一期土石圍堰設計方案調整分析與研究

（大唐（云南）水電聯合開發有限公司 云南昆明）

銀盤水電站右岸一期工程主要為導流明渠開挖及碾壓混凝土縱向圍堰施工。主要工作范圍包括導流明渠開挖支護、縱向圍堰混凝土施工等，涉及土石方開挖、邊坡支護、常態及碾壓混凝土施工、基礎灌漿等工程項目。主要工程量：土石方開挖約500萬m3，混凝土約40萬m3，施工期為跨三個枯期兩個汛期。

1、 圍堰設計方案

銀盤水電站一期工程圍堰設計方案根據工程實際特點，采用原河道導流，進行一期工程施工。根據計劃工期，第一個枯期和汛期進行導流明渠開挖，第二個枯期按枯期5年一遇的標準預留巖埂圍堰（堰頂高程 185m）方案進行明渠基坑底部施工和縱向圍堰下部混凝土施工，第二個汛期采用上下游3年一遇全年擋水圍堰（堰頂高程204.5m）施工基坑和縱向圍堰碾壓混凝土，第三個枯期拆除上下游圍堰。

2、 度汛標準及存在的問題

銀盤電站右岸一期導流明渠施工期圍堰擋水標準為3年一遇洪水，相應洪峰流量12700m3/s，上游設計水位EL204.7m，下游設計洪水EL203.7m。而整個銀盤電站度汛標準為 10年一遇，相應洪水流量18000m3/s，設計最高防洪水位EL209.18m。顯然高于右岸一期工程度汛標準，加上右岸一期工程施工上下游圍堰為土石圍堰，若烏江來超為3年一遇洪水，后果不堪設想，風險較大。

3、圍堰方案初步分析

根據右岸一期工程的實際施工進度情況及銀盤電站度汛技術要求，若按原設計圍堰方案施工，圍堰風險大、拆除占用直線工期長達五個月，影響銀盤電站右岸一期工程順利完工和二期項目開展。

根據銀盤水電站一期工程利用原河道導流特點，利用原何道流量-水位-保證率關系，估算各水位情況下年均出現的天數，并通過施工圍堰多方案比選分析，調整原設計施工圍堰方案。

3.1 估算各水位情況下年均出現的天數

銀盤壩址以上集水面積 74910km2，僅超出彭水站集水面積6.55%，壩址設計洪水采用彭水站設計洪水按面積比放大，其中，洪峰按面積比的2/3次方放大，即按式（2-1）計算。

Q銀盤壩址= Q彭水水文站×（1+6.55%）2/3（2-1）

根據銀盤壩址水位～ 流量關系，由式（2-1）反算得到對應彭水水文站流量，按彭水水文站水位流量曲線得到彭水水文站相應水位，再查烏江彭水水文站保證率曲線查得相應的保證率，從而得到銀盤壩址處各流量下對應的保證率及年均出現天數（由式2-2計算）見表1和圖 2-3。

全年大于該流量年均出現天數=全年總天數×保證率 2-2

表1 銀盤壩址流量、水位及保證率

圖2 -3 銀盤壩址流量與年均超過此流量天數關系

3.2 圍堰方案

度汛圍堰方案按《烏江銀盤水電站二OO七年度汛技術要求》、烏江水文統計資料等文件編制，為保證右岸一期工程2007年順利度汛和本工程順利完工，初擬了三個方案如下：

方案一：汛期擋水圍堰

本方案按設計防洪度汛要求及投標合同等，采用汛期擋水圍堰，按要求上游圍堰堰頂高程應為EL204.7m，下游圍堰堰頂高程為 EL203.7m，考慮到明渠左邊坡已開挖到EL204m高程，故上游擋水圍堰高程設為EL204m高程，下游圍堰考慮到天然水流坡降，圍堰堰頂高程為EL203m高程。圍堰依托原枯期圍堰填筑，枯期圍堰以上采用土工膜防滲。上游圍堰靠烏江側采用鋼筋籠防沖。圍堰待縱向圍堰澆筑到堰頂時拆除。斷面圖如下圖所示：

方案二：汛期過水圍堰

考慮到右岸一期工程工期僅到2007年8月30日，若按設計要求設擋水圍堰，圍堰填筑及拆除將占用較長直線工期。若采用過水圍堰，降低圍堰堰頂高程，減少回填及拆除圍堰工程量，縮短拆除圍堰工期。為此，根據縱向圍堰進度、烏江水情。上游過水圍堰頂高程為EL195m。防滲高程為EL190m，堰頂寬12m，下游過水圍堰堰頂高程EL190m。

