小石口水库工程施工导流设计及施工

闫夏娇

(山西省水利水电科学研究院 山西太原 030002)

1 工程概况

小石口水库大坝为混凝土面板堆石坝，主要工程项目为建筑工程、机电设备安装工程及金属结构安装工程，其中建筑工程由泄洪洞工程、大坝工程以及溢洪道工程三部分组成。

根据工期安排，全部工程完工约需三年，为保证大坝主体工程在施工期间的正常施工，创造干地施工条件，进而确保汛期能安全渡汛，需要根据工程施工确定适合的导流方式，本着安全、经济、实用的原则设计合理的导流建筑物形式。

2 导流建筑物设计

根据工程工期要求、库区水文及地质等方面的技术资料，结合现场实地勘察和工程施工进度计划，根据工程施工需要确定导流方式采用全断面枯水期围堰法，由上、下游围堰挡水，临时导流泄洪洞泄流。

2.1 流域水文情况

小石口水库位于桑干河流域黄水河的一级支流小石峪，坝址以上控制流域面积80.2km2，为无资料地区，采用《山西省水文计算手册》分别计算径流、洪水及泥沙。

地表径流采用幂函数模型法计算结果，多年平均地表径流深54.6mm，折合年地表径流量438万m3；基流采用数学模型法成果，基流均值15.4mm，折合年基流124万m3；则小石口水库多年平均径流量为562万m3。径流计算成果见表1。

表1 径流计算成果表

小石峪洪水由暴雨形成，全部集中于汛期，经与坝址附近调查洪水比较后，确定设计洪水采用推理公式法计算，洪水计算成果见表2。

表2洪水计算成果表

2.2 围堰设计

导流建筑物级别为5级，导流建筑设计洪水标准为5年一遇，导流时段为全年，相应洪峰流量94.4m3/s。坝体施工期临时度汛洪水标准采用20年一遇洪水重现期，相应洪峰流量407m3/s。

水库上、下游围堰均为全断面堆石围堰，围堰断面详见图1、图2。

图1 上游围堰横剖面图

图2 下游围堰横剖面图

上游围堰位于大坝上游导流洞进口下游处，最大堰高8.54m，堰顶长44m，宽6.0 m，上、下游边坡均为1：2。堰前迎水面设干砌石护坡，其下为垫层，堰体采用堆石填筑。

堰体采用土工膜防渗，铺设于堰体上游垫层中间，堰基采用黏土截水槽防渗。

下游围堰位于大坝下游，泄洪洞出口上游处，最大堰高2.0 m，上下游边坡均为1：1.5，下游侧迎水面设草袋土护坡，厚0.5m。

围堰堆石体填筑采用料场开采的弱风化岩石或建筑物开挖弃料填筑。设计最大粒径800 mm，设计孔隙率25%，级配连续，碾压铺料层厚80 cm，碾压遍数6～8遍；垫层料采用石料场人工轧制料，最大粒径为80～100 mm，小于5mm颗粒的含量占30%～50%，小于0.075mm颗粒的含量小于8%，级配连续。设计相对密度为0.75，渗透系数一般在10-3cm/s范围。

3 导流建筑物施工

3.1 土石方开挖

导流工程土石方开挖主要为围堰建基面覆盖层的砂卵石开挖。

对于覆盖层开挖深度及开挖工程量均较小部位，拟采用推土机推运堆积成堆，而后装载机挖装20 t自卸汽车运至指定的弃渣场，对于局部开挖厚度较大部位采用反铲挖机开挖，自卸汽车运输。

3.2 导流围堰填筑

导流围堰填筑材料采用建筑物开挖弃料填筑，填筑时优先选用坝址范围台地部位的开挖料，对于河滩部位含水量较大的开挖料可在施工现场附近堆放并进行翻晒，待其含水量达到填筑要求后，方可进行填筑。

3.2.1 黏土截水槽填筑

黏土截水槽在堆石料填筑后采用进占法填筑，当堆石料填筑至2～3m时，从已填筑堆石上进行截水槽的填筑。每一填筑层的主要施工工序为：基础面（结合面）处理→卸料→铺料、平仓→碾压→质检。自卸汽车运输至现场附近卸料，因截水槽底部较窄，挖机顺围堰轴线方向铺料，小型振动碾碾压，边角部分人工夯实，对于截水槽上部，由于填筑面较宽，故可全仓面铺料，条带宽度以碾压机械的工作宽度为准并应符合设计及规范要求，填筑时每层铺料厚度应符合规范要求，一般不大于50 cm。铺料后，采用振动平碾顺铺料方向进行进退法压实，其压实度一定要满足设计所要求的压实度标准，并应保证层与层之间的结合强度。

