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【摘要】水电站施工导流工程中围堰防渗体的型式具有多样性，从现场施工条件、质量、工期以及成本的角度出发，将粘土斜墙防渗体与上、下游围堰高压摆喷防渗体结合纵向围堰粘土芯墙防渗体两种型式分析比对，形成一项新防渗技术，可为其它的坝（堰）防渗处理提供借鉴。
【关键词】导流工程；高压摆喷；粘土心墙；粘土斜墙；分析
Abstract: The types of cofferdam impervious body during the construction of hydropower station own great diversity. A new cutoff technology is formed on the basis of the comparison and contrast between clay inclined wall seepage control and the cofferdam, impermeable clay core wall of the upper reaches, downstream with longitudinal cofferdam, which can provide reference for the seepage control treatment of other dams.
Key words: diversion engineering; high pressure jet; clay core wall; clay sloping; analysis;
中图分类号：TV551.3[文献标识码] A文章编号：
1前言
石龙水电站厂房位于坝址下游2.7Km处的松江河左岸，厂房纵轴线方位角为NE43°30′。厂区地面高程452.55m，进水口底高程为485.50m。导流设施主要分为厂区导流工程及进水口导流工程。根据保护对象、地形特征、水文条件及施工保护期的不同，采用了不同的型式及导流标准。
松江河自北东～南西向呈“C”形流经厂房导流区，平水期水面宽39m～58m，水深0.5m～3.2m。河流靠近左岸山脚流过。左岸山体比高100m，岸坡坡度约50°～55°。右岸有漫滩、一级阶地组成。漫滩宽43m～147m，地面高程444.5m～447.6m；漫滩后缘为一级阶地，宽55m～116m，地面高程447.6m～451.9m左右，地势较平坦。
厂房区导流方式为右岸明渠导流，根据各期保护对象不同挡水分两期设计，由挡大汛围堰及挡枯水上、下游及纵向子围堰组成。厂房所在的左岸地形较陡，覆盖层主要为粉土夹碎块石，厚度1m～1.4m，松散。明渠所在的右岸河漫滩覆盖层主要由砂卵砾石组成，结构松散，厚度不均一，一般厚度为2.0m～3.0m，局部大于4m，結构松散～稍密，其渗透系数K=84m/d～147m/d。
基岩主要为震旦系中统中薄层灰岩，呈中等风化状态，岩质较坚硬，较完整，渗透性弱，其透水率q≤5Lu。
导流子围堰平面布置采用“C”型布置，堰顶设计宽度为6m，主堰体采用堆石填筑，迎水面采用粘土斜墙防渗形式，主要用于保护厂房区开挖、厂区尾水导墙及厂房的部分地下混凝土作业。按设计要求本年度9月下旬形成一期截流戗堤，设计洪水标准为同期的5年一遇洪水位，相应的导流流量为80.6m3/s，上游戗堤顶高程为446.66m（较设计洪水位提高1m，下同），下游戗堤顶高程为445.94m，纵向戗堤顶高程为446.66m～445.94m；第二年汛前期采用围堰全断面挡水（第一年年末形成），设计洪水标准为同期的5年一遇洪水位，相应的导流流量为491m3/s，上游围堰顶高程为448.89m，下游戗堤顶高程为447.27m，纵向戗堤顶高程为448.89m～447.27m，设计挡水期为2006年9月底至2007年7月初。
2粘土斜墙方案技术分析
根据招标文件提供的技术资料、导流工程设计图纸及我单位获取的有关资料和工程经验，现对粘土斜墙防渗方案叙述如下：
