重庆市巫山县千丈岩梯级电站主体工程第1标段 上下游围堰设计和施工方案
目 录
1概述 .................................................................... 1 2 气象水文资料 ........................................................... 1 3 施工导流方式 ........................................................... 3 4 上游围堰设计 ........................................................... 4
4.1 围堰布置 .......................................................... 4 4.2堰断面设计 ........................................................ 4
4.2.1堰顶高程确定 ................................................. 4 4.2.2围堰剖面设计 ................................................. 5 4.3围堰结构设计 ...................................................... 5 4.4 堰体荷载计算 ...................................................... 6 4.5 堰体稳定校核计算 .................................................. 6 5 围堰施工措施 ........................................................... 9
5.1 上游围堰施工措施 .................................................. 9 5.2 下游围堰施工措施 ................................................. 10 6工程量清单和资源配置 ................................................... 10
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重庆市巫山县千丈岩梯级电站主体工程第1标段 上下游围堰设计和施工方案
1概述
巫山县千丈岩梯级水电站工程是一座以发电为主，同时兼顾农田灌溉、人畜饮水和城市防洪等功能的具有综合效益的水利水电工程。工程位于湖北省建始县、重庆市奉节县和巫山县交界附近，其坝址位于巫山县庙宇镇红椿乡放马村阴湾河上游，坝址距巫山县城约76km，距庙宇镇约23km，距湖北建始县城46km。本工程总装机3.67万KW，年发电量12170万KW.h。水库正常库容369万m3，总库容405万 m3，巫山县千丈岩梯级电站工程属Ⅳ等小（1）型工程。
千丈岩梯级水电站主体工程Ⅰ标段包括：大坝枢纽工程（包括常态混凝土双曲拱坝及混凝土重力敦等）、坝后一级电站地面厂房枢纽、右坝肩引水隧洞等。其中拦河坝由挡、泄水建筑物和取水建筑物组成，挡、泄水建筑物包括挡水砼双曲拱坝、溢流闸孔，建基面高程1668.0m，坝顶高程1733.5m,最大坝高65.5m，坝顶长度147m。
施工导流方式采用一次断流、隧洞导流的方式。导流隧洞布置在右岸，长145.28m，导流隧洞断面为城门洞型，净空断面尺寸设计为1.8×2.32m，导流洞进口顶拱高程EL1678.58，出口顶拱高程EL1675.32m。导流隧洞采用5年一遇枯水时段（11月、12月~3月、4月）的最大分期洪水流量为导流洪水标准，设计流量为18.6m3/s（见招标文件）。上游围堰设计为重力式围堰结构形式，堰体采用混凝土、浆砌石结构，50cm厚面板C20混凝土防渗；下游围堰设计为土石围堰结构形式，采用填筑粘土斜墙防渗。
2 气象水文资料
千丈岩流域处在奉节县、巫山县以及湖北的建始县境内，地处高山。根据巫山县气象站统计（1971年～2000年），多年平均降水量1053.5mm，年日照1542小时，多年平均气温18.2℃，历年最高气温42.8℃，最低气温-6.9℃。实测最大风速22m/s，以东北风为主。
千丈岩河属山溪性河流，其洪水由暴雨形成，洪水发生时间与暴雨一致。每年4月下旬开始进入汛期，洪水多集中在六、七、八这三月，每年10月以后，副高南移，降雨强度减弱，难以形成大洪水。因流域地处山区，且河谷深切，岸坡陡峭，河道较短，河床比降大，洪水汇流时间短，河槽调蓄能力小，水流湍急，暴雨洪水迅疾，河水陡涨陡落明显，一次洪水多呈尖瘦形单峰过程，洪水历时多在20小时左右，具有山区洪水的特性。具体参见设计提供《二○一一年千丈岩梯级电站工程度汛方案》。
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表1 坝址水位～流量关系
