1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 四川成都 610072;
2.国家能源集团大渡河流域水电开发有限公司 四川成都 610094
摘要：双江口水电站上游全年围堰分两个枯期施工，第一个枯期仅施工防渗墙施工平台及其下部防渗体系，汛期过水，第二个枯期施工防渗墙施工平台以上堰体。其过水围堰具有落差大，流速大的特点，过水围堰面板防护设计合理，经数次过水效果良好，对类似工程具有参考借鉴意义。
关键词：双江口水电站、过水围堰、面板防护
1 工程概况
1.1 双江口水电站及上游过水围堰概况
双江口水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州马尔康县、金川县境内，是大渡河流域水电梯级开发的上游控制性水库工程，上距马尔康县城约46km，下距金川县城约45km。坝址位于大渡河上源河流足木足河与绰斯甲河汇合口以下约2km处，电站的开发任务主要为发电，采用坝式开发，水库正常蓄水位2500m，最大坝高315m，总库容28.97亿m3，调节库容19.17亿m3，电站装机容量2000MW。
可研阶段，考虑到本工程上游围堰防渗墙深度达70m，河床孤块石多，防渗墙施工难度较大，推荐采用堰基全封闭防渗墙上接土工膜斜墙的围堰形式，截流后一个枯期完成围堰施工。
实施阶段，根据现场工程实际进展情况，将上游全年围堰优化为全封闭防渗墙上接土工膜心墙形式，将围堰分成两期施工：2015年12月截流后的枯期施工防渗墙，2016年汛期防渗墙施工平台过流，2016年汛末进行防渗平台上部土工膜心墙及堰体填筑。
1.2上游围堰地质条件
上游围堰及防渗墙轴线位于可尔因沟口下游侧约90m，此处大渡河河流偏左岸，左岸基岩裸露，谷坡陡峻达40°~55°，右岸分布Ⅰ级冲洪积阶地，岸坡坡度35°~55°，两岸出露基岩为燕山期似斑状黑云母钾长花岗岩，岩石致密坚硬。
河床覆盖层厚30.16m~53.14m，由漂卵砾石、砂卵砾石组成，由下至上可分为3层：
第①层漂卵砾石层，分布于河床下部，厚8.4m~10.5m，埋深45m~48m，该层主要由漂卵砾石等粗颗粒构成，孤漂石含量较多，充填中细砂或中粗砂，含泥。粗颗粒基本构成骨架。该层结构较密实，承载能力较高，透水性强。
第②层砂卵砾石层：位于河床中部，厚21.1~27.5m，顶面埋深16.8~34.8m，以卵砾石为主，充填较多含泥中粗砂。该层结构中密，透水性强。
2 过水围堰设计标准
2.1挡水标准
2015年11月河床断流后，至2016年4月主要施工项目有砼防渗墙以及砼防渗墙施工平台过流保护等工程。考虑到施工时段较短、过流影响后果较小，选择防渗墙施工平台的挡水标准为10年一遇，相应设计流量为598m3/s，相应上游水位为2269.71m，考虑超高，防渗墙施工平台高程定为2272.00m。
2.2洪水设计标准
过流戗堤建筑物级别为4级，洪水设计标准按重现期20~10年选定，在过水施工平台和1#导流洞联合过流时，重现期20年、10年的上游水位分别为2280.33m（已超过2280.00m）、2279.30m，故过水施工平台的洪水设计标准选为重现期10年，相应设计流量为3580m3/s。
3 模型试验
为了了解不同设计标准流量下，上游围堰迎水面、顶面和下游面等着重保护部位的水流状态及研究上、下游围堰堰面过流时的冲刷及破坏情况，开展相关动床水力学试验。主要分析了各级流量下堰面冲刷、基坑及堰脚冲刷深度、范围以及围堰稳定情况；按照工程实际双江口过流围堰堰面保护方案，按照模型比尺（1:60）制作模型，如图1所示。
.png)
图2上游围堰平面布置图
3.2 试验过程
试验观测表明，随着流量逐渐增大，下游堰脚大石串不断被水流冲走，当流量接近3690m3/s时，堰脚处大石串全部被水带走，过堰水流对河床淘刷较严重；由于混凝土板护底对堰脚的保护，上游围堰过流30h后，围堰基本保持完好；围堰最大流速为17.6m/s，出现在桩号(上)0+120.00m处(防冲平台下接近堰脚处)，下游河床冲刷最深点高程为2242.09m，上游围堰过流过程见图3所示。
.png)
图3上游围堰过流过程
3.3 试验结果
