围堰结构设计和施工方案

1围堰结构设计和施工总体方案1．工程概述新疆**水电站工程位于呼图壁河流域，昌吉州南部雀儿沟镇境内。距呼图壁县城78km，距昌吉市116公里，对外交通较为便利，大坝为沥青心墙土石坝，最大坝高106m，主要为灌溉、发电及工业用水等综合利用。本工程选用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。大坝级别按2级建筑物设计；次要建筑物为4级，临时性建筑物为5级。根据《水利水电工程施工组织设计规范》SL303-2004规定，导流建筑物为4级，设计标准为10~20年一遇洪水标准。上游围堰挡水标准按全年20年一遇洪水流量设计，设计流量389m3/s，经水力学计算，上游围堰挡水水位为1175.2m。上游围堰1157.000～1153.000为砂岩石渣回填，1153.000以下为砂砾石层覆盖层～基岩。2．编制依据（1）新疆**水电站大坝及引水系统工程施工合同（2）《水利水电工程施工组织设计》（3）《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（4）相关施工图纸及设计文件3．上游围堰结构设计3.1概述本工程选用全年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。（1）泄洪冲沙（兼导流）隧洞导流洞（泄洪洞）进口底板高程EL1160m，出口底板高程EL1132m，长635m，坡度i=4.48%，断面采用城门洞型，尺寸为9.0×8.5m（宽×高）。（2）上、下游土石围堰上游围堰由本标段负责设计及施工，其主要作用是保护大坝地基开挖和大坝干地施工。上游围堰挡水标准按全年20年一遇洪水流量设计，设计流量389m3/s，经水力学计算，上游围堰挡水水位为EL1175.2m；下游围堰按10年一遇全年洪水流量设计，设计流量270m3/s，相应围堰挡水水位EL1133.0m。3.2上游围堰的位置上游围堰在保护大坝地基开挖和大坝干地施工的同时，需要兼顾引水系统进水口的开挖和后期混凝土浇筑，同时要求2011年汛前达到EL1176.0m高程，综合上述要求的考虑，2上游围堰布置在引水系统进水口上游，坝上0+303.00m处。见附图《大坝导截流平面布置图》3.3上游围堰断面设计本工程所用围堰为Ⅳ级土石围堰，稳定安全系数≥1.05，安全加高0.5m。3.3.1堰顶高程的确定按围堰挡20年一遇的洪水Q=389m3/s设计，围堰上游水位为EL1175.2m。堰顶高程的确定为设计洪水的静水水位与风浪及安全超高之和。安全加高0.5m，风浪爬高0.3m。故堰顶高程设计为EL1176m。3.3.2堰顶宽度的确定堰顶宽度取决于构造、交通和施工要求等，堰顶宽度设计为10m。3.3.3围堰断面结构**水电站坝区及引水系统进水口段开挖产生大量的弃料，砂岩风化物储量丰富，针对围堰设计的需要，进行颗粒级配、击实、强度与应力-应变特性、水中抛填土压密性等土工试验，了解到风化砂岩作为堰体填料的适应性。堰体设计坡比，上游迎水面坡比1:2.5，下游背水面坡比1：1.75。堰体的标准断面见附件。3.3.4堰体填料设计围堰的填料主要为风化砂岩、砂砾石、块石和过渡料垫层。3.3.5防渗设计围堰防渗分为两部分，EL1157m高程以下围堰基础防渗采用高压旋喷灌浆防渗板墙，要求高喷板墙墙底嵌入岩体0.5m，旋喷孔距1m。EL1157m高程以上堰体防渗采用粘土心墙防渗，黏土心墙位于堰体的中部，心墙断面自上而下逐渐加厚，坡度为1:0.3,顶部宽度2m，底部宽度13.4m。粘土心墙料底部与高喷板墙顶部连接，采用在高喷板墙顶现浇混凝土盖帽，混凝土盖帽深入粘土心墙1m。3.3.6防冲设计我部根据以往的施工经验，对围堰的防冲作为重点部位，即在坡脚处采用堆石护脚，底部采用大于0.7m的大块石，EL1163.3m以上采用粒径为0.4~0.7m的中等石块作为迎水面护坡。