H（m） Q（m3/s） 1672 0 1673 4.13 1674 19.4 1676 104 1678 289 1680 555 1682 893 表2 千丈岩电站坝址分期洪水成果表 单位：m3/s
时段 P（%） 3.3 4.69 50.2 184 22.3 5.0 4.02 42.4 168 18.7 10 2.96 29.9 139 12.9 20 1.98 18.6 111 7.75 12～3月 4月 5～10月 11月 表3 5、6月份洪水成果表 单位：m3/s
位置 P（%） 20 10 5月 坝址 6月 五级隧洞进口 5月 6月 五级厂房 5月 6月 22.4 32.11
26.8 35.7 41.1 58.9 49.14 65.5 57.8 82.8 69.0 92.1 图1 千丈岩坝址水位库容曲线
千丈岩电站坝址水位--面积--库容曲线
H----FH----V面积（万库容（万中国水利水电第九工程局有限公司
））2
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图2 千丈岩导流隧洞泄流曲线
H(m) 1785.2 1777.4 1769.6 1761.8 1754.0 1746.3 1738.5 1730.7 1722.9 1715.1 1707.3 1699.6 1691.8 1684.0 1676.2 Q(m?s) 1041#导流洞泄流曲线 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88
千丈岩电站泄流曲线绘制时间：2011-02-103 施工导流方式
千丈岩梯级水电站主体大坝工程原施工导流方式采用一次断流、隧洞导流的方式。导流隧洞布置在右岸，长145.28m，导流隧洞断面为城门洞型，净空断面尺寸设计为1.8×2.32m，导流隧洞采用5年一遇枯水时段（11月、12月~3月、4月）的最大分期洪水流量为导流洪水标准，设计流量为18.6m3/s。计划安排枯水期2011年10月下旬进行截流和上下游围堰的施工，其中上游围堰堰顶达到EL1679.18m即可满足枯水期设计流量为18.6m3/s的过流要求。
鉴于导流洞为枯水期导流使用，最大下泄流量为18.6m3/s。可满足枯水期度汛要求，而汛期导流则要求坝体在2012年汛前坝体整体浇筑至EL1703m度汛高程。实现坝体挡水安全度汛。且由于大坝的优化设计致使坝址向上游偏移了约10m，导流洞进口与坝址上游面距离（围堰有效布置宽度）不到20m。在考虑布置空间和堰体种类结构，上游围堰无法难以土石围堰结构形式，而采用混凝土重力式围堰的结构形式，以尽量节省空间。
2011年10月11日业主、监理、设计及施工四方周生产例会上，应业主及监理方要求，将上游围堰堰顶高程降至EL1678.83m，因此导流洞过流量尚达不到枯水期5年一遇洪水频率标准。
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96 8重庆市巫山县千丈岩梯级电站主体工程第1标段 上下游围堰设计和施工方案
4 上游围堰设计
4.1 围堰布置
上游围堰平行于坝轴线（垂直于水流方向）20m布置，围堰坡脚距基坑上游开口线13.8m，围堰上游堰脚落于原取水坝（取水用小型拦河坝）进水口处。围堰在导流洞进口左岸坡处形成一个转角布置于其上。围堰轴线长度30m。
4.2堰断面设计
4.2.1堰顶高程确定 （1）导流洞设计洪水位：
根据图2，千丈岩导流洞泄流曲线，查得当导流洞达到设计18.6 m3/s的过流量时，导流洞进口水位为EL1679.18m。 （2）堰顶超高的计算：
由中国水利水电出版社《水工建筑物》第三版第207页,关于堰顶超高的计算公式表明;堰顶超高由波浪爬高ha、水位壅高e及安全加高A三部分组成。围堰安全加高的计算可根据中华人民共和国《水利水电工程围堰设计导则》(DL/T5087-1999)关于临时建筑物工程级别确定安全加高的列表,大致确定出上游围堰的安全加高值按五级临时性建筑物来选定。
1设计波高 h?0.0166V54D13 ○0lV0——计算风速（m/s）。是指水面上10m处10min的风速平均值。采用气象资料
最大风速计算，取V0=22m/s
D——风作用于水域的长度，称为吹程或风区长度,为自堰前到对岸距离。近似取吹程 D=5B(5倍围堰长度，B=37.8m)。取吹程D=0.19km。 hl?0.0166?2254?0.1913=0.455m
2波浪爬高 由于围堰上游为垂直边坡，所以其设计波高即为其波浪爬高。○
ha?hl?0.455m
3水位壅高 e=KV2Dcos?/2gH ○
K——综合摩阻系数，一般取值范围(1.5～5.0)?10?3,计算时可取3.6?10?3； V——设计风速,按22m/s计算；
D——吹程。按0.19km计算；
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H——堰前水域平均水深,上游围堰平均水深一般为5～7m。计算时取定H=6m； ?——风向与轴线法线方向夹角，围堰轴线方向为西北朝向东南，查气象资料，该地区
风向一般为东北方向，两方向垂直，所以风向与法向方向近乎为0°，计算时可取?=0?
