下游土石围堰的设计与施工.docx
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下游土石围堰的设计与施工
下游土石围堰设计与施工措施
1工程概况
下游围堰位置河谷开阔，两岸地形较平缓，地形坡度30～32°，原设计堰顶高程处谷宽约118m，河床枯水位431m，相应江水面宽70m，最大水深约13m。
根据下游围堰地形特点及堰体材料能就地取材的实际情况，拟定下游围堰为土石围堰，下游围堰布置在二道坝与1#、3#导流洞出口之间，其轴线位于二道坝轴线下游约120.0m，围堰布置需考虑下游碾压混凝土围堰施工时基础开挖出渣和混凝土入仓要求。
下游围堰投标设计顶高程为442.0m，由于两岸坝肩开挖石碴下河造成河床水位抬高，根据9月底我单位在下游土石围堰处测得水位资料为441.1~442米，拟将原防渗墙作业平台高程（437.5m）抬高为442米高程，堰顶高程抬高到447米与河边公路平齐，堰顶处轴线长从118m变成150m，堰顶宽8.0m（考虑若发生超标洪水可能设置子堰的要求），围堰高程442m以下采用防渗墙，442m以上采用粘土心墙防渗，水面以下上下游边坡坡比为堆体自然坡，水面以上上下游边坡均按1:
1.5坡度填筑。
2工程地质条件
围堰区除右岸堰肩部分基岩裸露外，左岸及河床部位均为第四系松散堆积层覆盖。
其中：
左岸覆盖层主要由崩坡积粘土夹块石、碎石组成，厚10～20m；河床覆盖层为漂石、块石夹砂砾石及少量细粒土组成，厚2～8m。
覆盖层透水性较强，其渗透系数为i×10－2cm/s。
河床基岩面高程为416～430m。
出露或覆盖层下伏基岩为S1sh1层灰岩及S1l层泥质粉砂岩、粉砂质粘土岩。
堰基岩体中断层不发育，岩体完整性中等；S1l层风化较强，风化厚度10～15m。
堰基岩体透水性较弱，岩体单位吸水量ω值小于0.02L/min·m·m。
3下游土石围堰设计
3.1土石围堰设计原则及标准
3.1.1围堰形式选择原则：
围堰要求安全可靠、能满足稳定、抗渗及抗冲要求；结构要求简单，施工方便，宜于拆除并能充分利用当地材料及开挖料碴，同时能满足工期要求。
根据上述原则及实地情况拟采用土石围堰作RCC围堰的临时挡水建筑物。
3.1.2设计标准
下游土石围堰设计洪水标准为11月15日至次年4月30日的五年一遇洪水，相应流量为2030m3/s。
土石围堰使用年限小于一个施工年度，堰高大于15米，小于50米。
根据《水利水电工程施工施工组织设计规范》（SDJ338-89）施工标准规范确定本工程土石围堰级别为Ⅳ级。
3.2下游土石围堰平面布置
下游土石围堰的布置应有利于碾压砼围堰的基坑开挖，根据实际地形，拟将下游土石围堰的轴线放在下游碾压砼围堰轴线向下120米位置，下游土石围堰右下角临近3号导流洞，该位置需用大块石作护面处理。
由于施工中石碴滚入河床，下游围堰位置现河床比原河床有所抬高，下游围堰堰高也相应抬高，堰顶宽增加到150米。
3.3围堰结构设计
3.3.1土石围堰断面设计
（1）堰顶高程
下游土石围堰堰顶高程按挡水标准为11月至次年4月份五年一遇洪水区间设计洪峰流量2030m3/s，根据1#导流洞出口在河床抬高后测得的水位流量关系曲线，流量在2030m3/s时导流洞出口水位为441.5米，下游围堰堰趾位置此时水位为445.5米,考虑堰顶安全超高1.0米,浪高0.5米,堰顶高程取447.0米。
（2）防渗施工平台高程
根据施工总进度要求，2004年11月上旬进行下游土石围堰预进占，此时11月份5年一遇设计洪水流量为1626m3/s，根据目前实际情况，来水量均在1220m3/s以下，故按1219m3/s进行计算，结合下游围堰与两导流洞的相对位置关系进行考虑，取防渗平台顶高程为442米。
