黄石盘水库施工的关键问题与解决方案

廖翠婷

（广东省水利水电第三工程局有限公司,广东 东莞 523000）

1 工程概况

1.1 工程简介

黄石盘水库坐落在恩阳河的中游,是巴河的一个支流。坝位置介于恩阳区的两路村和高岸村。水利工程的规模为大（2）型,分类为Ⅱ级,主要结构包括大坝（用于拦水、排水和能量消散）、发电厂建筑以及2 级的鱼道出口坝段；鱼道的非出口部分、厂房的尾水沟、下游河岸的防护以及其他辅助建筑被归为3 级。工程的主要目标是防洪,同时也可以发电和改善下游的供水状况[1]。水库总库容1.15 亿m3,防洪库容7972 万m3,电站装机7000 kW,多年平均发电量2207 万kW·h,装机利用小时3153 h。

1.2 主要建筑物特征

左岸非溢流坝采用砼重力坝,顶宽11.5 m。最低建基面高程362.0 m,坝顶高程375.8 m,最大坝高13.8 m。重力坝基础置于新鲜砂岩上,重力坝断面整体为矩形,上下游坝面坝坡铅直、上游牛腿4.5 m 宽。右岸非溢流坝包含储门槽坝段和右岸岸坡的砼重力坝坝段。溢流坝段由5 孔开敞式实用堰组成,实用堰型,单宽14 m,最低建基面高程336.00 m,最大坝高39.8 m,堰顶高程350.0 m。工作门孔口尺寸为14 m×22 m（宽×高）,采用弧形闸门液压启闭。厂房取水坝段采用重力式,顶宽27.7 m。最低建基面高程338.5 m,最大坝高35.8 m。进水口设置在厂房引水坝段,采用单机单供的取水方式。进水口底板高程350.6 m,快速门孔口尺寸为6.77 m×7.53 m（宽×高）,经坝内弯管与机组进口相连,机组进口底板高程337.6 m。发电厂房位于大坝左岸,沿坝轴线长约30 m。整个厂房工程由主副厂房、安装间、尾水渠、GIS 室等组成。

2 黄石盘水库施工导流施工

2.1 导流背景

坝址区河谷为左右对称的U 形河谷,枯水期河床宽约90 m～92 m。结合水工建筑物布置型式,具备分期拦断河床进行施工的条件。左右岸坝基段,地面高程340 m～372 m,地形上缓下陡,地表基岩裸露较好。两岸坝基以K1c ③层厚层块状砂岩为主,偶夹粉砂质泥岩夹层。恩阳河洪水陡涨陡落,洪水流量大,洪水期及过渡期长,流量极不均衡,洪枯期10 年重现期洪水比值为6 倍,过渡期特枯期10 年重现期洪水比值为12 倍,基本上不具备全年导流的条件。

根据工程实际情况,本工程拟采取分期围堰导流方式进行施工。现场开挖粘土和石渣满足围堰填筑量,因此采用土石围堰。枯期流量不大,一期土石围堰束窄2/3 河道,剩余1/3 河道满足过流需要。另考虑河床较窄,二期纵向围堰无法采用土石围堰的结构方式,因此采用混凝土围堰[2-3]。

2.2 导流方式

一期导流采取上、下游横向及纵向土石围堰挡水,右岸束窄河床过流的导流方式。二期导流采取上下游横向土石围堰及混凝土纵向围堰挡水,左岸1 孔泄洪闸泄流。

2.3 导流建筑物

2.3.1 导流建筑物的布置及结构

本工程围堰分二期进行施工,一期围堰采用土石围堰,二期围堰采用纵向混凝土围堰和上下游横向土石围堰。

在第一期的围堰设计中,选用了11 月～次年4 月的10 年一遇的洪水标准。洪峰流量达到850 m3/s,对应的上、下游水位分别是349.63 m 和346.70 m。上游围堰的主轴长度是72.49 m,高度达到350.33 m,宽度为5.0 m,最大的高度是9.7 m。围堰的结构是由土石构成的,两侧坡度都是1∶1.75。为防止渗漏,在堰体中使用了土工膜与粘土心墙结合的方式。下游围堰的主轴长度为96.08 m,高度为347.40 m,宽度同样是5.0 m,最大高度是7.20 m。围堰和上游的围堰在材料和坡度上都保持一致。防渗的措施也与上游围堰相同。

第二阶段的围堰包含上下游结构以及混凝土纵向围堰。设计是基于每10 年一次的12 月～次年3 月的洪水标准,洪峰流量为71.5 m3/s,上下游的水位分别为352.40 m 和343.00 m。第二阶段的上游围堰的轴线长度是88.01 m,顶部高度为353.10 m,宽度为5.0 m,最高处高度为12.5 m。其是土石构造,两侧坡度为1∶1.5,采用了高压喷射灌浆作为防渗措施。下游围堰的轴线长度为69.88 m,高度为343.70 m,同样宽度为5.0 m,最高点为3.70 m。结构也是土石,并使用土工膜与黏土防渗。

