文章以津巴布韋卡里巴南岸擴(kuò)機(jī)工程尾水圍堰設(shè)計(jì)和拆除施工為例，使用“全生命周期設(shè)計(jì)”思想統(tǒng)籌實(shí)施，在圍堰設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)用和拆除的全過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，以有利于圍堰拆除為目標(biāo)，對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)形式和位置調(diào)整，以及拆除施工分區(qū)和分期的不斷優(yōu)化，產(chǎn)生了良好的效益。

　　1 、概述

　　津巴布韋卡里巴南岸擴(kuò)機(jī)工程位于贊比西河中游的卡里巴電站，在原有電站的基礎(chǔ)上新建一套獨(dú)立的引水發(fā)電系統(tǒng)，增加2臺(tái)150MW混流式發(fā)電機(jī)組。項(xiàng)目尾水圍堰主要功能是為尾水出口基坑開挖、尾水塔混凝土澆筑及金屬結(jié)構(gòu)安裝創(chuàng)造干地施工條件。

　　工程尾水出口在現(xiàn)有機(jī)組尾水出口下游200m處，尾水圍堰為土石填筑圍堰，采用高壓旋噴防滲墻，軸線長(zhǎng)166.97m, 高噴灌漿最大深度9.53m, 最小深度1.97m, 防滲墻工程量1164m。尾水渠道設(shè)計(jì)過(guò)流量為376m3/s, 與外側(cè)河道夾角約45°,縱斷面前段為1∶2的斜坡(EL375m～EL380m),后段為平坡，橫斷面為倒梯形(邊坡坡比1∶0.5)。尾水渠道開挖深度10m、底寬39.6m、長(zhǎng)度約為75m(順河向約100m),橫河向圍堰斷面面積約250m2,總體開挖方量約1.8萬(wàn)m3。尾水圍堰不能拆除到設(shè)計(jì)高程，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組出力不能滿足合同要求，因此圍堰拆除是施工難點(diǎn)和施工質(zhì)量控制點(diǎn)。

　　尾水圍堰位于主河道邊緣，部分圍堰開挖已延伸到主河道內(nèi)，因尾水流速較快，達(dá)4～6m/s, 無(wú)法保證傳統(tǒng)漂浮設(shè)備的穩(wěn)定。可拆卸式施工平臺(tái)搭設(shè)效率低，安全隱患多。

　　2 、圍堰設(shè)計(jì)

　　2.1、 工程地質(zhì)情況

　　尾水圍堰基礎(chǔ)表層為1～3m厚的塊石堆積，呈次磨圓狀，結(jié)構(gòu)松散，塊徑一般為30～50cm, 部分超過(guò)1m, 并夾雜少量混凝土塊，塊石成分以黑云母片麻巖為主，少量石英巖，下伏基巖為黑云母片麻巖，作為圍堰基礎(chǔ)地質(zhì)條件良好。

　　2.2、 圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

　　尾水出口施工工期較寬松，水庫(kù)泄洪歷時(shí)較短而且頻率較低，即使施工期間泄洪一次也不會(huì)影響項(xiàng)目總工期，經(jīng)綜合比選尾水圍堰采用堰頂可過(guò)水的土石圍堰，至少可降低設(shè)計(jì)堰頂高程4m, 大大減小了設(shè)計(jì)斷面尺寸[2]。

　　尾水圍堰擋水水位取正常應(yīng)用條件下最高可能尾水水位，即現(xiàn)有南北兩岸電站全部機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)流量為2271.2m3/s, 對(duì)應(yīng)的尾水水位EL389.6m, 考慮波浪爬高和安全超高，設(shè)計(jì)堰頂高程為EL390.6m。

　　2.3、 設(shè)計(jì)優(yōu)化

　　2.3.1、 位置

　　原設(shè)計(jì)尾水圍堰位于主河道內(nèi)，修筑難度較大，防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)也較大，將尾水塔向山體后移10m, 優(yōu)化后尾水圍堰將建在現(xiàn)有河水位以上河岸部位，降低了施工難度和度汛的風(fēng)險(xiǎn)。

　　2.3.2 、圍堰型式

　　河道底部為大孤石和基巖，無(wú)法應(yīng)用鋼板樁圍堰方案，只能采用傳統(tǒng)的土石圍堰方案[5]。原設(shè)計(jì)尾水圍堰下部采用混凝土和土石復(fù)合型式，上部采用漿砌石擋墻型式，優(yōu)化后尾水圍堰采用開挖料換填塊石，高壓旋噴墻防滲，頂部和邊坡用鋼筋籠和薄層混凝土防沖刷，降低了施工難度和成本。

　　2.3.3、 邊坡穩(wěn)定防護(hù)

　　由于尾水塔向山體后移，山體邊坡開挖坡度增大，因此在尾水上部交通道路的上下兩個(gè)邊坡增設(shè)鋼筋混凝土擋墻，確保了邊坡整體的穩(wěn)定，且保持總開挖工程量增加不大。