（3）堰顶宽度及构造
堰顶宽度满足防汛抢险与交通运输要求，下游土石围堰堰顶宽度设为8米，面层填铺50cm碎石压平。
（4）围堰细部构造
下游围堰分两部分组成，第一部分为442米以下，采用帷幕防渗，中间填含泥级配料，两边用大中块径石碴护面；坡面水下采用自然堆堆，水上坡度设为1:
1.7。
第二部分为EL442m至EL447m高程，该层采用级配石灰岩混合石碴填筑，用粘土心墙进行防渗，坡面设为1：
1.7。
3.3.2下游土石围堰的防渗设计
围堰442高程以下部份的防渗，先对坝肩开挖落碴层进行固结填实处理，再采用防渗帷幕；442高程以上部份的防渗采用粘土芯墙。
3.3.3土石围堰材料及主要工程量
（1）石碴料
石碴料要求石质坚硬、遇水不易软化。
含泥级配料中石头粒径不宜超过30cm，且20cm~30cm的石头含量宜为30%左右。
石碴料利用边坡开挖料，也可以在螃蟹溪弃碴场取用。
（2）块石
下游围堰中所用大块石主要用于下游侧护面，块径0.4米至1.2米，要求石质坚硬，截流施工前在尾水出口平台上预先储存。
施工时用机械抛填。
（3）土料
围堰防渗土料从业主提供的土料场取用，或在尾水边坡开挖中按土质要求选用。
3.3.4、围堰工程量
围堰工程量见下表
表3-1围堰工程量表
项目
单位
工程量
备注
石渣填筑
m3
25160
粒径<30cm
石渣填筑
m3
14300
MY-60钻机钻孔
m
6080
孔径120mm
地质钻机钻孔
m
28800
孔径91mm，包括重复造孔
自流式注浆
m
4344
双排孔,孔排距1.5m、间距1m,孔深大于18m
帷幕灌浆
m
5792
双排孔,孔排距1.5m、间距1m,孔深大于25m
粘土
m3
5250
梯型断面
PVC花管
m
4344
Ф100（4344米）
PVC花管
m
5792
Ф80（5792米）
4围堰的施工
4.1施工布置
4.1.1场内外交通
下游围堰根据目前工程情况拟定从右岸进占，施工时以右岸9#、1#及7#公路对外连接，从9#公路经3#导流洞出口围堰到下游围堰右堰肩（3#导流洞不参加分流情况下），或从E支洞洞口664高程沿右岸边坡修一条泥结石公路接右岸堰肩（3#导流洞参加分流情况下）。
下游围堰备料主要考虑在螃蟹溪碴场，部分有级配要求的和黏土在尾水边坡出口备料。
4.1.2施工用电
下游围堰的施工沿用尾水边坡施工中所用的1000VA变压器，施工时直接从尾调公路内侧尾水出口边坡使用的1000KVA变压器上接用。
4.1.3施工用风
下游围堰的施工用风，采用20立方英格索兰移动式空压机2台供风，空压机房设在3#导流洞出口左侧468米高程平地上，用钢管接至场内各工作场面。
4.1.4施工用水
下游围堰的施工用水，从530高程施工用水水池引用，用φ100mm钢管引至各施工场面使用。
4.1.5施工通讯
沿用现项目部所安装的有线通讯设备及配备的无线通讯设备。
4.1.6废水废渣
施工中产生的废浆经沉淀后，废水采用排污泵抽排至指定部位排放，废渣采用自卸汽车运至指定弃渣场。
4.1.7制浆系统
本工程采用固定制浆站，布置在3#导流洞出口左侧468高程平台，采用钢管蓬布结构。
制浆站设2台ZJ-800型高速制浆机和2台2×200L型搅拌桶，制浆站设1000吨的水泥、粉煤灰临时存放平台，采用钢管和木板搭设，距地面1.5m。
4.2、施工方法
4.2.1施工程序
下游围堰在上游截流戗堤合龙后在静水中施工，首先填筑至灌浆平台442m高程，再进行防渗墙施工，在基坑闭气结束后利用黏土、级配料填筑加高到447高程。
4.2.2施工措施
（1）土石围堰的填筑
下游围堰的施工分两部分进行，第一部分为442米以下，填筑时，中间先填含泥级配料，两边用大中块径石碴护面；第二部分为EL442m至EL447m高程的施工，该层采用级配石灰岩混合石碴填筑，用粘土心墙进行防渗。