e=3.6?10?3?222?2?cos0?/2?9.81?6=0.015m
4围堰安全加高 ○
关于临时建筑物工程级别确定安全加高的列表,大致确定出上游围堰的安全加高值按4级临时性建筑物来选定。确定A=0.5m。取值见下表4-1；
5堰顶超高 H=h?e?A=0.455?0.015?0.5?0.97m ○a超表4-1水工建筑物安全加高列表
坝的级别 正常运行 非常运行 Ⅰ 1.5 0.7 Ⅱ 1.0 0.5 Ⅲ 0.7 0.4 Ⅳ、Ⅴ 0.5 0.3
确定安全加高A=0.5m。
将波浪爬高、水位壅高、安全加高的数值代入堰顶高程的计算公式,得出堰顶超高值
H超=ha?e?A=0.455?0.015?0.5?0.97m，因此确定上游围堰堰定高程EL1680.15m，
为便于施工，确定上游围堰堰顶高程EL1680.2m，应业主及监理要求，上游围堰堰顶高程与导流洞进口洞顶高程平齐，即EL1678.58m。 4.2.2围堰剖面设计
上游围堰按重力式围堰设计，堰高5.58m，堰顶高程EL1678.58m，堰基高程EL1673m，堰顶宽度2m，下游坡比1:0.7，堰基宽度5.91m，上游围堰堰轴线长度30m，围堰下游基脚距坝址基坑上游开口线约13.1m。
4.3围堰结构设计
上游围堰采用重力式围堰设计，浆砌石和混凝土混合结构。围堰基础（1.5m高范围）
采用C15三级配混凝土浇筑，其标号与左岸重力墩相同；围堰堰身采用M7.5浆砌石砌筑；堰身迎水面浇筑0.5m厚的C20二级配混凝土面板防渗。为降低坝体扬压力，保证堰体稳定。围堰可在堰中设置一条横缝，不设纵缝。为减小堰体扬压力和防渗考虑。在堰基前侧开挖出（0.8m×0.8m，宽×高）的截水槽，截水槽内回填C15三级配混凝土。
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图4-1 上游围堰结构图
4.4 堰体荷载计算
上游重力式围堰设计，主要考虑其以下荷载：堰体自重、静水压力、扬压力、这三种主要荷载。波浪压力较小，可暂不考虑。
1堰体自重：从上图可以看出堰体自重可分为A～A三个部分的面积。 ○
12 A1?2?5.58?11.16m2 A2?3.906?5.58?1?10.90m2 2 其自重： W??h?A1?A2??24??11.16?10.9??529.44kN 2静水压力：P??○212水H1?1?9.8?5.582?152.57kN 23扬压力：不设置帷幕灌浆孔也不设置排水孔，因此不考虑扬压力折减系数，计算可○
取??1，从上图中可以看出，扬压力可做如下计算：
WA3??水A3?5.58?2?9.8?3.906?5.58?9.8?0.5?215.49kN 所以扬压力?U扬?215.49kN
4.5 堰体稳定校核计算
围堰堰基础所在高程为EL1673m，根据地质资料，该地层为T1d2-3 含页岩条带、
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泥质灰岩、T1d2-4的生物碎屑灰岩、页岩，岩石较坚硬。其强度指标：灰岩承载力特征值3.5～4.0MPa，条带状灰岩或泥灰岩3.0～3.5MPa，将堰基下挖至EL1673m高程，基本削除强风化岩层面，将堰基坐落于弱风化岩层上部。
表4-2 物理力学参数建议值表 项目 （岩性） T1d2-3 (泥灰岩) T1d2-4（灰岩） 抗剪断强度 f′ 0.80～0.85 0.85～0.90 摩擦 系数 f 0.65～0.70 0.7～0.75 承载力 Map 3.0～3.5 3.5～4.0 弹性模量 GPa 5.5～6.0 7～8 变形模量 GPa 5～5.5 6～7 泊松比 0.15 0.12 密度 比重 m/s 2.66 2.66 3c′ 0.7 0.85 2.67 2.68 根据地质资料其岩性从而选取相应的参数接触面摩擦系数f=0.65、抗剪断摩擦系数f'=0.8及抗剪断凝聚力c'=0.7MPa。