方案三：汛期過水堰

本方案為上游過水堰與下游不設圍堰。上游過水堰與方案二上游過水圍堰結構相同，主要作用是汛期到EL204平臺交通通道，下游枯期圍堰在2007年4月中旬拆除。本方案是綜合考慮汛期前（2007年 5月1日前），縱向圍堰全線基本上施工到EL191m高程，右邊坡襯砌到EL190m高程，方案二的下游圍堰僅到EL190m高程，到汛期明渠EL190m以下部位被混凝土保護，即使烏江水進行明渠，對邊坡穩定影響也不大，故可取消下游圍堰，上游圍堰僅作為上204平臺的交通通道。過水堰典型斷面圖如下：

4 方案比較

4.1、 技術可行性比較

（1）、填筑

全年擋水圍堰、過水圍堰及過水堰這三個方案填筑都能完成，但全年擋水圍堰及上下游過水圍堰填筑拆除工程量大、施工時間長，影響縱向圍堰碾壓混凝土施工，而過水堰填筑拆除工程量小、施工時間短，對縱向圍堰碾壓混凝土施工干擾最小。故從填筑及對縱向圍堰混凝土施工干擾角度分析，采用過水堰方案較為合理。

（2）、防滲

全年擋水圍堰底部利用已有巖埂上接土工模防滲，面積大，水頭高，防滲要求高，施工難度大；上下游過水圍堰采用粘土心墻及預留巖埂相結合的防滲方案，水頭低，施工較擋水圍堰容易；過水堰方案在汛期來臨前，拆除下游枯期圍堰，基坑充水，上游過水堰僅為縱向圍堰碾壓混凝土施工通道，不需要進行防滲處理，防滲基本上沒要求或要求最低。故，方案三防滲要求最低，易施工。

（3）、防沖

三個方案均為土石圍堰，特別是上游圍堰，正處于烏江水主流上，故所有方案都需要進行防沖處理。但圍堰方案不同，防沖要求不同，具體各方案防沖處理部位及措施如下：①汛期擋水圍堰處理主要部位是迎水面的左側，為烏江水主流區，需進行大塊石或鋼筋籠防沖處理，總防沖區面積約9700m2，工程量較大，來超標洪水無法保證度汛安全；②汛期過水圍堰過水時，整個圍堰都被水淹沒，加上烏江水主流區沖刷，過水圍堰迎水面及背水面需進行鉛絲網或大塊石防沖處理，總面積約12000 m2，防沖面積最大，工程量最大，施工時間長，要求高；③過水堰防沖處理與方案二過水圍堰的上游圍堰處理相同，防沖面積為7665 m2，較方案一、二少，施工難度相差不大。故三個方案相比較，防沖處理方案三比方案一、方案二工程量少，費用低，但由于方案一為全年不過水圍堰，防沖要求相對方案二、三要求低，故，防沖方面，方案一較方案二、方案三優，費用方案三較優。

（4）、對烏江航道影響

全年擋水圍堰高，占用烏江河道約50m，對烏江泄洪及航道影響較大，方案二、三基本上不占原河道，對烏江航道沒有影響。

4.2 工程量及投入比較

明渠度汛圍堰各方案主要工程量情況如下表：

明渠度汛圍堰工程量對比表

從上表可看出，方案一工程量最大，方案二工程量較大，方案三工程量最少。若從工程量投入分析，方案三更經濟。但是除工程量外，還有洪水淹沒混凝土倉位清理及設備、材料轉移等經濟損失，依據銀盤壩址流量、水位及保證率統計情況（如下表：銀盤壩址流量、水位及保證率統計情況表），從表中看出，每年超過 191.6m高程水位總天數為 12.7天，根據2006年烏江枯水年來一次洪水超過 191水位總天數為3天，就按2天計，EL191m水位以全年總次數為12.7÷2=6.35≈6次，在5～8月份出現超出191.6以上的水位按年次數計，總共設備、材料轉移需要6次，6次的總費用低于方案一、二的增加的土石方挖運費用，故方案三最經濟。

銀盤全年壩址流量、水位及保證率統計情況表

4.3 工期比較

工期主要從剩余工程量比較，剩余工程施工總工期=混凝土施工有效天數+下雨影響天數+圍堰拆除天數+倉位淹沒天數

（1）混凝土施工有效天數：方案一 = 方案二 =方案三

（2）下雨影響天數：方案一 = 方案二 = 方案三

（3）圍堰拆除影響直線工期天數，由于圍堰為一個狹長面，工作面小，并為單向開挖，整個工作面僅能放2～3臺反鏟進行開挖，根據以住經驗，開挖圍堰平均單個反鏟月開挖量約 2萬 m3，圍堰拆除按 3臺反鏟計，按拆除上游圍堰占用直線工期，拆除下游圍堰不占用直線工期計算，則：

