围堰设计与施工方法

围堰设计与施工方法

一、引水进水口围堰设计

引水系统进水口基础开挖最低高程为1426.0m，高于施工导流期Ⅰ枯水位1424.6m，进水口基础混凝土于Ⅰ枯浇筑完成至1446.0m，高于施工导流期Ⅰ汛、Ⅱ枯水位，具备干地施工条件；Ⅱ枯进水口混凝土浇筑至坝顶高程，金属结构安装完成，具备闸门下闸条件，Ⅱ汛及其以后进水口利用闸门挡水。综合考虑进水口不设围堰。

二、尾水洞出口围堰设计

（一）围堰设计原则

1、根据地形、水流条件及本工程水工建筑物布置，围堰型式及其布置应尽量减少对原河床泄流能力的影响，并具备较强的抗冲刷能力；满足永久建筑物施工工期要求，且工程造价应相对较低。

2、根据尾水洞出口地质剖面资料，围堰建基面位于含漂石、卵、砾石的覆盖层上，基础防渗难度大，若采用灌浆防渗，旋喷防渗，则难度更大，且不可预见因素较多，因此围堰防渗可采用混凝土防渗墙。

3、尾水洞出口围堰施工时，应尽可能利用原河床土石以减少前期开挖工作量，同时采取措施保证围堰体的抗压、抗渗等稳定性要求。

4、围堰布置以不占压或少占压水工建筑物为原则，并应满足尾水洞出口基坑开挖及混凝土施工要求，保证尾水洞出口基础在干地上进行施工。

5、围堰设计断面应根据稳定性和强度计算进行选取，达到抗滑、抗剪、抗倾覆及抗渗要求，并满足其它使用功能。

（二）围堰型式确定

结合招标文件给定的尾水出口围堰设计条件，拟定围堰设计方案，方案为土石围堰方案（P=10%，枯期）。

1、优点

（1）土石围堰所需的填筑料可利用边坡开挖土石渣料，取料相对简单，运距较近，料源丰富。

（2）土石围堰结构简单、施工方便、填筑工期短、施工难度小、易于拆除。

（3）土石围堰工程造价相对较低，投资较小。

（4）土石围堰堰顶相对较宽，可满足车辆通行要求，堰顶可作为临时施工道路。

2、缺点

（1）因土石围堰断面较大，一般用于横向围堰。尾水洞出口施工所需围堰基本与水流方向平行，围堰挡水时，水流对围堰的冲刷相对严重，不利于围堰的稳定。

（2）为使围堰起到挡水的作用，需在围堰内部设置防渗体。土石围堰防渗体多采用粘土心墙，在施工区域内，粘土取料较难。

（3）因围堰断面较大，占压原河床较多，汛期水位壅高，对尾水出口施工造成的危害较大。

3、尾水洞出口围堰形式确定

尾水出口采用枯期土石围堰P=10%，围堰的挡水标准采用枯期P=10%洪水频率设计，设计流量为1860m3/s，对应的河道天然水位为1407.5m，考虑到大汛土石围堰形成后，河道水位将产生一定的壅高，最终确定高程1408.0m 作为尾水出口土石围堰的设计依据。

考虑度汛所需的围堰顶安全超高要求，围堰顶高程拟定为1409.0m；围堰顶宽初设为8.0m，迎水面及背水面坡比均为1：1.5，堰高约为13.0m。

初步计算围堰底宽为13×1.5+8+13×1.5=47.0m。由招标文件资料可知，尾水出口天然水位时河宽约为80m～100m，枯期土石围堰将占压部分河道，但不影响河道疏通。

为了保证全年度汛，拟在尾水隧洞出口段预留岩塞，作为大汛期全年挡水。在尾水出口施工完成后，拆除尾水隧洞出口端预留岩塞。

优点：由于尾水出口枯水期围堰，施工难度将降低、施工工期将缩短，避免了大汛围堰的施工，不必进行大规模围堰填筑施工，在确保安全渡汛的同时节约了施工工期并减少施工费用，在大汛期减少水位壅高带来的不利影响。