1抗剪强度公式，其抗滑稳定安全系数K○ Ks?s
f(?W?U)?P?0.65??529.44?215.49??1.34?1.05 符合稳定要求。
152.57's2抗剪断公式，其抗滑稳定安全系数K ○
f??W?U??cA0.8??529.44?215.49??700?5.906??28.74?3.0 K?P254.02?'''s符合稳定安全要求。
图4-2 上游围堰结构图
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5 下游围堰设计
5.1 围堰布置
下游围堰垂直于河流方向布置，围堰下游迎水面贴近导流洞出口布置，围堰轴线长度25m。
5.2 围堰断面设计
5.2.1堰顶高程确定 （1）导流洞设计洪水位：
导流洞出口水位高程为EL1674.59m，由于导流洞在遇超标洪水时为满泄，导流洞出口洞前水位即为下游设计洪水位。 （2）堰顶超高的计算：
关于堰顶超高的计算公式同样为堰顶超高由波浪爬高ha、水位壅高e及安全加高A三部分组成。
1设计波高 h?0.0166V54D13 ○0lV0——计算风速（m/s）。采用气象资料最大风速计算，取V0=22m/s
D——风作用于水域的长度，吹程 D=5B(5倍围堰长度，B=25m)。取吹程D=0.1km。 hl?0.0166?2254?0.113=0.367m
2波浪爬高 由于围堰下游迎水坡坡比为1:0.35，坡比较小，所以其设计波高即○
为其波浪爬高。ha?hl?0.357m
3水位壅高 e=KV2Dcos?/2gH ○
D——吹程。按0.1km计算；
H——堰前水域平均水深,上游围堰平均水深一般为4～5m。计算时取定H=4.5m； ?——风向与轴线法线方向夹角，围堰轴线方向为西北朝向东南，该地区风向一般为东
北方向，计算时取?=45°
e=3.6?10?3?222?0.1?cos45?/2?9.81?4.5=0.0014m
4围堰安全加高 ○
关于临时建筑物工程级别确定安全加高的列表,大致确定出上游围堰的安全加高值
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按4级临时性建筑物来选定。确定A=0.5m。取值见下表4-1；
5堰顶超高 H=h?e?A=0.367?0.5?0.0014?0.868m ○a超 因此确定上游围堰堰定高程EL1675.46m，为便于施工，确定上游围堰堰顶高程EL1675.5m
5.2.2围堰剖面设计
下游围堰按重力式混凝土过水围堰设计，堰顶高程EL1675.5m，堰基高程EL1673m，堰顶宽度3m，上下游坡比均为1:1.5，堰基宽度10.5m，下游围堰堰轴线长度29.6m。
5.3 围堰防渗设计
下游围堰闭气防渗采用粘土斜墙压盖土工膜（彩条布）的方式防渗，首先在土石碴填筑的戗堤迎水面铺设土工膜，铺设完成后土工膜用大块石压盖固定，之后在迎水面铺填粘土压实，实现闭气。为达到围堰的防冲要求，在粘土斜墙的基础上再铺填一定厚度的大块石实现围堰的护脚和护坡。
图5-1 下游围堰典型断面图
6 围堰施工措施
6.1 上游围堰施工措施
上游围堰采用重力式围堰，浆砌石和混凝土结构形式，其底板基础混凝土标号为C15三级配，高1.5m。上游围堰堰体采用M7.5浆砌石砌筑。堰体迎水面浇筑50cm厚C20面板混凝土防渗。围堰施工前首先对围堰堰基进行一定的开挖，由于重力式围堰主要利用自身自重进行挡水，因此需要将河床和两岸坡堰基进行下挖，原则上将上下游围堰堰基下挖应基本剥离表层强风化岩层，将堰基坐落于弱风化岩层上部。根据该部位岩石地质条件，确定堰基高程EL1673m。
