一期土石围堰设计方案调整分析与研究

（大唐（云南）水电联合开发有限公司 云南昆明）

银盘水电站右岸一期工程主要为导流明渠开挖及碾压混凝土纵向围堰施工。主要工作范围包括导流明渠开挖支护、纵向围堰混凝土施工等，涉及土石方开挖、边坡支护、常态及碾压混凝土施工、基础灌浆等工程项目。主要工程量：土石方开挖约500万m3，混凝土约40万m3，施工期为跨三个枯期两个汛期。

1、 围堰设计方案

银盘水电站一期工程围堰设计方案根据工程实际特点，采用原河道导流，进行一期工程施工。根据计划工期，第一个枯期和汛期进行导流明渠开挖，第二个枯期按枯期5年一遇的标准预留岩埂围堰（堰顶高程 185m）方案进行明渠基坑底部施工和纵向围堰下部混凝土施工，第二个汛期采用上下游3年一遇全年挡水围堰（堰顶高程204.5m）施工基坑和纵向围堰碾压混凝土，第三个枯期拆除上下游围堰。

2、 度汛标准及存在的问题

银盘电站右岸一期导流明渠施工期围堰挡水标准为3年一遇洪水，相应洪峰流量12700m3/s，上游设计水位EL204.7m，下游设计洪水EL203.7m。而整个银盘电站度汛标准为 10年一遇，相应洪水流量18000m3/s，设计最高防洪水位EL209.18m。显然高于右岸一期工程度汛标准，加上右岸一期工程施工上下游围堰为土石围堰，若乌江来超为3年一遇洪水，后果不堪设想，风险较大。

3、围堰方案初步分析

根据右岸一期工程的实际施工进度情况及银盘电站度汛技术要求，若按原设计围堰方案施工，围堰风险大、拆除占用直线工期长达五个月，影响银盘电站右岸一期工程顺利完工和二期项目开展。

根据银盘水电站一期工程利用原河道导流特点，利用原何道流量-水位-保证率关系，估算各水位情况下年均出现的天数，并通过施工围堰多方案比选分析，调整原设计施工围堰方案。

3.1 估算各水位情况下年均出现的天数

银盘坝址以上集水面积 74910km2，仅超出彭水站集水面积6.55%，坝址设计洪水采用彭水站设计洪水按面积比放大，其中，洪峰按面积比的2/3次方放大，即按式（2-1）计算。

Q银盘坝址= Q彭水水文站×（1+6.55%）2/3（2-1）

根据银盘坝址水位～ 流量关系，由式（2-1）反算得到对应彭水水文站流量，按彭水水文站水位流量曲线得到彭水水文站相应水位，再查乌江彭水水文站保证率曲线查得相应的保证率，从而得到银盘坝址处各流量下对应的保证率及年均出现天数（由式2-2计算）见表1和图 2-3。

全年大于该流量年均出现天数=全年总天数×保证率 2-2

表1 银盘坝址流量、水位及保证率

图2 -3 银盘坝址流量与年均超过此流量天数关系

3.2 围堰方案

度汛围堰方案按《乌江银盘水电站二OO七年度汛技术要求》、乌江水文统计资料等文件编制，为保证右岸一期工程2007年顺利度汛和本工程顺利完工，初拟了三个方案如下：

方案一：汛期挡水围堰

本方案按设计防洪度汛要求及投标合同等，采用汛期挡水围堰，按要求上游围堰堰顶高程应为EL204.7m，下游围堰堰顶高程为 EL203.7m，考虑到明渠左边坡已开挖到EL204m高程，故上游挡水围堰高程设为EL204m高程，下游围堰考虑到天然水流坡降，围堰堰顶高程为EL203m高程。围堰依托原枯期围堰填筑，枯期围堰以上采用土工膜防渗。上游围堰靠乌江侧采用钢筋笼防冲。围堰待纵向围堰浇筑到堰顶时拆除。断面图如下图所示：

方案二：汛期过水围堰

考虑到右岸一期工程工期仅到2007年8月30日，若按设计要求设挡水围堰，围堰填筑及拆除将占用较长直线工期。若采用过水围堰，降低围堰堰顶高程，减少回填及拆除围堰工程量，缩短拆除围堰工期。为此，根据纵向围堰进度、乌江水情。上游过水围堰顶高程为EL195m。防渗高程为EL190m，堰顶宽12m，下游过水围堰堰顶高程EL190m。

