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摘要：桑河二级水电站，为柬埔寨湄公河支流上的大型工程，三期截流施工难度较大。笔者在简要说明工程概况的前提下，着重论述了截流时段、龙口宽度、截流方式和截流选材等设计内容，同时介绍了截流施工技术。
关键词：柬埔寨 桑河电站 导流明渠 截流施工
1、工程概况
桑河二级水电站位于柬埔寨东北部上丁省西山区境内，电站北距柬埔寨～老挝边境线约70km，上游距斯雷波克河(Srepok)和桑河(Se San)汇合处1.5km，下游距赛公河(Se Kong)和桑河汇合处大约20km。枢纽主要有左右岸土坝、河床泄洪坝段、混凝土挡水坝段、河床式厂房等建筑物组成，坝顶全长6543m。本工程为一等工程，永久性主要建筑物为1 级建筑物，永久性次要建筑物为3 级建筑物，最大坝高56.5m，坝顶高程80m，电站正常蓄水位76m，总库容27.1亿m3，电站装机容量为400MW。
电站施工期采用分三期导流，一期导流为右侧主河床过流，在上下游和纵向土石围堰的保护下施工明渠（含明渠右侧导墙、拦石坎)；二期为明渠过流，上下游土石围堰保护下，施工除明渠占压的左岸土坝外的其余水工建筑物，三期为已建成的溢洪道过流明渠截流后形成的上下游土石围堰保护下，施工左岸明渠段土坝。
1.1、水文气象情况
桑河和斯雷波克河流域的径流随着季节变化，每年有汛期和枯水期。桑河流域内水文年分为两个季节，从7月到11月为汛期，从12月到次年6月为旱季，在旱季，最小流量发生在2～4月。
流域内气温平稳，没有寒冷季节，不同月份间的温差不大。本区域平均温度均在24℃以上。
1.2、工程地质情况
导流明渠位于坝址左岸岸边，沿线地形平缓，地面高程为47m～58m。表部冲洪积层厚度约为0.5m～3m，主要由砂卵砾石组成，夹有少量漂石及粉粘粒，其下为3m～5m厚的残坡积层，主要为含砾粘土，基覆面高程为47m～51m，其下为安山岩，全风化垂直深度一般为3m～6m；强风化垂直深度一般为5m～8.5m；弱风化岩体垂直深度一般为6.5m～11m；微风化岩体垂直深度一般为40m～45m。地下水埋深较浅，一般为4m～7m，水位线与地形线基本一致。
开挖完成后，导流明渠渠底高程46m～47m，渠底位于微风化安山岩之上，岩体中硬较完整，呈次块状～镶嵌结构，岩体工程地质类别主要为Ⅲ、Ⅱ类，抗冲流速6m/s～7m/s，局部断层及其影响带内岩体较破碎，呈碎裂状结构，岩体工程地质类别为Ⅳ～Ⅴ类，抗冲流速1m/s～2m/s。
1.3、工程施工特性
（1）受施工布置等限制，只能采取左岸进占，单戗单向立堵条件下进行，原河床10孔溢洪道分流，截流进占段明渠底板高程47m，溢洪道堰顶高程54m，坝前水位应上涨7m才开始分流，分流条件差。
（2）截流流量Q＝688m3/s合龙时，坝前水位在56.45m，截流闭气后终落差达9.45m。单戗堤截流时拦石坎3m坎后流速达8.18m/s，水力学指标较高，截流难度较大。
（3）坝址位于平原地段，施工布置比较方便，原河床宽度近400m，开挖后的明渠底宽160m，截流流量大，对同类条件的截流施工有参考意义。
（4）上游河道宽广，分流库水位时有一定的库容，也就是如果抛投强度很大，合龙时，分流建筑物还没有分流。流域上游在越南境内有两个已建电站，由于难于协调，因此本电站截流流量选择应综合考虑上游两座电站投运对桑河截流时段流量影响后的流量。
（5）电站建设位于国外，且为不发达国家，资源匮乏，难于像国内那样组织很多与截流相关的大型的施工设备，都是通用的土石方设备，只有选择合适的抛投料来满足截流需要。
2、截流模型试验情况
2.1试验内容
根据截流施工方案，截流试验是在单戗单向立堵条件下进行，电站截流模型试验主要进行①设计拦石坎情况下，截流流量在688m3/s、995m3/s时；以及设计在没有拦石坎情况下，截流流量在688m3/s时；戗堤非龙口段和龙口段进占过程各区段的水力学参数，并确定各区段抛投料物的类别、粒径、级配及数量。
2.2试验结论
（1）单戗单向立堵条件下进行截流方案，在设计拦石坎的情况下，两种流量截流均能顺利完成，截流各阶段戗堤下游堤头都受向左斜流冲刷，堤头会发生间歇性坍塌现象，截流过程中如果增加了大石的使用量，其堤头坍塌现象有一定减轻。