　　3、 圍堰施工

　　3.1 、開挖

　　為滿足圍堰高壓旋噴灌漿施工要求，需要把人工堆積料及拋石料換填為合適的材料，采用反鏟自上而下分層開挖，覆蓋層的設(shè)計(jì)開挖坡度為1∶1.25,強(qiáng)風(fēng)化層設(shè)計(jì)開挖坡度為1∶0.5,開挖齒槽底部設(shè)計(jì)寬度為2m。

　　開挖時(shí)將開挖區(qū)表層的大塊石臨時(shí)儲(chǔ)存在靠河道的岸坡處，用于圍堰頂部的防護(hù)。同時(shí)沿圍堰軸線修筑臨時(shí)道路，作為圍堰拆除時(shí)棄渣通道。

　　3.2 、圍堰填筑

　　采用從下游向上游施工的順序，首層填筑采用進(jìn)占法進(jìn)行施工，其后采用后退法進(jìn)行施工。就地利用進(jìn)口開挖料作為圍堰填筑料，用15t自卸汽車運(yùn)輸，推土機(jī)攤鋪，SR20M振動(dòng)碾碾壓，填筑分層厚度為40cm, 填筑壓實(shí)度控制為92%。

　　3.3、 高壓旋噴灌漿施工

　　根據(jù)尾水圍堰防滲芯墻填筑材料和鉆孔灌漿設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，采用三管法旋噴灌漿。高噴灌漿在鉆孔施工完成并經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后進(jìn)行，高噴灌漿采用全孔自下而上連續(xù)作業(yè)，需中途拆卸噴射管時(shí)，搭接段應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴，復(fù)噴長(zhǎng)度不得小于0.2m。高噴灌漿過(guò)程中，應(yīng)采取必要的措施保證孔內(nèi)漿液上返暢通，避免造成地層劈裂或者地面抬動(dòng)。灌漿因故中斷后恢復(fù)施工時(shí)，應(yīng)對(duì)中斷孔進(jìn)行復(fù)噴，搭接長(zhǎng)度不得小于0.5m。

　　3.4 、鋼筋籠和薄板混凝土

　　堰頂、內(nèi)側(cè)及靠河流側(cè)上部采用鋼筋籠防護(hù)，其中，堰頂及靠河流側(cè)上部鋼筋籠在擋墻混凝土澆筑完成后進(jìn)行安裝，圍堰內(nèi)側(cè)鋼筋籠隨基坑開挖進(jìn)度跟進(jìn)安裝。鋼筋石籠尺寸為2×1×1m, 鋼筋籠的底部需放置土工布。鋼筋籠安裝時(shí)用塊石填充飽滿，塊石從隧洞開挖料中挑選，鋼筋籠之間用鐵絲綁扎連接牢固。薄板混凝土主要起到防漫頂尾水沖刷和增強(qiáng)鋼筋籠整體性的作用[4]。

　　4 、圍堰運(yùn)行和度汛

　　4.1、 泄洪防汛

　　尾水圍堰為過(guò)水圍堰，如遇水庫(kù)泄洪時(shí)，尾水水位最高將達(dá)到EL393.6m, 洪水將漫過(guò)圍堰堰頂淹沒(méi)尾水基坑，造成尾水基坑工作的停工和圍堰的沖蝕[9]。按照卡里巴水庫(kù)超大的庫(kù)容，上游來(lái)水和發(fā)電泄水比較穩(wěn)定，一般性規(guī)律為：每年6月份至來(lái)年1月底庫(kù)水位持續(xù)上升，當(dāng)壩前水位超過(guò)同期最高限制水位時(shí)就需要開閘泄洪。在施工期間的措施如下：

　　(1)施工前制定施工期間防洪度汛和水庫(kù)泄洪應(yīng)急預(yù)案，提前做好抗洪搶險(xiǎn)物資準(zhǔn)備。

　　(2)每天專人觀測(cè)水庫(kù)水位，并對(duì)比洪水控制曲線，根據(jù)水位的變化規(guī)律提前預(yù)判可能泄洪的時(shí)間。

　　(3)汛期與贊比西河務(wù)局保持密切聯(lián)系，及時(shí)掌握泄洪時(shí)間，按照應(yīng)急預(yù)案從尾水基坑撤離人員和設(shè)備。

　　(4)用拋石對(duì)圍堰內(nèi)側(cè)進(jìn)行防護(hù)，必要時(shí)可在泄洪前提前將基坑充水，以減少對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)的沖刷破壞。

　　4.2、 汛后措施

　　水庫(kù)泄洪結(jié)束后尾水水位將很快降低至正常水位，及時(shí)安排基坑排水和水毀圍堰的修復(fù)，使基坑內(nèi)部施工盡快恢復(fù)正常。

　　5、 圍堰拆除施工

　　5.1 、初始方案

　　尾水圍堰拆除分為4個(gè)區(qū)進(jìn)行(如圖1所示),施工步驟和方法見表1。

　　圍堰開挖分三期進(jìn)行，對(duì)位于圍堰頂部的長(zhǎng)臂反鏟無(wú)法開挖內(nèi)側(cè)部位先進(jìn)行削薄開挖，然后在圍堰外側(cè)靠河道部位接近水面高程修筑臨時(shí)道路，利用水位較低時(shí)間段進(jìn)行圍堰外側(cè)主河道區(qū)的開挖，最后利用長(zhǎng)臂反鏟后退法進(jìn)行分區(qū)開挖。在確保能將水下鉆孔爆破部分全部覆蓋的情況下，盡可能的多用機(jī)械開挖拆除，減少鋼管排架的使用量，提高工作效率。