2.3.2 导流建筑物施工

（1）截流时段和流量

工程初期,流水是通过狭窄的原河床,无需进行截流。本方案中,截流工作是在工程的第二阶段进行的。考虑到施工进度、河流的水文属性及施工条件等多种因素,决定在12 月初的汛后退水期进行第二阶段导流的截流。依据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL 303-2017）的相关条款,采用10 年一遇枯期的平均流量作为截流标准,即9.89 m3/s。设定的截流堤的顶部高度为343.5 m,最大的填筑高度为2.9 m。截流堤与上游的围堰是完整结合的,截流策略是从右侧岸边开始,向左侧岸边单向封堵。

（2）截流方式选择

使用立堵方式进行截流既简便又成本低,本项目中截流落差不大。相比之下,截流戗堤的右岸地形比左岸更加平坦,使截流材料的堆放和施工道路的布置都变得更为方便。选择在左岸设置龙口,并采用从右岸到左岸的单戗立堵法进行截流。初步计划使用现场挖掘的材料作为填筑料。经过水力学计算,确定截流堤的顶部高度为343.5 m,顶部宽度为6.0 m,最大填筑高度为2.9 m,两边的坡度为1∶1.5。

（3）截流施工

本工程截流过程中龙口水流速度与落差均不大,可采取直接单向立堵进占的截流方式。截流现场安排经验丰富的施工员进行现场指挥,围堰上采用推土机和挖机进行石渣推平合拢戗堤。

（4）围堰施工

根据现场情况及围堰设计,采用1.0 m3～2.0 m3液压反铲挖装,20 t～40 t自卸汽车运输。堰体填筑利用现场开挖料,采用1.0m3～2.0m3挖掘机装20t 自卸汽车运输上堰,160kW～220kW推土机平料,18 t 振动碾压实。土石围堰堰体防渗包括土工膜+粘土基槽防渗和高喷灌浆防渗。

2.4 基坑排水

基坑排水包括初期排水和经常性排水。一期枯水期围堰围护的基坑面积约3.15 万m2,二期围堰围护的基坑面积约2.12 万m2。根据基坑内地形地貌和截流后河道水位情况计算,一期基坑积水量约6.3 万m3,二期基坑积水量约3.18 万m3。基坑初期排水采用在下游围堰内侧设置浮动抽水平台,安装抽水设备,通过敷设软胶管和钢管翻过下游围堰进行抽排。

基坑初期排水完成后,为保证堰内土建工程干地施工,需常备抽水设备进行基坑内的经常性排水。基坑经常性排水采取明式排水法。在基坑开挖和建筑物施工过程中,在基坑内布设排水明沟、设置集水井,排水泵站,从而形成一套排水系统。

3 接缝灌浆施工

3.1 灌前全面通水检查以及预潜性压水试验

在灌浆前,对所有接缝灌浆区进行完整的通水测试,其中通水压力设为0.16 MPa。此检查包含四个主要部分：灌浆管线通畅检测,重点是确保进出浆的管路流畅,通过压力表、水表等工具,使用压力水进行测试。排气管道流通性检查,主要关注排气管路间的连通性。缝面流通性测试,采用特定的通水检查法,即仅使一个进浆管道通水,同时封闭其回浆管道,维持压力在0.16 MPa,监测进浆和排气管道的水流情况。灌浆区域的密闭性测试,在通水时观察坝的前后部分,分析水流的进出情况,从而判断缝面是否存在外泄和串层现象。

确保灌区完全封闭,保持管道与缝隙流通性。需要确认灌浆管道流通,水流速度应达到30 L/min。双排气管的出水率应分别超过25 L/min。缝隙中的渗水量应不超过15 L/min。如有水外泄,应立即封闭。

进行预压水测试前,首先进行预压水检查,保证压力与设计灌浆压力相符。对检查结果进行文档化,然后确保缝隙充满水并浸泡24 小时。待排空缝中水分或通过风干后,即可开始灌浆作业。

3.2 灌区灌浆顺序以及时间间歌要求

从大坝的中心部分开始向两侧进行灌浆。为了降低已灌注部分所承受的施工压力,从低处开始向高处进行灌浆。在相同高度的灌浆区完成灌浆3 天后,才能对旁边的区域进行灌浆。如果邻近区域满足灌浆条件,可以选择同时进行,或者分区域连续灌浆。在同一高度进行灌浆的部分,按照批准划分为不同的组别,从中心向两侧灌浆。在连续灌浆的情况下,一个区域完成后8 小时内,应开始下一个区域的灌浆；如果没有,那么应该间隔3 天后再继续。在即将进行灌浆的每一层,当开始压缝时,旁边的缝也应进行压力测试,确保顶部压力不超过0.2 MPa。