（2）在设计拦石坎2月10年一遇月平均流量Q=688m3/s截流条件下，龙口进占至30m前后，10孔溢流坝开始参与分流，龙口进占至10m宽度前溢流坝分流比例较小，之后闸孔分流比例快速增加，龙口宽度大约6.5m时龙口与闸孔分流量相当。
（3）拦石坎在截流过程中除了具有拦石的作用外，还具有降低龙口堤头段水头及流速的作用；可减少抛投材料流失，减轻截流难度；受拦石坎影响所形成的左侧斜向水流冲刷戗堤下游堤头，在截流过程中需要对戗堤下游堤头加强保护。拦石坎后最大流速接近8m/s，对下游渠道可能产生一定冲刷。
（4）截流材料主要以中石、大石、特大石为主，在设计拦石坎条件下，按1月20%流量Q=995m3/s提前截流，其龙口水流流态恶化，截流难度增加，需要增加大中石、特大石、钢筋石笼等截流材料用量。截流过程中材料流失多，为保证截流工程顺利实施，各级配抛投材料一定要准备充分。
3、截流设计
3.1截流流量
考虑截流后工期安排紧张，从2月份提前到1月下旬截流，截流河床水流量标准为：1月上旬平均流量为714m3/s。截流流量标准为5年一遇995m3/s。
3.2拦石坎设计
结合导流明渠三期截流需要，在桩号导上0-042.00位置设置混凝土拦石坎，拦石坎总长60.0m，设置二级台阶，台阶高度分别为1.0m、2.0m。导流明渠截流拦石坎布置及剖面图1、2。
图2 导流明渠截流拦石坎剖面图
3.3戗堤设计
（1）戗堤平面布置
三期上下游围堰布置于导流明渠内，截流戗堤为上游土石围堰的一部分，布置在上游土石围堰轴线的下游侧。截流戗堤轴线长约249m。由于采用左岸单戗堤单向进占截流方法，需将截流龙口设于明渠右侧；在截流前，修建临时道路至戗堤所在处。
（2）戗堤高程分析
戗堤顶部高程为58.00m，顶宽40m，戗堤上、下游边坡为1:1.5。根据截流模型试验水位流量关系曲线，1月份截流，戗堤闭气后的库水位为57.00m，比戗堤截流时的堤顶高程低1.0m，截流闭气后及时加高堤顶高度。
图4 三期导流阶段戗堤截流分区示意图
3.6截流材料与设备
根据模型试验以及考虑施工组织等存在不确定性，截流备料系数为1.5，主要备有各种截流料总计20万m3。其中大块石及特大石3万m3、钢筋铅丝石笼2200m3、2.2m3混凝土四面体100个。备料场到戗堤最大运距1.5公里。
截流施工设备主要有20T自卸汽车60台、1.0～2.0m3反铲16台、推土机4台。
4、截流施工
4.1非龙口段施工
根据截流设计，非龙口段预进占填筑长度169m。
非龙口段左堤头全部用小石填筑，填筑料采用自卸汽车运输，推土机配合施工，上游侧适当配合抛投少量大石，减少小石流失量。
左岸戗堤头进占的同时，靠岸坡侧的戗堤顶部及上游闭气尾随铺筑，并派装载机和人员养护路面、平整场地，确保龙口合龙过程中大型车辆畅通无阻。
4.2龙口段施工
在截流龙口段合龙前分析前3天工程区内天气预报，在预报小于截流流量的条件下进行截流合龙施工。本次截流龙口合龙施工期间，实际截流河道来水流量为630m3/s。
龙口段戗堤截流进占抛投时，采用堤头全断面进占和凸出下游挑角抛投两种进占方式。并依据抛投方式和主要抛投材料，将戗堤龙口80m段分为2个区段(龙I、龙II)。
（1）龙口段的划分及抛投方式
龙口段主要划分为2个区，即龙口I区和龙口II区。龙口I区为80m→60m填筑段，龙口II区为60m→0m段。截流戗堤龙口段主要采用全断面进占方式。
①龙口80m→60m
本阶段戗堤轴线上游堤头抛投小石、下游以中石为主配合大石平行进占。进占过程中堤头下游侧受斜向水流影响，出现间歇性坍塌现象，戗堤轴线以上坍塌频率较少、宽度小。戗堤下游堤头进占接近1m高拦石坎时，拦石坎左端斜向水流较强烈，造成戗堤下游堤头抛投料流失加快，截流进占困难，需抛投特大石保护。施工中轴线以下坍塌较为频繁、宽度较大，最宽度约15m。坍塌后堤头下游形成少一个三角区体型。
本阶段抛投截流材料小中石1.5万m3、大块石及特大石0.3万m3、钢筋铅丝石笼200m3。
② 60m→40m