方案一占用直線工期=方案一上游圍堰工程量÷單個反鏟每月裝渣量÷反鏟數量×30=28.4÷2÷3×30=142天

方案二占用直線工期=方案二上游圍堰工程量÷單個反鏟每月裝渣量÷反鏟數量×30=12÷2÷3×30=60天

方案三占用直線工期同方案二為：60天。（方案三工程量與方案二上游圍堰拆除工程量一致）

（4）倉位淹沒天數

方案一：倉位淹沒天數按 0天計；（按沒出現超標洪水計）

根據4.2可知，方案二、三每年超出EL191m水位約6次，按最不利考慮，這6次都出現在5～8月份，并且按每次洪水都淹沒倉位計算，每次淹沒的天數為2天，加上洪水前后設備材料轉移時間，每次洪水來影響施工天數為4天，則6次超過時間為6×4=24天

方案一比方案二、三的倉位淹沒影響直線工期少24天。

綜上，方案一比方案二、三多用58天，即（方案一上游圍堰拆工期 142天+方案+淹沒倉位影響天數 0天）-（方案二或方案三圍堰拆除天數 60+方案二或方案三倉位淹沒影響天數24）=58天，方案二與方案三工期相同。故從總工期相比，方案一、二、三總工期相差達58天，相差較大，方案二、三明顯優于方案一。

4.4 施工干擾及混凝土均衡生產

三個方案對縱向圍堰混凝土施工都有干擾，但干擾程度主要受圍堰填筑時段長短、工程量大小及填筑圍堰所需設備來確定，故綜合以上三個方面，易知，方案一干擾最大，方案二干擾次之，方案三干擾最小。

均衡生產主要指縱向圍堰混凝土強度，縱向圍堰混凝土施工強度與其施工有效直線工期有關，根據三個圍堰方案影響直線工期的長短，可推算采取不同圍堰方案時，若按相同竣工日期，縱向圍堰混凝土施工的有效時間關系為，方案一＜方案二＜方案三，故采用過水堰方案縱向圍堰混凝土施工時段長，強度低，有利于混凝土均衡生產。

4.5 風險比較

方案一若遇超標洪水，潰堰渣料進入明渠，石渣料清理工程量大，無法達到航道要求的航道要求。方案二和方案三若出現連續性洪峰，持續時段過長，將對縱向圍堰混凝土施工總工期有一定影響，但抵御超標洪水能力較方案一穩妥可靠。

5 方案選擇與實施情況

通過對三個方案的技術可行性、工程量、總工期及風險比較等方面比較，方案三較其它方案有工程量小、工期短和抗風險能力強的明顯優勢，故經最終研究確定，銀盤一期工程中期和后期圍堰對原設計的3年一遇標準全年上下游擋水圍堰圍堰，調整為僅設上游過水堰作為施工通道，下游枯期圍堰汛前拆除方案。

經實際實施，過水堰作為施工通道方案有效，原計算6次設備轉移，實施中僅轉移了1次，原計算混凝土倉位施工影響24天，實際僅影響12天，也是因為下大雨影響，并未出現淹沒倉位情況，使原計劃總工期提前兩個半月時間。

6 工程應用效果評價

（1）經過右岸一期圍堰設計方案由原 3年一遇全年擋水圍堰調整為僅留上游過水堰作為通道的方案，使前工期得以保證，為明渠按計劃過水通航、二期大江截流按計劃實施打下了堅實基礎。

（2）經過汛期12500m3/s流量洪水的考驗證明，過水堰在方案是可靠的，確保了安全度汛。

7、 幾點體會

（1）施工圍堰實施中應根據工程實際進行優化和調整，以確保工程施工安全和工程總目標。

（2）施工圍堰進行技術方案制定中，對于預留巖埂式的圍堰可對占壓區結構工程進行分期圍堰，盡量利用預留巖埂實施工主要結構，次要護坦護坡等工程可利用枯期拆除巖埂，外設子圍堰方案實施工，可有效降底圍堰造價。

（3）圍堰屬臨時工程，在不影響主體結構質量情況下，盡量調整主體結構施工程序，保證安全情況下，有效利用主體結構擋水或淹沒，降底圍堰高度，可大大降低圍堰造價。