第一部分的填筑施工，在上游截流戗堤合龙前作部分进占。
在上游围堰截流后，从右到左在相对静水中填筑。
填筑料在螃蟹溪弃碴场和尾水边坡开挖中选用；防渗墙区域采用粒径小于30cm的混合料，采用端进法填筑，自卸汽车运料至围堰工作面卸料后，由推土机将渣料推赶至水中，水上部分渣料分层填筑，分层碾压，两侧坡面按1:
1.7的坡度进行控制，水下部分堰体的两侧坡比按水中碴体自然堆坡，下游侧坡面用40cm至100cm的大块石进行护面。
（2）下游土石堰体442高程以下部分的防渗
围堰442高程以下部份的防渗，先对坝肩开挖落碴层进行处理；用MY-60钻机跟管造孔，自流注浆的方法进行处理后，再对围堰进行帷幕灌浆，帷幕灌浆自上而下进行。
具体施工方法为：
1）施工材料和灌浆浆液
①水泥
水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥标号不低于32.5级。
每批水泥按要求进行检测，符合设计要求方可使用。
②水
水泥浆用水水质按JGJ63-89第3.0.4条的规定执行。
③掺和料
各种掺合料质量须符合DL/T5148的有关规定，使用前报监理工程师批准。
在坝肩开挖落碴层的处理中使用水玻璃，其参量按水泥浆水泥用量的15%~30%控制，其质量必须符合要求。
④外加剂
各种外加剂的质量须符合DL／T5l48的有关规定，其掺量通过室内试验和现场试验确定，使用前报监理工程师批准。
⑤灌浆浆液
灌浆浆液一般采用纯水泥浆液，根据施工实际情况需采用其它浆液或加掺合料时，报经监理工程师批准并经试验确定，纯水泥浆液拟定水灰比为0.5:
1。
2）坝肩开挖落碴层的处理。
①钻孔。
土石围堰442高程以下部份填筑完毕，进行防渗轴线施工放样，沿防渗轴线两侧各距轴线75cm错位布置两排灌浆孔，孔距1米，采用MY-60钻机跟管造孔，孔径Ф120mm，待钻孔穿过坝肩开挖落碴层后用Ф100PVC花管下插到底，取出套管。
②注浆。
采用双管注浆，双管同时伸入孔内随注入的浆液上升而上升，其中一管注0.5:
1的水泥浆,另一管注水玻璃（水玻璃注入量为水泥浆水泥用量的15%~30%），孔内采用自流的方式，注浆的同时在孔口直接加入细砂；直到浆液注到孔口为止。
3）围堰防渗帷幕的施工。
①钻孔。
坝肩开挖落碴层的处理结束后，进行围堰防渗帷幕的施工。
围堰防渗帷幕从442高程防渗处理平台开始从上向下按5米一层进行；施工中采用地质钻，孔径Ф91mm，孔间距1米、孔排距1.5米，孔间错位布置，施工时先对防渗帷幕进行轴线放样，根据放样轴线将地质钻机就位，下游围堰的防渗工程施工采用6台地质钻及相应配套灌浆设备同时作业，第一层按5m深造孔，孔成形后下Ф80mmPVC花管护壁，对第一层5米深孔灌浆；第一层5米深帷幕作完，进行第二层5米深帷幕造孔、灌浆，依次钻孔灌浆直至伸入基岩0.5~1米。
第二、第三…层帷幕钻孔时，上层已形成帷幕部份孔不再用PVC花管护壁。
②防渗帷幕灌浆。
按排将帷幕灌浆孔分为两序，靠下游排为第一序孔，靠上游排为第二序孔，对一层帷幕的施工，先钻孔灌浆一序孔，后钻孔灌浆二序孔；层间采用自上而下分层施工的施工顺序；灌浆采用纯压式灌浆工艺。
浆液配合比根据设计及试验确定。
灌浆压力一序孔拟定灌浆压力（进浆压力）为0.2～0.5MPa，二序孔灌浆压力（进浆压力）为0.5～1.0MPa，对单个孔的灌浆，灌浆压力采用先恒定后加压的施法，并根据灌浆试验情况进行确定。
结束灌浆，当灌浆注入率不大于1.0L/min或每米耗灰量（水泥）达2000kg时结束灌浆。
每个灌浆孔结束灌浆后，采用浓水泥浆将钻孔回填密实。
