王军
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摘要：围堰设计是大型水电工程施工导流设计的关键环节。论文对藏区某大型水电工程围堰设计方案进行了研究，分析确定了合理的围堰结构形式与围堰高度。结果表明：选用土石围堰的结构形式具有明显优势，可提高本工程的施工质量与安全，围堰最大高度为64.5m。
关键字：导流工程；围堰；结构形式；围堰高度
0 引言
施工导流是为了确保水工建筑物在修建时具有良好的施工条件，利用合理方式引导水流有效避让施工场地，通过围堰对基坑进行围护的措施。合理的导流方案，能够有效的缩短工程工期，提升工程质量，减少资金投入。施工导流设计往往是大型水电工程建设的关键环节。基于此，本文以藏区某大型水电工程为依托，对施工导流设计方案进行研究，分析确定围堰结构形式与最大高度，为确保工程施工质量与安全提供技术支撑。
1 工程简介
本工程位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，拦河大坝为砾石土心墙堆石坝，坝址区河床狭窄，枯期河床宽45～60m，河道两岸陡峻，平均坡度约45°~55°，坝址区无河漫滩发育，阶地不发育，岩石裸露，河床覆盖层最大深度约12.0m。坝址区左右岸都主要为砂板岩，围岩以Ⅲ类为主，具有布置隧洞的条件[1] [2]。工程采用断流围堰基坑全年施工、隧洞导流的导流方式。
2 围堰设计标准
本工程拦河大坝为施工期不允许过水的砾石土心墙堆石坝，为1级建筑物；拦河大坝为控制发电工期的关键项目，电站装机容量大，导流建筑物失事后将推迟第一台机组的发电时间，同时也将延长工程总工期，经济损失大；围堰使用年限约3年，初期导流洞使用年限为5年，导流建筑物使用年限较长；围堰最大堰高大于50m，库容为1.2×108m3，大于1.0×108m3，库容较大。初期导流建筑物的保护对象、失事后果、使用年限和围堰工程规模详见表1。根据《防洪标准》GB 50201-2014和《水电工程施工组织设计规范》DL/T 5397-2007，选择导流建筑物级别为3级。围堰堰型对于3级土石类导流建筑物，相应的导流标准为洪水重现期50～20年，对于3级混凝土类导流建筑物，相应的导流标准为洪水重现期20～10年。
表1 初期导流工程综合特性表
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特性 1级土石坝 延长工程总工期、推迟第一台机组发电时间，经济损失大 28月 5年 64.5 1.2
3 围堰堰型选择
上游围堰基础覆盖层较浅，揭示覆盖层厚度约0.8～3.7m，覆盖层下Ⅳ类基岩厚约30.0m，其下为Ⅲ类砂板岩。类比国内同类工程，本工程上游围堰采用重力式碾压混凝土围堰与土石围堰进行对比分析。
3.1 混凝土围堰
混凝土围堰的导流标准采用20年一遇洪水，经计算，在相同导流洞规模的前提下，堰前设计水位为2645.90m，选择围堰顶高程为2648.00m，围堰建基于Ⅳ类岩石上，基岩固结灌浆，最大堰高约66.0m，碾压混凝土围堰顶宽取5.0m，上游采用直立边坡，下游坡比为1:0.8。
为保证混凝土围堰的施工，需在上游修筑土石子堰，子堰挡水标准为10年一遇洪水，高程为2610.00m，最大堰高约16.5m，子堰及其基础采用混凝土防渗墙防渗，防渗墙深约20.0m，墙下中等透水的Ⅳ类岩石设帷幕灌浆，最大深度约30.0m。混凝土围堰及其子堰剖面见图1。
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图1 碾压混凝土围堰剖面图
3.2 土石围堰
土石围堰的导流标准采用50年一遇洪水，在相同导流洞规模的前提下，围堰顶高程为2658.00m，最大堰高约64.5m，经初步分析，土石围堰顶宽取12.0m，上游坡比采用1:2.5，下游坡比为1:1.9，堰体采用土工膜斜墙防渗，堰基采用混凝土防渗墙防渗，防渗墙深约24.0m，墙下中等透水的Ⅳ类岩石设帷幕灌浆，最大深度约30.0m。土石围堰剖面见图2。
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图2 土石围堰剖面图
2.3 围堰方案对比分析
围堰无论采用重力式碾压混凝土围堰还是土石围堰，对于本工程的地形地质条件都成立，技术上不存在难题，但由于河道岸坡陡峻，采用重力式碾压混凝土的堰肩开挖难度较大。
从建筑材料及交通条件分析，混凝土重力坝所需水泥及粉煤灰等建材均需外购，本工程所处拔较高，对外交通条件较差，而当地材料坝料源丰富，故土石围堰优于重力式混凝土围堰。
从工程投资角度分析，土石围堰与拦河大坝可部分结合，工程投资明显小于重力式混凝土围堰，若采用混凝土围堰导流洞进口位置需向上游约70.0m，导流洞长度增加约140.0m，因此，从经济指标上看，土石围堰优于重力式混凝土围堰。
此外，工程所在地冬季气温较低，根据工程经验，混凝土围堰施工速度难以保证，重力式混凝土围堰在一个枯水期内完成有一定的难度。而近年在金沙江、雅砻江和大渡河上设计了较多的60m左右的土石围堰，积累了较多工程经验，因此，土石围堰在工期上的保证性优于重力式混凝土围堰。
综上所述，通过以上对两种不同围堰形式进行技术经济比较，土石围堰的优点较突出，应采用土石围堰。
4 围堰高度分析
围堰工程的施工特点在于工期较短，通常要求在一个枯水期完建，在河床截流后的下一汛前须达到挡水度汛的设计要求[3]。国内部分水电工程围堰见表2。
在狭窄河道上断流围堰挡水、隧洞导流的导流方式中，应充分发挥围堰的挡水水平，以降低导流洞规模。根据本工程地形地质条件（枯期河床宽35～40m、堰基覆盖层0.8～3.7m）以及高土石坝长隧洞的特点（大坝高约295.0m、最长导流隧洞约2000m），更应充分挖掘围堰的挡水水平，来降低初期导流洞规模。因此，应在确保围堰按期完建挡水的前提下，尽量提高围堰高度。结合本工程枢纽建筑物布置特点、围堰施工进度等因素，本工程上游围堰高度为64.5m是合适的。
表2 部分围堰工程实例表
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5 结论
本文以藏区某大型水电工程为依托，对施工导流设计方案进行了研究，分析确定了合理的围堰结构形式与最大高度。通过对比，选用土石围堰的结构形式在建材利用、工程投资、施工进度、环境友好等方面具有明显优势，可提高本工程的施工质量与安全。结合同地区同流域已建工程经验，综合本工程枢纽建筑物布置特点、围堰施工进度等因素，围堰最大高度64.5m是合适的。
参考文献：
[1]中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司.四川省雅砻江两河口水电站可行性研究初期施工导流设计专题报告[R].2007.
[2]中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司.四川省雅砻江两河口水电站可行性研究施工组织设计报告[R].2013.
[3]中华人民共和国国家发展和改革委员会.水电工程施工组织设计规范:DL/T 5397-2007 [S]. 中国电力出版社, 2008.