水利工程施工(第6版)
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第六节 拦洪度汛

水利水电枢纽施工过程中,中后期的施工导流,往往需要由坝体挡水或拦洪。坝体能否可靠拦洪与安全度汛,将涉及工程的进度与成败。例如龙羊峡水电站因拦洪成功而加快了施工步伐。所以坝体拦洪度汛是整个工程施工进度中的一个控制性环节,必须慎重对待。

坝体拦洪标准

在主体工程为混凝土坝的枢纽中,若采用两段两期围堰法导流,当第二期围堰失效以后,未完建的混凝土建筑物,不仅要承担宣泄导流设计流量的任务,而且还要起一定的挡水作用。在主体工程为土坝或堆石坝的枢纽中,若采用全段围堰隧洞或明渠导流,则在河床断流以后,常常要求在汛期到来以前,将坝体填筑到拦蓄相应洪水流量的高程,也就是拦洪高程,以保证坝身能安全度汛。此时,主体建筑物开始投入运用,已不需要围堰保护,水库亦拦蓄了一定水量。显然,其导流标准与初期应有所不同。坝体施工期临时度汛的导流标准,应视坝型和拦洪库容的大小,根据水利水电工程施工组织设计规范确定。

若导流泄水建筑物已经封堵,而永久泄水建筑物尚未具备设计泄洪能力,此时,坝体度汛的导流标准与上述标准又不相同,应视坝型及其级别,按水利水电工程施工组织设计规范的规定选用。显然,汛前坝体上升高度应满足拦洪要求,帷幕灌浆及接缝灌浆高程应能满足蓄水要求。

根据选定的洪水标准,通过调洪计算,可确定相应的坝体挡水或拦洪高程。

度汛措施

根据施工进度安排,如果汛期到来之前坝身能如期修到拦洪高程以上,则安全度汛基本得到保证;否则,若不能修筑到拦洪高程,则必须采取一定工程措施,确保安全度汛。尤其当主体建筑物为土坝或堆石坝且坝体填筑又相当高时,更应给予足够的重视,因为一旦坝身过水,就会造成严重的溃坝后果。

1.混凝土坝的度汛措施

混凝土坝一般是允许过水的,若坝身在汛前不可能浇筑到拦洪高程,为了避免坝身过水时造成停工,可以在坝面上预留缺口度汛,待洪水过后,水位回落,再封堵缺口,全面上升坝体。另外,如果根据混凝土浇筑进度安排,虽然在汛前坝身可以浇筑到拦洪高程,但一些纵向施工缝尚未灌浆封闭时,可考虑用临时断面挡水。在这种情况下,必须提出充分论证,采取相应措施,以消除应力恶化的影响。如湖南柘溪工程的大头坝(图1-44),底宽102.5m,技术设计阶段曾按收缩应力均匀分配、混凝土量近于相等的原则,将乙、丙块坝体间的纵缝设于坝下37.5m处。经核算,在丙块坝体还没有完建、纵缝尚未灌浆时要提前挡水。这样,由于应力重分配的影响,后期上游坝踵将产生10.6×105Pa的拉应力。为了消除上述不利应力,采取了下述措施。

图1-44 混凝土坝拦洪的临时断面(单位:m)

1—坝轴线;2—原设计纵缝;3—修改后的纵缝

(1)调整纵缝位置,将纵缝由坝下37.5m移至坝下52.5m。纵缝下移,乙块坝体的浇筑块加长后,浇筑能力仍能满足要求。

(2)提高初期灌浆高程。根据施工进度安排的可能性,确定初期纵缝灌浆高程提高至95.8m。

(3)改变纵缝形式。根据坝体断面特点,纵缝自高程95.8m起,按与第二主应力平行的方向延伸至106m高程,除设榫槽及插筋外不需灌浆,106m高程以上为直缝,挡水时再进行灌浆。

采取以上措施,为施工期坝体拦洪度汛创造了条件。

2.土坝、堆石坝的度汛措施

土坝、堆石坝一般不允许过水。若坝身在汛前不能填筑到拦洪高程,可以考虑降低溢洪道高程、设置临时溢洪道、用临时断面挡水,或经过论证采用临时坝面保护措施过水。

土石坝的临时断面型式,与坝型有关。图1-45是浙江青田工程心墙坝的两个临时断面度汛方案,其中图1-45(a)是拦河坝施工度汛临时斜墙挡水方案;图1-45(b)是修筑永久心墙度汛挡水方案。

图1-45 心墙式土坝临时度汛断面示意图

(a)利用临时斜墙度汛;(b) 利用心墙度汛

1—施工度汛断面;2—初期发电临时挡水断面;3—完建坝体断面

两个临时度汛挡水方案中,前者增加了临时斜墙的施工,但不影响汛期坝体的加高。基于这一优点,云南毛家村水库、四川升钟水库、甘肃碧口水电站等土石坝均采用这种方案度汛。后者利用部分永久心墙挡水,虽然省掉了临时斜墙的工作量,但是汛期坝体,特别是心墙的加高,受到影响。

采用临时断面挡水时,应注意以下几点。

(1)在拦洪高程以上,顶部应有足够的宽度,以便在紧急情况下,仍有余地抢筑子堰,确保安全。

(2)临时断面的边坡应保证稳定,其安全系数一般应不低于正常设计标准。为防止施工期间由于暴雨冲刷和其他原因而塌坡,必要时应采取简单的防护措施和排水措施。

(3)斜墙坝或心墙坝的防渗体一般不允许采用临时断面。

(4)上游垫层和块石护坡应按设计要求修筑到拦洪高程。如果不能达到要求,则应考虑临时防护措施。

下游坝体部位,为满足临时断面的安全要求,在基础清理完毕后,应按全断面填筑几米高以后再收坡,必要时应结合设计的反滤排水设施统一安排考虑。

采用临时度汛断面的指导思想是“挡”,如万一“挡”不成功,亦应有后备方案。如采取临时防冲措施,让未完建的土石坝溢洪,或预留危害程度较轻的溢流口,过流以后,做好修复工作,确保坝身的质量,以免留下隐患。

实践证明,无论是土坝还是堆石坝,只要防冲措施得当,事后处理合宜,大多数工程过水后并未发生实质性破坏。

例如黑龙江龙凤山水库在坝身预留70m宽的临时溢洪道,其上铺砌40cm以上的大块石,通过140m3/s的春汛洪水,单宽流量为2.0m3/(s·m),最大流速为5.0m/s,效果很好。

堆石坝采用未完建断面过水度汛,据不完全统计,在国外至今已有35座之多,大都在澳大利亚。其过水的保护措施是采用加筋。加筋的布置,可参阅围堰工程中的加筋过水土石围堰部分。