方案三：汛期过水堰

本方案为上游过水堰与下游不设围堰。上游过水堰与方案二上游过水围堰结构相同，主要作用是汛期到EL204平台交通通道，下游枯期围堰在2007年4月中旬拆除。本方案是综合考虑汛期前（2007年 5月1日前），纵向围堰全线基本上施工到EL191m高程，右边坡衬砌到EL190m高程，方案二的下游围堰仅到EL190m高程，到汛期明渠EL190m以下部位被混凝土保护，即使乌江水进行明渠，对边坡稳定影响也不大，故可取消下游围堰，上游围堰仅作为上204平台的交通通道。过水堰典型断面图如下：

4 方案比较

4.1、 技术可行性比较

（1）、填筑

全年挡水围堰、过水围堰及过水堰这三个方案填筑都能完成，但全年挡水围堰及上下游过水围堰填筑拆除工程量大、施工时间长，影响纵向围堰碾压混凝土施工，而过水堰填筑拆除工程量小、施工时间短，对纵向围堰碾压混凝土施工干扰最小。故从填筑及对纵向围堰混凝土施工干扰角度分析，采用过水堰方案较为合理。

（2）、防渗

全年挡水围堰底部利用已有岩埂上接土工模防渗，面积大，水头高，防渗要求高，施工难度大；上下游过水围堰采用粘土心墙及预留岩埂相结合的防渗方案，水头低，施工较挡水围堰容易；过水堰方案在汛期来临前，拆除下游枯期围堰，基坑充水，上游过水堰仅为纵向围堰碾压混凝土施工通道，不需要进行防渗处理，防渗基本上没要求或要求最低。故，方案三防渗要求最低，易施工。

（3）、防冲

三个方案均为土石围堰，特别是上游围堰，正处于乌江水主流上，故所有方案都需要进行防冲处理。但围堰方案不同，防冲要求不同，具体各方案防冲处理部位及措施如下：①汛期挡水围堰处理主要部位是迎水面的左侧，为乌江水主流区，需进行大块石或钢筋笼防冲处理，总防冲区面积约9700m2，工程量较大，来超标洪水无法保证度汛安全；②汛期过水围堰过水时，整个围堰都被水淹没，加上乌江水主流区冲刷，过水围堰迎水面及背水面需进行铅丝网或大块石防冲处理，总面积约12000 m2，防冲面积最大，工程量最大，施工时间长，要求高；③过水堰防冲处理与方案二过水围堰的上游围堰处理相同，防冲面积为7665 m2，较方案一、二少，施工难度相差不大。故三个方案相比较，防冲处理方案三比方案一、方案二工程量少，费用低，但由于方案一为全年不过水围堰，防冲要求相对方案二、三要求低，故，防冲方面，方案一较方案二、方案三优，费用方案三较优。

（4）、对乌江航道影响

全年挡水围堰高，占用乌江河道约50m，对乌江泄洪及航道影响较大，方案二、三基本上不占原河道，对乌江航道没有影响。

4.2 工程量及投入比较

明渠度汛围堰各方案主要工程量情况如下表：

明渠度汛围堰工程量对比表

从上表可看出，方案一工程量最大，方案二工程量较大，方案三工程量最少。若从工程量投入分析，方案三更经济。但是除工程量外，还有洪水淹没混凝土仓位清理及设备、材料转移等经济损失，依据银盘坝址流量、水位及保证率统计情况（如下表：银盘坝址流量、水位及保证率统计情况表），从表中看出，每年超过 191.6m高程水位总天数为 12.7天，根据2006年乌江枯水年来一次洪水超过 191水位总天数为3天，就按2天计，EL191m水位以全年总次数为12.7÷2=6.35≈6次，在5～8月份出现超出191.6以上的水位按年次数计，总共设备、材料转移需要6次，6次的总费用低于方案一、二的增加的土石方挖运费用，故方案三最经济。

银盘全年坝址流量、水位及保证率统计情况表

4.3 工期比较

工期主要从剩余工程量比较，剩余工程施工总工期=混凝土施工有效天数+下雨影响天数+围堰拆除天数+仓位淹没天数

（1）混凝土施工有效天数：方案一 = 方案二 =方案三

（2）下雨影响天数：方案一 = 方案二 = 方案三

（3）围堰拆除影响直线工期天数，由于围堰为一个狭长面，工作面小，并为单向开挖，整个工作面仅能放2～3台反铲进行开挖，根据以住经验，开挖围堰平均单个反铲月开挖量约 2万 m3，围堰拆除按 3台反铲计，按拆除上游围堰占用直线工期，拆除下游围堰不占用直线工期计算，则：