3.3.7稳定计算利用折线法对本设计断面进行安全稳定校核，设坡上一土粒重为Q，其滑动力sinQ，3抗滑力为tgQcos，则安全稳定系数K为：tgctgQtgsocsin/QK经过土力学分析，滑裂面与水平夹角α=21°48ʹ05ʺ；土块体内摩擦角φ=26°tgctgQtgsocsin/QK=1.219K=1.219＞1.05满足Ⅳ级建筑物坝坡正常稳定安全系数不小于1.05的要求。见附图《上游围堰标准横断面图》。4．围堰施工4.1围堰施工程序围堰分两期三序施工，施工程序为：上游围堰高喷作业平台一期Ⅰ序右岸填筑（40m，高程EL1157m）→一期右岸高喷灌浆→高喷作业平台一期Ⅱ序左岸填筑（35m，高程EL1157m）→戗堤合龙施工→盖帽砼施工→围堰填筑。4.2覆盖层清理围堰覆盖层开挖分两期进行，截流后完成河床水位以上的开挖，初期排水完成后进行河床覆盖层开挖。覆盖层采用1.6m3液压反铲开挖，220HP推土机配合，填筑利用料就近堆放，弃料采用25t自卸汽车分别运输至上游右岸弃渣场堆存。4.3混凝土盖帽施工围堰初期完成EL1157m高程后，在完成高喷板墙后随即开始盖帽砼施工。此施工阶段由戗堤挡水，渗水不是很大，分段浇筑，不影响盖帽砼浇筑，采取分段挖排水沟排除渗水的方法，分段完成刺墙开挖及砼浇筑。刺墙砼采用C20二级配，砼在拌和站拌制，采用6.0m3砼搅拌车运输至工地现场直接入仓的方法，插入式振捣器振捣，人工拆模、养护。刺墙砼施工工艺流程见图1-1。4.4围堰堰体填筑4.4.1作业区划分为适应机械平行流水作业要求，心墙及堆石料填筑坝面均按铺料、碾压、质检三工序划分作业区。心墙和复合反滤料沿轴线方向划分流水作业面，心墙两侧堆石料分两个填筑区，均沿坝轴线方向划分流水作业面。流水作业面长度（平行坝轴线方向）取碾压机械4正常作业长度40～80m。鉴于心墙土料和堆石料取样质检时间约需2h，作业区内碾压一般控制在2h左右完成，为取样、试验和补压留出时间裕量。4.4.2施工方案围堰防渗体填筑沿轴线方向进行施工，采用心墙与其两侧混合反滤料平起填筑，跨缝碾压的施工方法。反滤料和心墙土料结合部位采用先砂后土的方法施工。堆石体采用1.6m3液压反铲挖装，25t自卸汽车运输，土料和反滤料分别采用1.6m3液压反铲和3.0m3装载机装料，20t自卸汽车运输。心墙土料和堆石料采用进占法铺筑，推土机平料；反滤料采用后退法铺筑，反铲平料。土料采用16t振动碾，反滤料采用18t振动平碾，堆石料采用18t振动平碾进退错距法碾压。迎水面边坡用反铲削坡后同时进行块石护坡的施工，采用反铲配合人工按照设计线砌筑。图1-1砼盖帽浇筑工艺流程图4.4.3施工方法（1）心墙防渗土料1）在铺填土料前，填筑0.8~1.0m厚的复合反滤料；清洗干净与粘土接触的砼盖帽表基础面清理模板制安砼拌制、运输验仓验仓砼入仓、振捣拆模、养护转入下一循环NN5面，并涂刷一层厚度3～5cm的浓粘土浆，随填随刷，保持其湿润，利于堰体与基础之间的结合。2）心墙土料的铺筑沿围堰轴线方向进行，采用进占法卸料，25t自卸汽车在已平好的松土层上行驶，220HP推土机向前进占平料，采用钢钎和定点测量方式控制铺土厚度，不得超厚。3）心墙土层采用18t振动碾碾压，其行驶方向平行围堰轴线。分段碾压时，相邻两段交接带碾迹彼此搭接，垂直碾压方向搭接带宽度不小于0.5m；顺碾压方向搭接带宽度为1.5m。4）心墙采用先填反滤料后填土料的方法平起填筑，心墙铺筑厚度20cm，两层土料一层过滤料跨缝碾压。5）每一填土层按规定参数施工完毕，经监理工程师验收合格后才能继续铺筑上一层。在继续铺筑上层新土之前，在压实土层表面采用刨毛器和洒水车进行刨毛、润湿处理，以利土层间结合。6）心墙面积较小，不留纵横接缝，平起施工。7）汽车穿越心墙路口段，经常更换位置，不同填筑层路口段交错布置，对路口段超压土体预以挖除。8）雨天施工措施：心墙填筑施工过程要加强气象预报，提前做好防雨准备，正确掌握雨前停工，雨后复工的时机。在降雨来临前，将已平整尚未碾压的松土层，用振动平碾快速碾压形成光面，心墙坝面全部用涂胶帆布覆盖，防止雨水渗入。