随着流量逐渐增大，护脚大石串不断被水流带走，由于主流偏向右岸，当流量达到3690m3/s左右时，右岸堰脚大石串几乎全部被水流冲走；上游围堰最大流速位置随着堰面上大石串被水流带走后，不断向下推移，当围堰下游河床冲刷稳定后，实测最大流速为16.7m/s，位于围堰右岸堰脚处(桩号为(上)0+120.00m)；围堰过流27h后，围堰整体保持完好，下游河床冲刷最深点高程为2246.35m。
过流围堰破坏的机理主要为两方面：一方面堰体堆填料不断被水流夹带冲失，从而导致堰顶和堰面钢筋石笼及混凝土柔性板逐渐凹陷、倾覆、冲失；另一方面由于围堰上下游水头差较大，围堰下游堰脚流速大(实测最大流速超过15m/s)，下游堰脚大石串几乎全部被水流冲走，最终导致整个围堰失稳破坏[3]。
4 过流面板研究
目前过水土石过水围堰溢流坡面常规护面型式有钢筋石笼、块石、混凝土面板块、混凝土楔形体等[4-5]。对此国近年来，随着现浇混凝土整体面板施工技术水平有了很大的提高：分缝间距增大，分序跳仓浇筑，施工速度加快；无轨滑模连续浇筑，面板平整度增加等。本章搜集对比国内外类似过流围堰工程，搜集资料如表1所示：
.png)
表1 部分土石过水围堰堰面防护统计结果
根据上述相关工程的实际运行效果，主要可以得出如下结论：
（1）钢筋笼（块石）防护方案
根据工程统计，已建土石过水围堰工程主要指标高于（接近）本工程指标的（单宽流量25，堰高18m，落差15m，流速17m/s），采用钢筋笼（块石）防护的较少，仅汉塔依（前苏联）采用，但效果不佳。
（2）混凝土面板防护方案
根据工程统计，指标较高的土石过水围堰工程多采用混凝土面板防护防护方案，国内已建工程防护厚度多大于1m；仅少量较早的国外项目采用较薄的混凝土面板防护方案。
（3）推荐防护方案
本工程土石过水围堰落差及流速较高（落差15m，流速17m/s），防渗墙平台挡水能力为850m3/s，相当于两年一遇5月和10月份（汛前过渡期）流量，虽计划使用一年，但汛期必然反复多次过流，围堰所处河段坡陡流急，运行条件较差；推荐采用工程经验相对较多，且经过模型试验验证的防护方案—1m厚堰顶混凝土水平面板，0.95m厚背坡混凝土楔形面板。
.png)
图1上游过水围堰示意图
图2双江口水电站上游过水围堰过流照片
5 结 论
（1）双江口上游过水围堰水头落差约15m，堰脚处河床较狭窄，堰脚处流速较大，过流保护风险高、难度大。通过模型过流保护试验，得出双江口过流围堰过流保护主要需要关注：应有效减小围堰堰脚流速，加强对堰脚及岸坡的防护，同时应注意堰体的抗浮稳定；
（2）双江口上游过水围堰堰顶采用钢筋石笼及浇筑标准尺寸为9.2m×9.2m×1.0m的C25混凝土面板护面；背水堰面高程2262.50m以上浇筑标准尺寸为9.2m×9.2m×平均厚度0.95m的C25混凝土楔形面板护面。各相邻混凝土面板间用联系筋Ф25，L=2.0m，间距1.0m连接。混凝土面板与堰体石渣填料间设置土工布、1.0m厚过渡料。为减小过水时混凝土面板下部的扬压力，下游堰面混凝土面板上布设直径100mm的排水孔，间排距2.0m。下游高程2262.50m设置约51m宽防冲平台，平台采用混凝土面板及钢筋石笼防护，钢筋石笼下部填料采用大块石，下游坡脚采用大块石串护脚，块石串由3~5块大块石用钢丝绳连接；
（3）2016年汛期，大渡河双江口水电站采用1#导流洞联合防渗墙施工平台分流度汛，防渗墙施工平台设计分流量约1800m3/s，设计过流面最大流速接近17m/s，2016年汛期双江口水电站防渗墙施工平台过流4次，累计过流20天，过流防护结构完好；
（4）双江口水电站上游围堰过水防渗墙施工平台经多次过流，防护结构完好，说明防护结构设计合理，施工质量可靠，满足工程运用要求，对类似过水围堰的防护设计具有一定的参考价值。
作者简介：陈世全(1980–)，男，四川泸州人，主要从事水工结构设计，施工组织设计等方面的研究
论文作者:陈世全1,杨玉川1,李鹏2
论文发表刊物:《防护工程》2019年20期
论文发表时间:2020/3/9
标签：围堰论文; 防渗墙论文; 江口论文; 过流论文; 混凝土论文; 流速论文; 防护论文; 《防护工程》2019年20期论文;