3.2.2 堆石料填筑

由于施工导流围堰填筑面均较大，围堰堰体填筑时拟分段采用土石料分层分条带铺料填筑，在填筑现场采用流水线施工作业，即反铲挖掘机装土石料至自卸汽车，自卸汽车将土石料运至现场后进行后退法卸料，而后推土机铺料、平仓，最后振动平碾压实。

堆石料采用20 t自卸汽车运输，直接运输至施工区，进占法铺料，用TY320推土机摊铺平料，铺料厚度根据碾压试验确定，其误差不超过层厚的10%,为了提高堆石的压实效果，减少后期沉降量，在压实前后和压实过程中，采用专用洒水车适当加水，加水量根据石料的岩性、细粒含量及其风化程度来确定，一般为填筑量的10%以内。堆石料摊铺平整后采用18t自行式振动平碾压实，碾压方向沿围堰轴线方向，应用进退错距法碾压。

3.3 铺设土工膜

3.3.1 土工膜的铺设施工

土工膜施工工艺为：铺设、裁剪→对正、搭齐→压膜定型→擦拭尘土→焊接试验→焊接→检测→修补→复检→验收。

土工膜的铺设宜采用人工进行铺设。铺设施工人员必须穿胶底或软底鞋；按规定顺序和方向分区分块进行土工膜的铺设；铺设土工膜时，应适当放松，并避免人为硬折和损伤；铺设土工膜时，膜块间形成的结点，应为“T”字型，不得成“十”字形；土工膜焊缝搭接面不得有污垢、砂土、积水（包括露水）等影响焊接质量的杂质存在；铺设土工膜时，应根据当地气温变化幅度和工厂产品说明书要求，预留出温度变化引起的伸缩变形量；土工膜铺设完毕、未加保护层前，应在膜的边角处每隔2～5m放1个20～40 kg重的砂袋；土工膜应自然松驰与支持层贴实，不宜折褶、悬空。特殊情况需要褶皱布置时，应另作特殊处理。

3.3.2 土工膜的焊接

用干净纱布擦试焊缝搭接处，做到无水、无尘、无垢；土工膜应平行对正，适量搭接，一般各边焊宽10～12cm；根据当时当地气候条件，设备调至最佳工作状态；在调节好的工作状态下，做小样焊接试验，试焊接1m长的土工膜样品；采用现场撕拉检验试样，焊缝不被撕拉破坏、母材被撕裂认为合格；现场撕拉试验合格后，用已调节好工作状态的热合机逐幅进行正式焊接；用挤压焊接机进行T字疤和特殊结点的焊接。

土工膜现场联接应符合以下规定：根据气温和材料性能，随时调整和控制焊机工作温度、速度，焊机工作温度应为180～200℃；焊缝处土工膜应熔结为一个整体，不得出现虚焊、漏焊或超量焊；出现虚焊、漏焊时，必须切开焊缝，使用热熔挤压机对切开损伤部位用大于破损直径一倍以上的母材补焊；焊缝双缝宽度宜采用2×10 mm。横向焊缝间错位尺寸应大于或等于500 mm；T字形接头宜采用母材补疤，补疤尺寸可为300 mm×300 mm。疤的直角应修圆；焊接时，必须及时将已发现破损的土工膜裁掉，并用热熔挤压法补焊牢固；联接的两层土工膜必须搭接平展、舒缓。

3.4 导流建筑物拆除

围堰拆除时采用挖机一次性挖除，拆除土石料装20 t自卸汽车运往弃渣场。

4 小结

本工程根据工程工期要求、库区水文及地质等方面的技术资料并结合现场实地勘察和工程施工进度计划确定了导流方式采用全断面枯水期围堰法，由上、下游围堰挡水，临时导流泄洪洞泄流的导流方式。本着安全、经济、实用的原则确定了上下游围堰结构，围堰的填筑堆石体的填筑、黏土截水槽的填筑以及土工膜的铺设等导流工程项目的施工安排合理。整个导流工程的设计、施工科学合理，为小石口水库枢纽工程的顺利施工奠定了坚实的基础。