本阶段，戗堤轴线以上以中小石进占，轴线下游以大中石混合进占为主；在50m龙口后截流困难，抛投特大石也会出现冲失现象，龙口流速随着龙口缩窄而继续加大，下游堤头最大流速约6.65m/s（40m龙口时），抛投料流失严重，本阶段合计抛投小中石1.35万m3、大块石及特大石0.55万m3、钢筋铅丝石笼320m3。
③龙口40m→20m
本阶段是截流相对困难段，堤头全断面平行进占，戗堤上下游以中石进占，同时混合大石及特大石进占，同时斜向水流依然存在，由于下游侧堤头不平齐上游堤头，特大石和石笼串也出现了流失严重，流态比较紊乱，采取了抛投钢筋铅丝笼串，钢筋铅丝笼2方一个，用钢丝绳将12个或16个联成一串，3台推土机同时抛投。钢筋笼串在后续进占中石料时容易破损，进而失去作用，此时采取了在水位以下抛投了四面体串，单个四面体2.2方。至龙口20m，本阶段合计抛投小中石1.30万m3、大块石及特大石0.67万m3、钢筋铅丝石笼580m3、混凝土四面体10个。
④ 在龙口20m→0m
龙口20m→10m阶段，戗堤堤头全断面中、大石混合平行进占，同时抛投钢筋铅丝笼串、四面体串。在进占到17m时，由于上游冒进，出现堤头往回塌方3米长情况，单独抛投大块石或特大石甚至单个四面体都出现流失情况。故下游侧采用了特大石进占，上游侧采取钢筋铅丝石笼串抛投，四面体采取4个联成整体下沉底部抗冲。
当龙口接近10m后，从戗堤轴线上游提前进占至合龙后，戗堤轴线下游用中小石跟进闭气。
本阶段抛投小中石1.20万m3、大块石及特大石0.83万m3、钢筋铅丝石笼750m3、混凝土四面体58个。
（2）堤头设备布置及车辆行驶调度
本次截流的截流料种类比较多，单向进占，为满足抛投强度要求，配置的水平运输车辆比较多，堤头设备布置及车辆行驶调度非常重要。截流施工时，戗堤抛投运输车辆在堤头分成4路纵队，在戗堤全段面推进抛投时堤头布置4个卸料点，不同抛投料车队分别配以不同颜色的标志，堤头指挥人员以相应颜色的旗帜分区段按要求指挥编队和卸料。布置好堤头推土机停放部位。汽车的具体调头、编队、卸料区域位置布置清晰。并在截流预进占部位进行了演练。
5、结束语
柬埔寨桑河水电站截流施工于2017年1月1日开始戗堤非龙口段进占抛投，1月10号完成非龙口段施工，1月18日开始龙口段进占，1月20日龙口合拢，工程截流顺利完成。在进行龙口段60个小时的施工过程中，堤头单位平均抛投强度达到1100方/小时，最大的抛投强度达2000方方/小时，通过现场实施与截流模型试验的比较，有如下体会：
（1）境外不发达国家进行河道截流施工，由于相应的截流设备只能有通用设备，在截流方法应考虑设备的适应性。比如设置合理的戗堤，通过增加设备数量来达到设计需要的抛投的强度。
（2）此类平原地区的宽河床明渠截流，增加了拦石坎设置，拦石坎在截流过程中除了具有拦石的作用外，还具有降低龙口堤头段水头及流速的作用，可减少抛投材料流失，减轻截流难度，但在设计拦石坎各种试验工况下，龙口出流都受到拦石坎影响形成向左的斜向流，冲刷戗堤下游堤头，导致抛投料严重流失，戗堤局部坍塌。拦石坎的布置位置和方式非常重要，如果在每一级拦石坎的左端向上游增加3m长的同高齿坎，在试验过程中受齿坎引导作用，截流进占各阶段龙口左侧斜向水流强度减小，戗堤下游堤头冲刷明显降低，截流进占难度也有所减小。另外拦石坎后最大流速接近8m/s，对下游渠道可能产生一定冲刷。
（3）截流的现场组织施工非常重要，此类明渠的截流施工，与传统的河道截流有所不同，在截流进占施工组织过程中，需要注意充分发挥宽戗堤的作用，保证设计宽度的戗堤同步进占，如果上游侧戗堤冒进，下游侧戗堤不同步进占，受拦石坎影响形成的斜向水流作用会放大，下游侧戗堤就会坍塌三角区域，导致龙口流态紊乱，将大大增加截流的难度。同时注意利用截流模型试验修正截流现场组织施工。
柬埔寨电站三期导流明渠的成功截流，对以后同类工程的平原地区大流量导流明渠截流施工具备一定的参考性。
论文作者:李风标
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/2/9
标签：龙口论文; 石坎论文; 明渠论文; 下游论文; 大石论文; 铅丝论文; 流量论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;