本工程上游子围堰中心线以下覆盖层最大厚度为4m，河床最深处覆盖层厚度为1.4m，覆盖层平均厚度为3.0m；纵向子围堰中心线以下覆盖层最大厚度为5.33m，覆盖层平均厚度为4.78m；下游子围堰中心线以下覆盖层最大厚度为4m，河床最深处覆盖层厚度为3.6m，覆盖层平均厚度为3.44m；我单位也根据上述地质断面资料进行了挖探，揭示的情况基本与资料相符。
根据我单位近期对河床断面的测量，上游围堰处河床最低处高程约为442.03m，下游围堰处河床最低处高程约为441.44m；根据围堰填筑期（9月中旬）同期的流量情况（P=20%）及“石龙水电站厂房尾水出口水位流量关系”表可以测算：单机发电时流量（考虑区间汇入流量）按100m3/s计，上游围堰处对应的水位为445.20m（已考虑河床底坡降），最大水深为3.17m；双机发电时流量（考虑区间汇入流量）按200m3/s计，对应的水位为445.63m（已考虑河床底坡降），最大水深为3.6m；下游围堰处对应的水位为444.90m（已考虑河床底坡降），最大水深为3.46m；双机发电时流量（考虑区间汇入流量）按200m3/s计，对应的水位为445.33m（已考虑河床底坡降），最大水深为3.89m。
围堰施工期正值汛后蓄洪发电，须考虑小山电站发电的影响，可按单机发电流量考虑，则上游围堰处最大水深为3.17m，平均水深为1.93m，水面至覆盖层基底的平均高度为4.93m；下游围堰处最大水深为3.46m，平均水深为2.17m，水面至覆盖层基底的平均高度为5.61m；相应上下游围堰粘土斜墙水下施工平均垂直高度分别为4.93m和5.61m（未考虑斜墙对轴线的偏差），一般1m3的反铲挖掘机最大垂直工作深度在5～6.5m（此时的工作半径约为6～8m），而斜墙最远端距堰轴线约24m，按原设计断面，须将堰体向斜墙方向扩填出约15m方可形成反铲挖掘机工作平台，土方填筑量增加约5000m3，拆除量按5000×0.8=4000m3，以保证粘土斜墙基底部位的施工，这样将大大增加围堰填筑量及开挖量，工程造价相应增加分别约为9万元；若施工期采用停机，对小山电站影响较大，开挖阶段按3工日计，填筑阶段按5个工日计。
在动水下开挖砂砾卵石，不易保证断面尺寸及基面清理，粘土在5m左右的水下填筑无法夯压，不易保证其密实度，且垫层和块石护坡无法水下施工；动水施工同时又增加了细填筑料（粘土及反滤料）的流失，使填筑量较设计有所增加（按10%计，工程造价相应增1万元）。斜墙工艺做法较复杂，该方案子围堰计划总工期为45天，可在10月上旬完成。
根据设计意图及我单位的工期安排，子围堰须保护厂房区的一、二期开挖（基坑最深处约水下23m）厂区挡墙及尾水导墙，如出现防渗处理不好，势必增加上述作业的施工难度（尤其是厂房二期开挖），增加施工期的排水强度，导致施工费用急剧增加（施工期非经常性排水将增加约6万；开挖措施费按每方0.5元计，将增加5万元）。
综上所述粘土斜墙防渗方案在技术上可行性很差，填筑量较大，不易保证施工质量和费用，工期相对较长，且风险较大。
3纵向围堰粘土芯墙方案技术分析
纵向围堰地处河床右岸漫滩，根据实测地形资料，基本不受单、双机发电水位影响，覆盖层开挖和粘土芯墙填筑可在静水条件下施工，较粘土斜墙方案易保证施工质量，防渗效果易保证；同时可节约部分覆盖层开挖量和回填量，工期安排较灵活；工艺简单，可缩短工期。但与一期戗堤以下全断面高压摆喷方案相比，存在施工难度较大（水下填筑及接头处理），芯填填筑时须安排强排水（增加造价约2万元），且增加粘土填筑量（约1800m3）和弃渣量（约1800m3），施工作业不连续。由于围堰轴线离明渠轴线较近，且征地范围的限制，开挖料回填前堆存存在难度，同时无法满足施工道路的布置，施工须安排在明渠开挖前进行。
4上、下游圍堰高压摆喷芯墙方案技术分析
高压摆喷作为一项较成熟的防渗技术，近年来在各水电站基础防渗施工中成功应用。高压喷射灌浆的机理是置换灌浆，即利用置于钻孔中的喷射管，通过高压水（浆）、气同轴喷射，在提升过程中，高压水（浆）、气射流使土体被冲切，经高压水（浆）、气的搅拌作用成为泥浆，同时由下而上灌注纯水泥浆或水泥砂浆，使泥浆被升扬置换到地面，形成渗透系数小，具有一定强度的凝结体，达到堰（坝）体防渗和提高地基承载力的作用，定喷适应于粉土、沙土；摆喷、旋喷适应于粉土、沙土、砾石和卵（碎）石地层。本工程因设计洪水水头较低，堰基地质条件适宜，且成墙高度均小于8m，故适宜采用该技术；定喷技术虽然在造价上有一定优势，但对地质条件要求太高（因其喷射机理限制对砂砾石含量高、块径大等不宜使用），存在一定的风险性，根据现有厂区地质资料揭示的情况，该工程中不宜采用该技术。