在浆液终凝干缩后，自原孔位扫孔至干缩浆液顶面，采用原配比浆液进行回填，防止钻孔上部会出现脱空现象，确保防渗帷幕与上部结构物的连接及防渗效果。
4）特殊情况处理
①施工中河床覆盖层如遇粉砂层，采用高压注浆泵注水泥浆将砂层切割冲破，再进行灌浆。
②钻孔过程中，如遇大块石和孤石，做好详细记录，当地层孔隙大，漏水严重时，在灌浆前，先回填砾石、砂、粘土及灌掺速凝剂的水泥砂浆，再反复灌浆，直至达到结束标准。
③灌浆过程中如遇吸浆量大，采用间歇灌浆的方法处理。
（3）下游土石围堰442m以上部分的防渗
下游围堰堰体442m以上采用粘土心墙防渗，粘土在尾水边坡开挖中取用，心墙呈“等边梯形”型上升，填筑时粘土先填，两侧堰体交替上升，分层厚度50cm。
粘土心墙与堰体的断面尺寸见附图。
5资源配置
5.1施工机械设备配置
根据下游围堰施工特点、施工方法和施工总进度安排，结合各施工设备的实际施工能力以及本单位的施工管理水平，对堰体填筑、灌浆施工设备进行选择和配置，选用的施工设备见下表。
表5-1主要施工设备表
序号
名称
型号
单位
数量
功率
（kW）
总功率
（kW）
1
潜孔钻
古河
台
3
2
挖掘机
CAT-365
台
2
3
挖掘机
CAT-330
台
3
4
推土机
CAT-D9N
台
1
5
碾压机
台
2
6
装载机
CAT-966F
台
2
7
自卸汽车
25t
辆
20
8
锚固钻机
MY－60
台
8
9
地质钻机
XY-2PC
台
12
22
44
10
制浆机
ZJ-800
台
2
11
贮浆桶
1m3
台
5
3
15
12
灌浆泵
BW250/50
台
2
22
44
13
灌浆泵
SGB-6-10
台
2
22
44
14
搅拌桶
2×200L
台
2
15
空压机
英格索兰20立方
台
3
16
拔管机
最大起拔力70t
台
2
17
测斜仪
KXP-1
台
2
15
18
自动记录仪
GY-Ⅴ
台
4
19
比重称
BZC-2.5R
台
2
20
排污泵
SB-10
台
8
5
40
5.2施工人员配置
根据下游围堰填筑、灌浆的特点及施工进度安排情况，围堰填筑、灌浆高峰期需管理及施工人员155人，其中管理人员12人，钻灌技工80人，普工30人、重机工48人、汽车驾驶员40人。
6质量控制措施
下游围堰防渗墙施工,我联营体九局方1994年在广东韶关萌洲坝电站施工过类似工程，韶关电站下游围堰堰长165米，流水速度0.8m/s，堰基为灰岩，有地下暗河，当时采用粘土心墙、粘土铺盖都没有达到效果，后采用水玻璃砂浆对河床堆碴层进行处理后再进行控制性灌浆形成防渗帷幕，防渗效果极好；经试验证明，河水流速在2米/秒内都能达到很好的防渗效果。
构皮滩电站下游围堰位置河床较平缓，截流后下游围堰位置处于相对静止状态，加上围堰堰趾处为灰岩，堰长150米，与已成功施工的萌洲坝电站围堰条件极其相似。
防渗施工质量具体控制如下：
（1）制度控制
建立严格的质量管理制度，施工前由技术负责人对施工操作人员进行技术交底，使施工操作人员充分领会设计意图及有关技术要求，关键岗位的人员须持证上岗，建立质量奖惩制度，奖优罚劣，避免偷工减料，盲目施工的现象。
（2）施工材料控制
施工材料均要符合质量标准，并附有生产厂家的质量证明。
每批水泥入库前按有关规定进行检验验收；施工现场的水泥仓库作好防潮的设施建设，经检验不合格或受潮结块水泥坚决不用。
（3）检测、计量设备控制
所有施工用的检测、计量仪表、设备均送检测单位进行率定，合格后方可使用。
（4）施工过程控制
1）为了保证工程质量，工程开工前将施工方案、施工工艺、施工程序和质量控制标准呈报给监理人，经批准后，按批准的文件执行，在施工过程中，质检人员的检查验收贯穿于整个过程，以质量检查程序和检测手段来保证工程质量。
