混凝土围堰
混凝土纵向或横向围堰多为重力式,为减小工程量,狭窄河床的上游围堰也常采用拱形结构。混凝土围堰抗冲防渗性能好,占地范围小,既适用于挡水围堰,更适用于过水围堰,因此,虽造价较土石围堰相对较高,仍为众多工程所采用。混凝土围堰一般需在低水土石围堰保护下干地施工,但也可创造条件在水下浇筑混凝土或预填骨料灌浆,中型工程常采用浆砌块石围堰。
混凝土重力式围堰
分期导流的纵向围堰因受占地范围的限制并有防冲要求,且为了便于与永久建筑物连接或结合,绝大多数采用混凝土重力式结构。自50、60年代的三门峡市、丹江口市、龚嘴到80、90年代的铜街子、岩滩、水口、宝珠寺、五强溪等工程,其纵向围堰都是如此。水口和高坝洲水电站的纵向围堰还采用了碾压混凝土。已建混凝土纵向围堰以长江三峡工程的规模最大,沿右岸导流明渠全长1218m,最大堰高达95m,碾压混凝土量达142万m3。
(3)三峡水利枢纽工程除已建纵向围堰为碾压混凝土外,计划于2003年汛前建成
的三期上游挡水发电围堰,工期十分紧迫,也必须采用碾压混凝土,该围堰全长572m,
最大堰高124m,混凝土量168万m3。按照计划要求,月最大上升高度将
达23m,月最大浇筑强度将近40万m3。该围堰高程50m以下混凝土已于1997年完成。
图3-21五强溪工程二期上游混凝土图3-22三峡工程三期上游碾压
围堰(尺寸单位:m)混凝土叼堰
混凝土拱围堰
混凝土拱围堰多用于隧洞导流、河床一次断流的工程。自刘家峡水电站1966年建
成了我国第一座高49m的混凝土重力式拱围堰后,乌江渡、紧水滩水电站相继用不同
施工方法修建了拱围堰。90年代大朝山水电站将碾压混凝土用于拱围堰,既节省了工程量,又可快速施工,进一步发挥了拱围堰的优越性。安康水电站虽采用明渠导流,也成功地建造了上游拱围堰。
(1)乌江渡水电站上游过水拱围堰全长102.5m,两岸为重力墩,河床拱围堰高40m,堰顶弧长54m,设计底宽8m,为满足水下分段施工堰体稳定要求加厚至11m。堰顶溢流面设高低鼻坎挑流消能,以防止紧接堰基灰岩下游面的软弱页岩遭受冲刷。
该围堰系在导流隧洞施工的同时为争取工期于1972年汛前在动水中建成。堰址枯水期水面宽约35m,水深8~14m,流速1~3m/s,河床覆盖层厚3~8m。为处理好围堰水下施工期间的导流和截流问题,采取了如下施工程序:首先用水下爆破及吸砂器等清除河床覆盖层,然后如图3-24所示程序分段浇筑水下混凝土。第一步由潜水员水下立模,在浅水缓流区浇筑左右岸边墩,形成岸边施工基地;第二步用架空索道沉放钢围囹组合模板,形成静水区浇筑中墩,将河床分为左右两部分;第三步在左边墩与中墩之间浇筑底坎,形成泄水闸孔,需保证水下底坎表面子整并密实,这是对模板组装精度要求最高的一步;第四步是整体沉放钢围囹,抛石截流封堵右岸深槽,由左岸闸孔泄流,但抛填堆石体水下注浆因渗漏量偏大,直至1972年3月在上游黏土铺盖填出水面止漏后才告成功。1971年11月下旬导流隧洞建成通水,这时拱围堰已升高至水面以上,随即下放钢筋混凝土组合叠梁门,用水下混凝土封堵了泄水闸孔。1972年1月中旬排干了基坑,4月拱围堰全部浇筑完成。在围堰升高过程中,还对堰基灰岩浅层溶蚀区及右深槽未清除的部分覆盖层作了防渗灌浆处理。
围堰建成后共运用7年,过水62次,平均每年过水历时25天,最大过堰单宽流量达65m3/s。围堰变位正常,渗漏量微小。经历年汛后测量,下游冲刷坑甚浅且距堰脚达50m,钻孔取样试验表明水下混凝土强度符合要求。
乌江渡水电站在隧洞尚未参加导流的情况下,采取水下施工成功地建成了高40m的上游拱围堰,不但为水电站建设提前了一年工期,也为无围堰水下施工建混凝土坝做了成功的探索,这在国内外都是少见的。
(2)紧水滩水电站上游过水拱围堰高23m,堰基为坚硬的花岗斑岩,抗冲刷能力较强。堰顶弧长229m,溢流段顶宽3.6m,底宽8.1m(见图3-25)。河谷宽高比约为10:1,在这种宽河谷修建拱形围堰实不多见。该工程在我国还首次将低热微膨胀水泥用于拱围堰,并因此增大了横缝间距,加以混凝土在低温季节浇筑,可免除横缝灌浆,简化了温度控制并加快了施工进度。其中位于河床的溢流堰段长达8lm,用滑模不分缝整体连续浇筑,仅20天,于1984年3月上旬滑升到顶,日平均升高lm。该围堰经历了3个汛期过水运用,情况正常。
(3)安康水电站位于汉江上游通航河段,汛期洪水峰高量大,洪枯流量与水位相差悬殊,坝址地质条件十分复杂,河床狭窄,为适应上述水文及地形地质条件并满足通航要求,采用左岸明渠导流与通航,上下游为混凝土过水围堰。为抢在汛前完成围堰工程,经过精心布置,将上游围堰设计成等半径圆拱,左端利用明渠右侧导墙坝段为重力墩,拱围堰高30m,底宽约10m,堰顶长217m,共分13个坝段,混凝土仅2.7万m3。由于混凝土在冬季浇筑并掺用了粉煤灰,简化了温度控制。拱围堰于1984年汛前建成,横缝下半部于次冬进行了灌浆。围堰共运用4年,在此期间曾出现10年一遇洪水,过堰单宽流量达53m3。因下游水垫较厚,且上下游水位差小于3m,堰脚下游岩体冲刷轻微,堰体结构正常。安康水电站上游围堰结构型式的优化,对该工程的顺利施工起了重要作用。
图3-26安康工程二期上游拱围堰(尺寸单位:m)
(4)大朝山水电站上游过水双曲围堰高52.5m(包括垫座),拱顶弧长175.5m,顶宽6.3m,底宽11.6m,高宽比0.28,两岸为重力墩。堰基为玄武岩,左岸有一深槽,覆盖层17m,局部未开挖到基岩,用灌浆加固。在坝基开挖后再用?昆凝土封闭,并设混凝土垫座防止产生不均匀沉陷。围堰混凝土总量11.6万m3,其中拱围堰部分7.5万m3。两岸重力墩先期于干地浇筑,截流后拱围堰在低水土石围堰保护下施工。垫座常态混凝土于1998年2月下旬完成。拱身为全断面碾压混凝土,不分缝整体连续浇筑,从3月初开始碾至5月上旬上升到顶,共历时64天(包括施工中断13天),月最高上升24m,月平均上升20.4m。与此同时,下游土石过水围堰及河床坝基开挖也于同年5月完成。
参考资料
《水利体工程》远程教学多媒体 http://online.hhu.edu.cn/MultiMediaLesson/ShuiLiShuiDianGongChengXueYuan/ShuiLiGongChengShiGong/Third/unit3.HTML