河道截流后，首先利用在土石碴填筑的戗堤迎水面铺填粘土实现初步闭气（即土石
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子围堰），将河水引至导流洞泄流。子围堰闭气后将基坑内的水通过小型潜水泵排出基坑外，随即开始上游围堰堰基的开挖。堰基开挖采用挖机和人工进行开挖，采用风镐撬除强风化松散的岩石，局部风镐和挖机无法挖除的部位，可进行浅孔爆破进行开挖。随着堰基的下挖，在堰基上游部位可开挖一个排水坑，其高程低于堰基底部。坑内常备数台潜水泵进行排水，保证基础混凝土的浇筑施工
堰基开挖完成后则开始对围堰底板基础C15混凝土进行浇筑。由于基础混凝土浇筑方量较小，并根据现场实际地形情况，混凝土的浇筑入仓采用挖掘机入仓或搭设溜槽联合入仓的方式。围堰长度为30m，因此底板混凝土分两仓进行浇筑。堰基础混凝土浇筑完成后，则进行堰体M7.5浆砌石的砌筑。原则上利用坝肩开挖料，但从右坝肩目前岩层情况多为薄层状灰岩，层厚均不超过10cm，该种岩石原则上不能用于堰体浆砌石的砌筑。因此，在岩石不符合要求的前提下必须从料场选取较好块石运至围堰处施工。
浆砌石砌筑施工严格按照《浆砌石作业施工技术交底》的要求进行施工， 堰体浆砌石砌筑完成后，再其上游浇筑50cm厚C20面板混凝土。面板混凝土采用挖机入仓，人工振捣。面板混凝土高4.08m，分两层浇筑，每层高度2m。面板混凝土采用3015小型组合钢模架设，模板固定采用外撑钢管的形式。
6.2 下游围堰施工措施
下游围堰采用土石围堰结构形式，防渗闭气采用粘土斜墙填筑和土工膜防渗。利用填筑的下游戗堤向迎水面铺设土工膜，并在其基础上填筑粘土压实，实现闭气。5m截流的戗堤宽度为2.5m，上下游坡比也为1:1.5，戗堤顶高程与下游围堰堰顶等高。戗堤即做为围堰的主要结构，所以戗堤过程中尽量选择块石填筑，尤其为堰基选择较大块石，以形成较好的基础。土工膜采用人工铺设，大用块石压盖固定。之后利用戗堤形成的工作面向堰体迎水面倾倒粘土，粘土选择料场上较好的黄泥土。粘土倾倒完成后，挖掘机在围堰迎水面对粘土斜墙进行压实作业，并随后挖装块石进行护脚和护坡的施工。
7工程量清单和资源配置
上下游围堰工程量主要包含上游围堰C15三级配混凝土浇筑、堰基（肩）开挖、灌横缝橡胶止水、横缝隔沥青杉板等；其具体工程量如下所示:
表6-1 上下游围堰工程量清单
序号 1 项目名称 上游围堰项目
单位 数量 备 注 10
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1.1 底板C15三级配砼 1.2 C20二级配砼 1.3 堰基（肩）覆盖层开挖 1.4 堰基（肩）石方开挖 1.5 止水槽开挖 1.6 M7.5浆砌石 2 下游围堰项目 参照招标文件 围堰施工需投入设备如下：
m3 m3 m3 m3 m3 m3 261.35 61.2 428.78 188.49 19.2 358.39 30%土方比例计算 70%石方比例计算 0.8宽、0.8m深设计 表6-2 上下游围堰工程量清单
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
设备名称 挖掘机 挖掘机 装载机 小型拌和机 砂浆搅拌桶 振捣器 振捣器 手风钻 风镐 柴油空压机 自卸汽车
型号 （三一）315c （柳工）220 （临工）953 300L 200L φ70mm φ50mm YT28 3.5m3 15t 数量 1 1 1 1 1 2 4 6 15 3 4 备 注
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