施工过程中加强施工工序之间的衔接，每道工序按照三检制的程序进行检查。
在检查资料完备的前提下，经项目部三级检查合格后，报请业主、设计单位、监理人终检。
2）严格把好质量关。
对施工中发生的质量事故，坚持“三不放过”原则，深入现场，认真分析，严肃处理。
重大的质量事故立即报告项目经理和总工程师，并同建设单位、监理人、设计单位共同研究专门的处理措施，经设计人员、监理人同意签字后再组织实施。
3）在施工过程中，做好原始资料的记录，现场工程师跟班对施工全过程进行控制，及时对资料及时整理分析，以指导施工的顺利进行。
4）钻孔完成后，采用KXP-1测斜仪进行测斜，超过设计允许范围，进行纠偏处理直至达到要求。
5）灌浆过程中，对灌浆浆液比重、灌浆段长、灌浆压力和结束标准等项目进行检查。
6）灌浆完毕，按要求进行封孔质量检查，达不到要求的，进行处理直至达到要求。
（5）质量检查和验收
塑性灌浆施工完成后，一般采用钻孔取芯和压水试验的方法进行检查，并采用监理人指定的其它检查方法以及对监理人指定的项目进行检查。
防渗工程完工后，将施工记录、各项检查监测资料和施工报告报监理人，申请验收，对于验收中提出的问题，按监理人批准的方法处理直至通过验收。
7安全保证措施
（1）、施工现场设置安全标志，沟、坑等边缘设安全护栏，场地狭小、行人和运输繁忙地段设专人维护交通。
（2）、施工人员进入施工区域必须戴安全帽，严禁穿高跟鞋、拖鞋等进入施工现场。
（3）、施工现场的临时设施应避开悬崖、陡坡等危险区域，易燃易爆仓库、发电机等采取必要的安全防护措施。
（4）、场内道路经常维护，保持畅通，急弯、陡坡、靠近河流和陡壁处的道路地段设置明显的警告标志。
（5）、做好洪水和气象灾害的防护工作。
一旦发现有可能危及工程和人身财产安全的洪水和气象灾害的预兆时，应立即采取有效的防洪和防灾措施，确保工程和人员、财产安全。
（6）、在施工过程中，安全生产措施不落实不准动工，安全员必须挂牌上岗，实行安全生产一票否决制，并实行严格的安全奖惩制度。
（7）、成立安全管理领导小组，定期和不定期对安全生产实施全面检查，发现问题及时纠正。
8施工进度
（1）施工进度见施工进度表。
表8-1进度计划表
序号
任务名称
工期（d）
开工日期
完成日期
1
施工人员及设备进场
23
2004/9/14
2004/10/6
2
下游围堰备料
38
2004/9/20
2004/10/28
3
水上、堰肩覆盖层开挖
20
2004/10/10
2004/11/2
4
围堰填筑与防渗施工
（1）
442高程以下填筑
10
2004/11/10
2004/11/20
（2）
442高程以下防渗
25
2004/11/21
2004/12/16
（3）
442高程以上填筑
20
2004/12/17
2004/1/7
（4）
442高程以上防渗
20
2004/12/17
2004/1/7
（2）防渗工程工期分析
自流式灌浆总共4344米，采用MY-60钻机，单机台班产量50米，同时采用8台套机械施工，考虑机械及其它地质不确定因素，单机台班产量按50%考虑，自流式灌浆8天可全部完成；帷幕灌浆用地质钻机，考虑钻机的检修、维护、遇空洞的处理等其它不确定因素，平均单机台班产量只按最低产量考虑，每台班钻灌10米，先投入6台套地质钻机，平均每天最低产量为：
180米。
下游围堰总长180米，灌浆帷幕的施工机械可全线铺开，待自流式灌浆结束，增加6台套钻机钻灌施工，平均每台班最低产量可达360米。
下游围堰帷幕灌浆总共5792米，正常情况下20天可以全部完成，能满足施工进度要求。
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