4.1高喷灌浆优点
(1) 可灌性好：只要高压射流能破坏的地层均可处理，尤其是夹杂在地层中的各类土，效果更为明显，不存在一般注浆的可灌性问题。
(2) 可控性好：对块、卵石层的较大空隙及集中渗漏的空间，以高压喷射射流辅以绕流、位移、袱裹等作用使地层颗粒或级配料给予充填封堵，效果良好。
(3) 连接可靠：喷射板墙自身及它与周边建筑物在上下、左右、前后都能连接。连接处无杂物。
(4) 机动灵活：该工艺不需要对地层开挖，而在钻孔内的任意高度上，利用不同的喷射方式即可进行加固。也可在水上对水下隐患进行处理。另外其板墙物理力学指标可人为通过浆液予以调整。
(5) 适应地层广深度较大：从中细砂地层到目前包括球体在内的所有第四系地层，均可构筑高压喷射灌浆板墙或桩，最深度目前达80余米。
(6) 施工场地要求不高：相对于其他工艺，它无需护壁浆液和混凝土制作浇注系统，对施工场所亦要求不高。
(7) 可用于软基加固：它可用于软基加固和松散体的整体固化。
4.2分析
该组合方案与原设计的斜墙方案比较，优点如下：因地制宜，考虑施工期的堰顶交通流量较小，堰顶宽度按4m考虑，堰体断面可适当减小填筑作业量（约4000 m3）及拆除作业量（约3500 m3）相应有所减少；堆石体填筑量增加可充分利用开挖料，减少外运及外购料；水下作业工程量显著减少（土方开挖约8000 m3，砂砾石回约3000 m3）；工艺较简单，主堰体一次填筑成型，大大缩短工期；根据以往施工经验，其质量易保证；施工在戗堤平台上，基本不受发电水位的影响；可利用该围堰及大汛围堰保护进行厂房二期开挖及地下砼的施工，减少施工期排水强度，减小施工难度；可充分利用施工作业面合理布置施工设备，工期弹性很大；施工工期较斜墙方案缩短，该方案子围堰计划总工期为40天，可在10月上旬完成，对直线工期影响小。缺点是须对成孔部位进行查探，掌握覆盖层情况。我单位已联合设计单位，对该部位进行咨询，地质情况针对该方案较理想；防渗墙体拆除有一定难度。
5两方案的经济可行性分析
根据施工合同、设计施工图及我单位以往的施工经验，初步拟定高压摆喷防渗方案的断面型式，并根据上、下游围堰及纵向围的地质断面图进行分析计算，现就两方案有关经济数进行比较如下：
根据计算分析结果、工程经验及地质情况，拟在上、下游围堰处选用高压摆喷和纵向围堰粘土芯墙方案，考虑增项因素，较原设计节约造价13395元。
考虑其它因素，新方案较原方案造价将仍有节约潜力。
6结束语
综合上述技术及经济分析资料，我认为该方案与原设计粘土斜墙方案相比在技术及经济两方面都有优势，特别在技术可行性上优势明显，可全面满足导流期及厂房水下部分施工期的各项要求；作为工程的一项新技术，可为其的坝（堰）防渗处理提供借鉴。
参考文献：
[1]《水利水电工程施工组织设计手册》(1~4)，中国水利水电出版社，1997；
[2] 梁润，《施工技术》，水利电力出版社，1985。
【关键词】导流工程；高压摆喷；粘土心墙；粘土斜墙；分析
Abstract: The types of cofferdam impervious body during the construction of hydropower station own great diversity. A new cutoff technology is formed on the basis of the comparison and contrast between clay inclined wall seepage control and the cofferdam, impermeable clay core wall of the upper reaches, downstream with longitudinal cofferdam, which can provide reference for the seepage control treatment of other dams.
