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摘要：都柳江大融航电枢纽二期工程围堰为过水土石围堰，围堰护面结构是否安全可靠直接关系到围堰能否安全运行。本工程从安全、技术、经济效益等方面对围堰护面结构的选取进行对比分析，最终选取模袋砼作为围堰的护面结构，达到了预期的经济效益和安全目标，可供同类工程参考。
关键词：围堰；护面；选择
1、概述
都柳江大融航电枢纽工程位于贵州省黔东南州从江县境内，处于柳江干流中上游都柳江河段，为都柳江干流梯级规划中的第10级。枢纽工程建成后的主要任务有通航、泄洪、发电，工程从左至右依次布置有：左岸重力坝，厂房，泄洪闸，船闸，右岸重力坝。本工程分两期进行施工，一期施工左岸重力坝、厂房、泄洪闸坝（2孔）、左岸护坡等，二期则在上下游横向土石围堰及纵向砼围堰的保护下施工剩余泄洪闸坝（5孔）、船闸、右岸重力坝、右岸护坡等，如图1所示。
图1 围堰平面布置图
二期上下游围堰堰体由土石混合料填筑而成，挡水标准为5年一遇枯水期（11月1日至次年4月30日）洪水，相应洪水流量Q=980m3/s，汛期（4月30日至次年10月30日）围堰过水。
2、围堰护面结构的比选
2.1围堰护面结构的基本要求
围堰护面结构的主要作用是保护土石混合料堆体不被水流冲刷破坏，因此，要求其要有足够的强度和稳定性，此外，当堆体和地基发生沉陷时，要求护面结构能适应变形而不被折断。
2.2围堰护面结构型式的初步选择
查阅《水利水电工程施工手册—施工导（截流）工程与度汛工程》可知，目前，国内外水利水电工程施工中，已经采用过的过水围堰护面结构型式主要有：砼护面、沥青砼护面、干砌石护面、浆砌石护面、钢筋石笼护面、大块体护面等。
在本工程中，设计方案中的围堰护面结构型式为“块石+浆砌石+钢筋石笼”，即横向土石围堰迎水侧采用1m厚块石及浆砌石护坡，背水侧采用1m厚浆砌石及钢筋石笼进行护坡，如下图所示：
图2 上游横向围堰断面（设计）
考虑到（1）二期围堰施工场地有限，如采用设计方案，施工布置需要统筹考虑块石料场地、钢筋笼堆放场地和吊车吊转场地，从而导致各项施工环节间相互干扰；（2）砌石工程量大，加上工期紧，因而，劳动力资源要求高，钢筋笼制作需要大量熟练钢筋工、电焊工，块石砌筑需要大量熟练工人；（3）钢筋石笼在后期围堰拆除时，不便于直接采用反铲挖除。因此，本工程决定不采用设计单位提供的围堰护面结构型式，结合类似工程施工经验，初步计划选择砼护面或模袋砼护面结构型式。
2.3 砼护面和模袋砼护面厚度计算
（1）砼护面厚度计算
砼护面是常用的防冲结构型式，国内外绝大多数的水利水电工程过水围堰均采用此种防护结构型式，其厚度可按下面公式进行估算。
式 中：δ—混凝土护面体厚度，m；K—安全系数值，一般取K = 1.0～ 1.3；γ—水容重，1.0t/m3；γc—混凝土容重，2.4t/m3；c一渗透压力系数，取0.1～0.2；α一脉动压力系数，一般取α= 0.05～0.1；一般在混凝土护面上游区α=0.05，混凝土护面下游取 a =0.1；β一变动水压力及淹没影响系数，一般取 = 1.0；hB一下游水深，8m；g一重力加速度；v一计算断面上平均流速，3m/s。
代入数据得δ=0.58m。
（2）模袋砼护面厚度计算
参照《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98）中有关规定，模袋砼平均厚度可按下式进行计算：
式中：c—面板系数，大块砼护面，c=1；m—坡比，m=2；Rc—砼的容重（24kN/ m3）；Rw—水的容重（10kN/ m3）；Hw—设计波高，Hw =5.2m；Lw—设计波长，Lw=7m；Lr—垂直于水边线的护坡长度，Lr =24m。