方案一占用直线工期=方案一上游围堰工程量÷单个反铲每月装渣量÷反铲数量×30=28.4÷2÷3×30=142天

方案二占用直线工期=方案二上游围堰工程量÷单个反铲每月装渣量÷反铲数量×30=12÷2÷3×30=60天

方案三占用直线工期同方案二为：60天。（方案三工程量与方案二上游围堰拆除工程量一致）

（4）仓位淹没天数

方案一：仓位淹没天数按 0天计；（按没出现超标洪水计）

根据4.2可知，方案二、三每年超出EL191m水位约6次，按最不利考虑，这6次都出现在5～8月份，并且按每次洪水都淹没仓位计算，每次淹没的天数为2天，加上洪水前后设备材料转移时间，每次洪水来影响施工天数为4天，则6次超过时间为6×4=24天

方案一比方案二、三的仓位淹没影响直线工期少24天。

综上，方案一比方案二、三多用58天，即（方案一上游围堰拆工期 142天+方案+淹没仓位影响天数 0天）-（方案二或方案三围堰拆除天数 60+方案二或方案三仓位淹没影响天数24）=58天，方案二与方案三工期相同。故从总工期相比，方案一、二、三总工期相差达58天，相差较大，方案二、三明显优于方案一。

4.4 施工干扰及混凝土均衡生产

三个方案对纵向围堰混凝土施工都有干扰，但干扰程度主要受围堰填筑时段长短、工程量大小及填筑围堰所需设备来确定，故综合以上三个方面，易知，方案一干扰最大，方案二干扰次之，方案三干扰最小。

均衡生产主要指纵向围堰混凝土强度，纵向围堰混凝土施工强度与其施工有效直线工期有关，根据三个围堰方案影响直线工期的长短，可推算采取不同围堰方案时，若按相同竣工日期，纵向围堰混凝土施工的有效时间关系为，方案一＜方案二＜方案三，故采用过水堰方案纵向围堰混凝土施工时段长，强度低，有利于混凝土均衡生产。

4.5 风险比较

方案一若遇超标洪水，溃堰渣料进入明渠，石渣料清理工程量大，无法达到航道要求的航道要求。方案二和方案三若出现连续性洪峰，持续时段过长，将对纵向围堰混凝土施工总工期有一定影响，但抵御超标洪水能力较方案一稳妥可靠。

5 方案选择与实施情况

通过对三个方案的技术可行性、工程量、总工期及风险比较等方面比较，方案三较其它方案有工程量小、工期短和抗风险能力强的明显优势，故经最终研究确定，银盘一期工程中期和后期围堰对原设计的3年一遇标准全年上下游挡水围堰围堰，调整为仅设上游过水堰作为施工通道，下游枯期围堰汛前拆除方案。

经实际实施，过水堰作为施工通道方案有效，原计算6次设备转移，实施中仅转移了1次，原计算混凝土仓位施工影响24天，实际仅影响12天，也是因为下大雨影响，并未出现淹没仓位情况，使原计划总工期提前两个半月时间。

6 工程应用效果评价

（1）经过右岸一期围堰设计方案由原 3年一遇全年挡水围堰调整为仅留上游过水堰作为通道的方案，使前工期得以保证，为明渠按计划过水通航、二期大江截流按计划实施打下了坚实基础。

（2）经过汛期12500m3/s流量洪水的考验证明，过水堰在方案是可靠的，确保了安全度汛。

7、 几点体会

（1）施工围堰实施中应根据工程实际进行优化和调整，以确保工程施工安全和工程总目标。

（2）施工围堰进行技术方案制定中，对于预留岩埂式的围堰可对占压区结构工程进行分期围堰，尽量利用预留岩埂实施工主要结构，次要护坦护坡等工程可利用枯期拆除岩埂，外设子围堰方案实施工，可有效降底围堰造价。

（3）围堰属临时工程，在不影响主体结构质量情况下，尽量调整主体结构施工程序，保证安全情况下，有效利用主体结构挡水或淹没，降底围堰高度，可大大降低围堰造价。