缺点：尾水出口施工将分期安排，施工不连续，施工工期须合理安排。

全年土石围堰布置见附图9.2-05《方案三：尾水出口土石围堰平面布置图》及9.2-06《方案三：尾水出口施工导流纵向剖面布置图》。

确定尾水洞出口围堰方案，初步拟定尾水出口围堰选用顺河纵向枯水期土石围堰，防渗体则采用混凝土防渗墙；大汛期围堰进水后，采用尾水隧洞出口段预留岩塞方案挡水，工程后期拆除岩塞，衬砌该段混凝土。

三、围堰布置规划

1、围堰顶高程确定

根据招标文件提供的洪水标准及水文资料，尾水出口围堰按10年一遇的枯水期（11月～翌年5月）洪水标准设计，最大来水流量为1860m3/s，在河床天然状态条件下，对应于尾水出口部位的河床水位高程为1407.58m。考虑度汛所需的围堰顶安全超高要求，围堰顶高程拟定为1409.10m。

汛期（6月～10月）在尾水出口闸门具备挡水条件前，采用在尾水隧洞出口段预留岩塞挡水度汛，度汛标准采用全年20年和50年一遇洪水，相应洪峰流量分别为6950m3/s和8300m3/s。待尾水出口闸门安装完成，具备下闸挡水条件后，利用闸门下闸挡水，导流标准采用全年50年一遇洪水，相应洪峰流量为8300m3/s。

由于尾水隧洞出口段岩体较为破碎（Ⅴ类围岩），一旦大汛期基坑进水，则岩塞段会有一定的水压力，易产生坍塌、渗漏等不利局面，为此我部拟对预留岩塞采用固结灌浆，以加强其稳定性及岩塞段岩石整体性。

岩塞段固结灌浆孔布置：孔深10.0m，间排距3.0m，梅花形布置，具体布置形式参见附图9.2-07《尾水隧洞预留岩塞段固结灌浆孔位布置图》，施工方法详见第十七章相关内容。

表2-1 岩塞段固结灌浆主要工程量表

尾水隧洞出口段预留岩塞施工详见第十二章相关内容。

2、围堰轴线的选择

根据确定的围堰顶高程，结合尾水洞出口明渠设计开挖要求，围堰轴线选择按“堰体不占压或尽量少占压尾水洞出口结构底板”的原则确定。

3、围堰的结构设计

围堰两端基岩均裸露，且岩层倾倒严重，围堰结构选取顺河纵向土石围堰型式，顶高程为1409.10m，堰顶轴线长约为180.0m。

3.1、为满足尾水洞出口基坑开挖及混凝土施工要求，围堰顶宽设为8.0m，可作为尾水洞出口施工临时道路。

3.2、围堰迎水面及背水面坡比均为1：1.5，为保证土石围堰具备较强的抗冲刷能力，迎水面及背水面均采用钢筋石笼护坡，坡比1：1.5。

3.3、由于围堰建基面位于含漂石、卵、砾石的覆盖层上，基础防渗采用混凝土防渗墙，混凝土防渗墙厚度为60cm，底部要求嵌入基岩0.5m～1.0m，堰高13.0m，最大处理深度约为36.0m。

3.4、围堰稳定计算

枯水期土石围堰高度H1＝0～13m（最大高度取Hmax=13m），取堰体断面形式为：堰体迎水面坡比为自然坡，背水面坡比i=1.5，顶宽b=8m。

（1）滑动面的型式

圆弧滑动：粘土性的滑裂面近似圆弧，对于均质围堰、厚斜墙，一般采用圆弧法计算，对于非粘性土、堆石、砂质土等组成的复合断面，也可采用圆弧法进行校核。

复式滑动：当围堰地基存在软弱夹层，或堰体由水中抛填到干填碾压过程中可能存在软弱夹层，破裂面往往沿这一软弱层滑动，形成复式滑动，其稳定计算一般采用改良圆弧法。

图2-1 复式滑动形式示意图

A

D

C B2