（2）反滤料填筑1）反滤料填筑采用先砂后土的方法，与心墙及堆石填筑面平起施工，填筑两层土料，一层放滤料，跨缝碾压；填筑两层反滤料，铺筑一层堆石料，跨缝碾压。2）反滤层采用25t自卸汽车运输，后退法卸料；其在挖装前保持湿润状态，避免挖装和铺筑过程中颗粒分离。3）心墙填筑过程中，在经过反滤层的路段铺设20mm厚钢板，防止汽车轮胎将杂物与其他料物混入，污染反滤料。4）反滤料采用1m3反铲进行摊铺，严格控制铺料厚度，做到铺料均匀，确保不发生分离；反滤层界面上出现超径石后，采用1m3反铲将其移放至邻近的粗料区。与反滤料接触的堆石料中分离出的大于100mm的石料采用1m3反铲予以清除。5）反滤料采用18t振动平碾平行于坝轴线方向碾压，防止心墙土被带至反滤层面发生6污染。反滤层与岸边接触处采用振动平碾顺岸边进行压实。（3）堆石料填筑1）堆石料采用25t自卸汽车运输，进占法卸料，卸料时控制好料堆分布密度；堆石料采用220HP推土机摊铺，摊铺厚度符合设计要求。2）堆石料铺料厚度80cm，与心墙防渗体平起填筑。3）堆石料采用18t振动平碾压实，行驶方向平行于围堰轴线，与岸坡结合处2m宽范围内平行岸坡方向碾压，不易压实的边角部位减薄铺料厚度，用平板振动器压实，压实遍数按监理工程师指示作出调整。4）围堰内修建的临时道路，其材料按所经各区的要求填筑。对围堰内道路边缘松动或分离的填料，按所在料区填料碾压要求与新填料一起重新进行碾压。5）雨天堆石料填筑施工措施A、在围堰两岸高边坡的合适位置设置截水沟，并结合施工道路排水沟排除边坡汇水至填筑面以外。B、雨天围堰填筑施工，为防止雨水明流对填筑面及边坡的冲蚀，及时对运输上坝料摊铺、整平、碾压；在每一层填筑面碾压后，使填筑面形成向下游倾斜的坡面（坡度不陡于1%），以利水流顺畅下泄。C、雨天围堰填筑施工，对运输道路加强养护，及时清除路面障碍物及路基排水沟，以利水流下泄。对运输车辆，加强维修保养，确保机械的制动系统安全。（4）护坡块石填筑1）上、下游围堰护坡块石随坝体上升逐层砌筑，各层的护坡块石和同层的堆石料采用交替铺筑的方法进行；先填筑一层堆石料，再进行护坡块石施工。2）砌筑护坡前，修整该层堆石料边坡。3）在料场及弃渣场选取质地坚硬的块石或卵石，采用25t自卸汽车运至堰面，采用1.2m3挖掘机进行平整，要求上游坡面平顺，无明显凸起，满足稳定坡面的要求。5．工程量及工期安排5.1主要工程量上游围堰工程量汇总表序号项目名称单位工程量备注1槽挖m355002粘土心墙m32500073高喷板墙钻孔及灌浆m12004过渡料填筑m3110005盖帽混凝土m3500C20二级配6围堰填筑料填筑m31300007戗堤与围堰之间填筑料填筑m3800008戗堤填筑料填筑m3350009大块石m3900010粘土铺盖m3400011反滤料m34000012块石护坡m2800013铅丝笼m38005.2工期（1）2010年10月4日-10月28日围堰1157高程以下左侧填筑及灌浆（2）2010年10月29日-11月17日围堰1157高程以右左侧填筑及灌浆（3）2011年3月15日-4月22日围堰混凝土盖帽施工（4）2010年3月28日-3月30日截流及戗堤加高培厚（5）2010年3月31日-5月31日围堰填筑6．质量保证措施（1）施工前应对施工人员进行质量交底，及质量意识教育。（2）安排专职质检员进行质量监督、检测，严格执行“三检制”。（3）粘土心墙铺料和碾压过程中加水湿润，加水量在最优含水量附近。（4）砂砾料的卸料高度不宜过大，以防分离，铺料时做到粗细搭配，靠近岸边地带铺填细料，以防架空现象。（5）分段碾压时，相邻两段交接带碾迹彼此搭接，顺碾压方向，搭接长度不小于0.5m，垂直碾压方向的搭接宽度为1m～1.5m。（6）振动碾行驶方向平行于围堰轴线，靠岸边碾压不到的地方，可以顺坡向行驶，并适当增加碾压遍数。（7）岸边地形突变而振动碾碾压不到的局部地带，采用薄层铺筑和小型振动碾碾压。（8）高喷灌浆应通过灌浆试验确定钻灌参数，确保生产型灌浆质量