Key words: diversion engineering; high pressure jet; clay core wall; clay sloping; analysis;
中图分类号：TV551.3[文献标识码] A文章编号：
1前言
石龙水电站厂房位于坝址下游2.7Km处的松江河左岸，厂房纵轴线方位角为NE43°30′。厂区地面高程452.55m，进水口底高程为485.50m。导流设施主要分为厂区导流工程及进水口导流工程。根据保护对象、地形特征、水文条件及施工保护期的不同，采用了不同的型式及导流标准。
松江河自北东～南西向呈“C”形流经厂房导流区，平水期水面宽39m～58m，水深0.5m～3.2m。河流靠近左岸山脚流过。左岸山体比高100m，岸坡坡度约50°～55°。右岸有漫滩、一级阶地组成。漫滩宽43m～147m，地面高程444.5m～447.6m；漫滩后缘为一级阶地，宽55m～116m，地面高程447.6m～451.9m左右，地势较平坦。
厂房区导流方式为右岸明渠导流，根据各期保护对象不同挡水分两期设计，由挡大汛围堰及挡枯水上、下游及纵向子围堰组成。厂房所在的左岸地形较陡，覆盖层主要为粉土夹碎块石，厚度1m～1.4m，松散。明渠所在的右岸河漫滩覆盖层主要由砂卵砾石组成，结构松散，厚度不均一，一般厚度为2.0m～3.0m，局部大于4m，結构松散～稍密，其渗透系数K=84m/d～147m/d。
基岩主要为震旦系中统中薄层灰岩，呈中等风化状态，岩质较坚硬，较完整，渗透性弱，其透水率q≤5Lu。
导流子围堰平面布置采用“C”型布置，堰顶设计宽度为6m，主堰体采用堆石填筑，迎水面采用粘土斜墙防渗形式，主要用于保护厂房区开挖、厂区尾水导墙及厂房的部分地下混凝土作业。按设计要求本年度9月下旬形成一期截流戗堤，设计洪水标准为同期的5年一遇洪水位，相应的导流流量为80.6m3/s，上游戗堤顶高程为446.66m（较设计洪水位提高1m，下同），下游戗堤顶高程为445.94m，纵向戗堤顶高程为446.66m～445.94m；第二年汛前期采用围堰全断面挡水（第一年年末形成），设计洪水标准为同期的5年一遇洪水位，相应的导流流量为491m3/s，上游围堰顶高程为448.89m，下游戗堤顶高程为447.27m，纵向戗堤顶高程为448.89m～447.27m，设计挡水期为2006年9月底至2007年7月初。
2粘土斜墙方案技术分析
根据招标文件提供的技术资料、导流工程设计图纸及我单位获取的有关资料和工程经验，现对粘土斜墙防渗方案叙述如下：
本工程上游子围堰中心线以下覆盖层最大厚度为4m，河床最深处覆盖层厚度为1.4m，覆盖层平均厚度为3.0m；纵向子围堰中心线以下覆盖层最大厚度为5.33m，覆盖层平均厚度为4.78m；下游子围堰中心线以下覆盖层最大厚度为4m，河床最深处覆盖层厚度为3.6m，覆盖层平均厚度为3.44m；我单位也根据上述地质断面资料进行了挖探，揭示的情况基本与资料相符。
根据我单位近期对河床断面的测量，上游围堰处河床最低处高程约为442.03m，下游围堰处河床最低处高程约为441.44m；根据围堰填筑期（9月中旬）同期的流量情况（P=20%）及“石龙水电站厂房尾水出口水位流量关系”表可以测算：单机发电时流量（考虑区间汇入流量）按100m3/s计，上游围堰处对应的水位为445.20m（已考虑河床底坡降），最大水深为3.17m；双机发电时流量（考虑区间汇入流量）按200m3/s计，对应的水位为445.63m（已考虑河床底坡降），最大水深为3.6m；下游围堰处对应的水位为444.90m（已考虑河床底坡降），最大水深为3.46m；双机发电时流量（考虑区间汇入流量）按200m3/s计，对应的水位为445.33m（已考虑河床底坡降），最大水深为3.89m。
