拢的龙口。
填筑料来源于引水系统进水口段和坝基开挖有用料和上游临时存渣场石渣料。
施工采用反铲配25t自卸车运输至戗堤上，推土机平料，振动平碾压实。
初步定于2010年09月初由右岸和左岸同时预进占，预进占过程中，将戗堤顶宽尽量增大，以达到同时满足合拢施工机械操作和抛填防渗土料的要求。
戗堤预进占部分在截流前完成。
（5）龙口截流及闭气
截流龙口填料均采用3m3装载机、1.2m3反铲配25t自卸汽车直接向龙口倾倒，推土机在戗堤上推渣平料。
龙口进占时，利用推土机将上挑角处堤头推成斜坡，以降低入水高程，将块石推入上挑角，然后在戗堤下游侧全断面抛投石渣并加高上挑角处堤头，如此循环进占。
到龙口较窄时水流十分紊乱，流速和落差显著增大时，此时利用特大块石，推入上挑角上游侧，用15辆25t自卸汽车集中排队卸料于龙口堵住龙口，完成合拢。
闭气的施工程序为:
戗堤抛投块石→抛投土石料→抛填粘土→碾压。
（6）截流施工机械
截流所使用的主要机械设备如下表1-4。
表1-4截流施工主要机械设备表
序号
名称
型号
单位
规格
数量
备注
1
反铲
PC330
台
1.2m3
4
2
装载机
ZL50
台
3.0m3
2
3
推土机
TY220B
台
1
4
自卸汽车
25t
辆
25t
15
3.2基坑排水
XX坝址处河床落差大，截流后基坑水全部由下游河道泄走，基坑内基本处于无水状态，同时由于坝基下游导流洞出口高程低于坝基开挖高程，故不考虑坝基下游渗水。
基坑排水主要考虑基坑渗水、降雨积水和施工弃水，按100m3/h考虑，在戗堤下游坡脚10m处布置2个移动集水井，每个集水井内架设一台潜水泵，将基坑渗水抽排到戗堤上游外；在坝内心墙上游根据需要随机布置集水井坑和集水槽，排至坝下游，满足基坑内干地施工要求。
基坑排水设备见表1-5，基坑排水材料见表1-6。
表1-5基坑排水设备表
水泵型号
流量（m3/h）
扬程（m）
功率kW
设备台数
备用台数
150QWP-200
110
28
15
2
1
QS（R）65－15
65
15
5.5
2
1
表1-6基坑排水材料用量表
材料名称
规格型号
单位
数量
备注
消防软管
m
260
电缆
VV3*19+1*35
m
137
电缆
VV3*50+1*16
m
208
截水槽
2*1.5m
m3
240
集水井坑
2.0*2.0m
m3
10
3.3上游围堰
3.3.1施工内容及主要工程量
围堰施工包括上游围堰和下游围堰施工（采用原老坝作为下游围堰，因此下游围堰不进行施工），主要有以下项目：
淤渣清除、石渣料铺填、反滤料填筑、心墙料铺填、盖帽混凝土浇筑。
主要工程量见表1-7。
表1-7上游围堰工程量汇总表
序号
项目名称
单位
工程量
备注
1
清基开挖挖
m3
1266
2
沥青混凝土（防渗墙）
m3
662
灰岩粗骨料外运加工,约70km
3
高喷板墙钻孔及灌浆
m
2116
4
过渡料填筑
m3
10602
5
玛蒂脂填料
m2
102
6
盖帽混凝土
m3
462
C20二级配
7
围堰填筑料填筑
m3
127534
8
戗堤与围堰之间填筑料填筑
m3
76138
3.3.2主要施工程序
导流洞具备过流条件后，由左岸2#施工道路修建临时道路至上游围堰处，进行上游围堰填筑施工，依据防渗体的不同上游围堰分两期进行施工，第一期堰体填筑至EL1166m高程，开始做高喷防渗板墙；第二期待盖帽混凝土完成之后，EL1166.5m高程以上堰体填筑与沥青混凝土防渗体同时进行。
3.3.3主要施工方法及措施
（1）围堰填筑料源
围堰堰体填筑料源C2砂砾石料场开挖的砂砾石料；过渡料料由砂石系统生产；盖帽混凝土和沥青混凝土采用集中拌制。
（2）施工道路
围堰填筑施工道路同截流施工道路，由左岸2#施工道路修建临时施工道路至围堰基础，利用临时施工道路进行围堰的填筑，逐层进行围堰填筑。
（3）围堰施工程序
施工程序框图见下图1-2。
图1-2上游围堰施工程序框图
3.3.4施工方案
（1）进度计划
2010年09月30日呼图壁河截流戗堤合龙闭气、加高培厚和排干基坑积水后，进行围堰施工，于2010年11月30日完成上游围堰堰体EL1166m高以下的施工；2011年4月30日完成上游围堰堰体EL1176m高以下的施工。
（2）堰基开挖
围堰基础为土方开挖采用反铲直接挖装25t自卸车运至左岸弃渣场。
（3）围堰填筑施工
围堰在基础开挖处理完成后，即开始围堰的填筑。
1）施工程序及原则
施工程序：
围堰基础清理→围堰EL1166m高程以下堰体填筑→高喷防渗板墙施工→盖帽混凝土施工→围堰EL1166.5m高程以上上游侧堰体的填筑→沥青混凝土心墙和过渡料料填筑随砂砾石堰体的填筑逐层施工。
2）施工工艺措施
堰面作业主要包括铺料、平料、洒水、碾压四道工序。
其次还有测量施工、超径石处理等工作。
为提高工作效率，减少干扰，坝面填筑采取划分成2～3个填筑块流水作业法组织施工，在每个填筑块内依次完成填筑的各道工序，各工作面之间设置标志，并保持均衡上升。
各工作面工艺流程如下：
测量放线→坝料运输、洒水→卸料→铺料→辅助洒水→碾压→质检。
具体施工工艺措施参见大坝填筑施工。
3）上游围堰各种堰体填筑料施工
A、堰体EL1166.5m以下填筑施工
上游围堰基础处理，戗堤施工完成后及时进行施工抽排水工作，再进行左右岸及河床覆盖层开挖至设计标准，开挖采用挖掘机进行剥离，装载机装渣，25t自卸汽车运输到左岸弃渣场，运距3.5km。
根据标书提供的资料，上游围堰基础下主要为砂砾石层，清除河床淤泥及不合格覆盖层至干净砂砾层，地质联检验收合格后，对基坑进行碾压，通过取样试验达到设计标准后进行上游围堰填筑。
本部分填筑量8.42万m3，填筑料来自C2砂砾料场，通过2#施工道路运输，运距2.5km。
挖掘机和装载机装料，25t自卸汽车运输，推土机平料，铺层厚50cm，18t自行式振动碾碾压6～8遍，局部振动碾碾压不到的部位用10t液压振动夯板压实，并按规范要求取样检测，以满足设计要求为准。
在堰体填筑过程中，由1.2m3挖掘机在堰体填筑面上随
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