　　水下部位鉆孔：計(jì)劃搭設(shè)工作平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)，鉆孔平臺(tái)的安裝需充分考慮河水流速的影響。施工排架在場(chǎng)外預(yù)先按單元進(jìn)行搭設(shè)，由長(zhǎng)臂反鏟吊運(yùn)至預(yù)定水下鉆孔區(qū)域。在水流的上游側(cè)的不同方向安裝錨固插筋，用鋼絲繩連接排架單元固定在插筋上并用手拉葫蘆拉緊，防止湍急的尾水影響施工排架的穩(wěn)定和鉆孔定位。在施工排架豎桿上向下安裝鋼管作為鉆孔的導(dǎo)向桿，確保垂直鉆孔準(zhǔn)確，并通過(guò)鋼管進(jìn)行水下裝藥。

　　5.2、 爆破拆除施工

　　首先按照原定計(jì)劃進(jìn)行圍堰下游削薄，以減少水下開挖的寬度和開挖量，按計(jì)劃進(jìn)行了預(yù)裂爆破施工。在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：深夜至凌晨最高尾水水位約為EL386m, 極低水位達(dá)到EL381m, 通過(guò)向贊比西河務(wù)局求證，根據(jù)發(fā)電水量調(diào)配計(jì)劃，近期將持續(xù)這種狀態(tài)。于是現(xiàn)場(chǎng)對(duì)拆除分區(qū)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，將III區(qū)和IV進(jìn)行了合并進(jìn)行倒退開挖，從上游向下游沿軸線方向?yàn)?個(gè)開挖段，每段5～10m。按照“白班出渣，夜班鉆爆”的施工原則，白班清理一個(gè)分段至EL385m, 夜間水位低于EL385m時(shí)，開始液壓鉆鉆孔和人工裝藥，凌晨5時(shí)準(zhǔn)時(shí)爆破，白班使用長(zhǎng)臂反鏟進(jìn)行出渣，石渣清理干凈后，進(jìn)入下一施工段循環(huán)。

　　在進(jìn)行爆破施工時(shí)，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)以控制爆渣塊度易于裝車，同時(shí)要對(duì)爆破振動(dòng)和水擊波進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證臨近的結(jié)構(gòu)物不受破壞。

　　6、 實(shí)施效果

　　利用拆除期尾水水位周末較低的特點(diǎn)，將原計(jì)劃的水下鉆爆開挖優(yōu)化為水上鉆爆開挖，摒棄了施工排架的搭設(shè)方案，極大地提高了每個(gè)鉆爆循環(huán)的工作效率，安全性大大提高，節(jié)省了潛水員輔助施工費(fèi)用。施工進(jìn)度方面，在尾水圍堰預(yù)裂爆破滯后的情況下，提前2.5個(gè)月完成拆除并順利通過(guò)業(yè)主方的驗(yàn)收。

　　7、 結(jié)語(yǔ)

　　尾水出口的優(yōu)化設(shè)計(jì)從尾水塔的布置、尾水圍堰的建設(shè)、運(yùn)行和拆除的整個(gè)生命周期，以及滑坡體的整體穩(wěn)定統(tǒng)籌考慮，總體降低了臨時(shí)建筑物圍堰的建設(shè)規(guī)模，減少了成本，策略是完全正確的。

　　尾水圍堰成功的拆除得益于項(xiàng)目的超前總體規(guī)劃，對(duì)尾水出口區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，減少了難度極大的高速水流下的水下爆破拆除施工。

　　將原設(shè)計(jì)尾水塔位置向山體后移，有效的避開了尾水主流對(duì)尾水圍堰施工和拆除的影響，并增加了尾水圍堰的結(jié)構(gòu)可靠和整體穩(wěn)定性，尾水圍堰中軸線由河道退到了原有河岸上，由在河道中填筑圍堰施工改為僅需要進(jìn)行圍堰防滲和頂部防沖刷施工，降低了施工難度。

　　通過(guò)對(duì)圍堰爆破拆除分區(qū)的優(yōu)化，充分利用了低水位時(shí)段進(jìn)行水上鉆爆作業(yè)，充分利用了長(zhǎng)臂反鏟的工作行程，降低了拆除施工難度，加快了拆除進(jìn)度，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]楊玉銀,張艷如,張榮，等. 卡魯瑪尾水隧洞出口圍堰拆除控制爆破技術(shù)[J]工程爆破, 2020,26(6):76-83.

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　　《峽谷河道尾水圍堰設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化》來(lái)源：《水利技術(shù)監(jiān)督》，作者：關(guān)盛旺

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