代入数据得h=0.26m。
2.4三种围堰护面结构型式对比分析
（1）从工程造价上对比分析
从上表可知，采用模袋砼护面工程造价最省，其次是砼护面，“浆砌石+干砌石+钢筋石笼”护面所需费用最高。
（2）从施工工期上对比分析
根据类似工程施工经验，采用钢筋笼、块石和浆砌块石护面，施工时间至少需要90天（按照50个熟练工人，每人每天砌筑量约为3m3计）；采用砼护面，施工时间至少需要60天（按照50个熟练工人，平均每人每天浇筑10m2计）；采用模袋砼护面，施工时间为20天（按照15个熟练工人，平均每人每天浇筑100 m2计）。
从以上分析可知，模袋砼护面施工使用人工最少、效率最高、施工工期最短，其次是采用砼护面，施工工期最长、耗用人工最多的是“浆砌石+干砌石+钢筋石笼”护面结构型式。
（3）从安全性上对比分析
根据《水利水电工程施工手册—施工导（截流）工程与度汛工程》中关于对国内外若干水利水电工程过水土石围堰运用状况分析表明，围堰过水后，“浆砌石+干砌石+钢筋石笼”护面损毁状况比砼护面严重，因而，砼护面安全性优于砌石护面，而模袋砼对围堰则是完全覆盖，且无分缝设置，加上模袋布致密的特性，围堰堆体细小颗粒很难被水带走，因此，其安全性能优于砼护面。此外，包裹砼的模袋犹如两层“钢筋网”，从而使其具有良好的柔性，能够适应围堰堆体及基础的不均匀沉降，从这一点上来讲，模袋砼护面优于素砼护面。
（4）从施工技术上对比分析
综观三种护面结构型式，砌石护面施工技术是最为传统的技术，然而，其施工质量却是最难控制的；砼护面施工技术成熟，施工难度相对砌石较高，施工质量较为有保障；模袋混凝土技术则是我国上世纪80年代初从国外引进的一项现浇混凝土技术，由于其具有整体性好、可以在水下施工等特点，目前已广泛应用于道路、河渠、海堤、港湾等工程，施工技术较为成熟，施工质量较为有保障。
2.5大融航电二期围堰护面结构选型
通过以上分析可知，采用模袋砼护面结构型式，无论从工程造价、施工工期、安全性能以及施工技术的先进性、可靠性等方面都有着明显的优势，因此，都柳江大融二期围堰护面结构最终采用模袋砼（厚30cm），围堰堰体断面型式及坡比均与设计一致，如图3所示：
图3 上游横向围堰断面（最终采用）
3、实施效果
都柳江大融航电枢纽二期工程通过调整围堰护坡结构方案，不仅节省工程直接费用318.75万元，还大大缩短了围堰施工工期，模袋砼护坡自2016年1月15日开始施工，至2月1日全部施工完成，施工时间仅有16天。目前，该围堰已经历了“4月7日”枯期超标洪水以及5月份以来汛期洪水过堰的多次考验，运行状况依然良好，因此，该护坡结构型式达到了经济效益和安全双重目标。
4、结语
在水利水电工程施工中，围堰工程虽然是一种临时性挡水建筑物，但其作用却是至关重要的，围堰工程是否安全可靠直接关系到主体工程能否顺利实施，过水围堰因其特殊的运用条件，其重要性愈发凸显，因此，在选取围堰工程施工方案时，必须要经过充分的分析、论证，才能选取安全可靠、经济合理的最优方案。
参考文献：
[1]水利水电工程施工手册.施工导（截）流与度汛工程. 北京：中国电力出版社，2005.
[2]SL/T 225-98水利水电工程土工合成材料应用技术规范. 北京：中华人民共和国水利部.2000.
[3]胡军华，张文棹. 溢流土石围堰防冲估算.云南：云南水力发电.2012.
论文作者:马帅
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/5
标签：围堰论文; 结构论文; 型式论文; 柳江论文; 工程论文; 钢筋论文; 石笼论文; 《基层建设》2016年11期论文;