3.3 灌浆施工设备与机具

采用专用浆泵进行灌浆,三参数灌浆自动记录仪进行记录,高精度压力表和千分表对灌浆压力和缝面增开度监测,黏度计、比重称、温度计对浆液进行检测。灌浆前和灌浆过程中利用测缝计对缝面增开度和温度随时测量。

3.4 灌浆压力

在注浆时,以灌区层顶的压力作为主要控制标准,灌区层底的压力为次要参考。在注浆操作中,要严格遵守施工技术规定,确保注浆压力和裂缝扩展度在规定范围内。裂缝顶部的注浆压力标准为0.2 MPa,裂缝的扩展度不应超过0.5 mm。在闸坝灌区注入时,观察相同高度的未注浆灌区的形变。如果裂缝的扩展度超出0.5 mm,需要按照监理的建议执行通水测试。

3.5 灌浆材料和港浆水灰比

在进行接缝灌浆时,使用的水灰比是一级,混凝土的缝面则使用0.6∶1 的浆液比例。如果接缝的张开度超过0.5 mm,使用普通硅酸盐水泥浆液；张开度少于0.5 mm 的接缝,则选用细水泥浆液进行处理。

3.6 结束标准

结束灌浆的标准：当排气管内的浆液密度达到或近似最高设计值,同时管端压力或缝面压力逐渐上升至预定灌浆压力,并且在浆液流入速度不超过0.4 L/min 的情况下维持20 min,可以结束灌浆。如果在闭浆过程中缝隙宽度的扩增趋势明显,且接近0.5 mm,需要采取措施如降低进浆压力、提高相邻缝隙的水压,但确保灌浆区的最高压力不超过0.2 MPa。

3.7 特殊情况处理

3.7.1 灌区管路堵塞处理

开启所有浆料出口,在缝隙限定范围内尽量增加浆料进入的压力,确保浆料通路畅通。如果无法达到效果,可通过回流管调节浆料的入压,直到完成灌浆为止。

3.7.2 灌区外漏

从外部处理灌区的外部泄漏。如果方法不奏效,再考虑采用灌浆方法,如增加浆液浓度、减少压力等。但是间歇灌浆方法是不被允许的。

3.7.3 灌区串通

当灌区可以进行灌浆时,应立刻执行。如果不能,遵循以下方案：如果开灌时间短,用清水冲刷灌区和串区,直到两区的出水干净；当串区能灌浆时,再进行。如果已灌很久但串浆不严重,串区可用低压水循环,直到灌区完成且串区回水干净。

3.7.4 灌区缝面不畅

灌区的进回浆管流动困难,虽然排气管可以相互连接,但与进浆管之间的连接不流畅。通常可以通过增大压力、钻入倾斜孔或补充排气管来处理。不流畅的缝面在灌浆施工时可以使用细磨水泥浆或改良水泥进行灌注,并在连接处适当提高灌浆压力,前提是不超过接缝的允许开度。

3.7.5 中断处理

若灌浆过程突然停止,马上用清水清洗管道及灌浆区域,并确保水流通直至灌浆重新开始。在再次开始灌浆之前,必须进行一次水压试验。如果发现灌浆管道有阻塞或排气管的出水量有大幅减少,必须立即采纳相应的应急处理。

当灌浆区的缝隙开度小于0.5 mm时,建议如下处理方式：①使用通过71μm 方孔筛的筛余部分少于2%的细粉水泥浆或纯细水泥浆；②在浆液中加入适量的减水剂；③在允许的缝隙开度范围内,提高灌浆的压力。

4 结论

黄石盘水库位于恩阳河中游河段,是一个大型的水利工程,主要目的是防洪、发电和改善下游供水条件。工程的主要建筑物包括大坝、厂房建筑物、鱼道等。大坝的设计和建设考虑了多种因素,如地形、地质、水文等,确保其稳固和安全。施工过程中,导流是一个关键环节。考虑到恩阳河的水文特性和施工条件,工程采用了分期围堰导流方式。围堰的设计和建设也考虑了多种因素,如洪水流量、土石材料的选择、围堰的结构和防渗措施等。为确保基坑的安全和施工的顺利进行,还采取了一系列的基坑排水措施。接缝灌浆是另一个关键环节,它确保了大坝的密封和稳固。灌浆过程中,需要进行全面的通水检查、预潜性压水试验、选择合适的灌浆材料和水灰比、控制灌浆压力等。要对灌浆过程中可能出现的各种问题,如管路堵塞、外漏、缝面不畅等,进行及时和有效的处理。黄石盘水库的施工面临着多种挑战,但通过科学的设计、严格的施工管理和有效的问题处理措施,确保了工程的顺利进行和工程质量的可靠,为我国水利工程建设提供了宝贵的经验和参考。