围堰施工期正值汛后蓄洪发电，须考虑小山电站发电的影响，可按单机发电流量考虑，则上游围堰处最大水深为3.17m，平均水深为1.93m，水面至覆盖层基底的平均高度为4.93m；下游围堰处最大水深为3.46m，平均水深为2.17m，水面至覆盖层基底的平均高度为5.61m；相应上下游围堰粘土斜墙水下施工平均垂直高度分别为4.93m和5.61m（未考虑斜墙对轴线的偏差），一般1m3的反铲挖掘机最大垂直工作深度在5～6.5m（此时的工作半径约为6～8m），而斜墙最远端距堰轴线约24m，按原设计断面，须将堰体向斜墙方向扩填出约15m方可形成反铲挖掘机工作平台，土方填筑量增加约5000m3，拆除量按5000×0.8=4000m3，以保证粘土斜墙基底部位的施工，这样将大大增加围堰填筑量及开挖量，工程造价相应增加分别约为9万元；若施工期采用停机，对小山电站影响较大，开挖阶段按3工日计，填筑阶段按5个工日计。
在动水下开挖砂砾卵石，不易保证断面尺寸及基面清理，粘土在5m左右的水下填筑无法夯压，不易保证其密实度，且垫层和块石护坡无法水下施工；动水施工同时又增加了细填筑料（粘土及反滤料）的流失，使填筑量较设计有所增加（按10%计，工程造价相应增1万元）。斜墙工艺做法较复杂，该方案子围堰计划总工期为45天，可在10月上旬完成。
根据设计意图及我单位的工期安排，子围堰须保护厂房区的一、二期开挖（基坑最深处约水下23m）厂区挡墙及尾水导墙，如出现防渗处理不好，势必增加上述作业的施工难度（尤其是厂房二期开挖），增加施工期的排水强度，导致施工费用急剧增加（施工期非经常性排水将增加约6万；开挖措施费按每方0.5元计，将增加5万元）。
综上所述粘土斜墙防渗方案在技术上可行性很差，填筑量较大，不易保证施工质量和费用，工期相对较长，且风险较大。
3纵向围堰粘土芯墙方案技术分析
纵向围堰地处河床右岸漫滩，根据实测地形资料，基本不受单、双机发电水位影响，覆盖层开挖和粘土芯墙填筑可在静水条件下施工，较粘土斜墙方案易保证施工质量，防渗效果易保证；同时可节约部分覆盖层开挖量和回填量，工期安排较灵活；工艺简单，可缩短工期。但与一期戗堤以下全断面高压摆喷方案相比，存在施工难度较大（水下填筑及接头处理），芯填填筑时须安排强排水（增加造价约2万元），且增加粘土填筑量（约1800m3）和弃渣量（约1800m3），施工作业不连续。由于围堰轴线离明渠轴线较近，且征地范围的限制，开挖料回填前堆存存在难度，同时无法满足施工道路的布置，施工须安排在明渠开挖前进行。
4上、下游圍堰高压摆喷芯墙方案技术分析
高压摆喷作为一项较成熟的防渗技术，近年来在各水电站基础防渗施工中成功应用。高压喷射灌浆的机理是置换灌浆，即利用置于钻孔中的喷射管，通过高压水（浆）、气同轴喷射，在提升过程中，高压水（浆）、气射流使土体被冲切，经高压水（浆）、气的搅拌作用成为泥浆，同时由下而上灌注纯水泥浆或水泥砂浆，使泥浆被升扬置换到地面，形成渗透系数小，具有一定强度的凝结体，达到堰（坝）体防渗和提高地基承载力的作用，定喷适应于粉土、沙土；摆喷、旋喷适应于粉土、沙土、砾石和卵（碎）石地层。本工程因设计洪水水头较低，堰基地质条件适宜，且成墙高度均小于8m，故适宜采用该技术；定喷技术虽然在造价上有一定优势，但对地质条件要求太高（因其喷射机理限制对砂砾石含量高、块径大等不宜使用），存在一定的风险性，根据现有厂区地质资料揭示的情况，该工程中不宜采用该技术。
4.1高喷灌浆优点
(1) 可灌性好：只要高压射流能破坏的地层均可处理，尤其是夹杂在地层中的各类土，效果更为明显，不存在一般注浆的可灌性问题。
(2) 可控性好：对块、卵石层的较大空隙及集中渗漏的空间，以高压喷射射流辅以绕流、位移、袱裹等作用使地层颗粒或级配料给予充填封堵，效果良好。
(3) 连接可靠：喷射板墙自身及它与周边建筑物在上下、左右、前后都能连接。连接处无杂物。
(4) 机动灵活：该工艺不需要对地层开挖，而在钻孔内的任意高度上，利用不同的喷射方式即可进行加固。也可在水上对水下隐患进行处理。另外其板墙物理力学指标可人为通过浆液予以调整。
(5) 适应地层广深度较大：从中细砂地层到目前包括球体在内的所有第四系地层，均可构筑高压喷射灌浆板墙或桩，最深度目前达80余米。
(6) 施工场地要求不高：相对于其他工艺，它无需护壁浆液和混凝土制作浇注系统，对施工场所亦要求不高。
(7) 可用于软基加固：它可用于软基加固和松散体的整体固化。
4.2分析
该组合方案与原设计的斜墙方案比较，优点如下：因地制宜，考虑施工期的堰顶交通流量较小，堰顶宽度按4m考虑，堰体断面可适当减小填筑作业量（约4000 m3）及拆除作业量（约3500 m3）相应有所减少；堆石体填筑量增加可充分利用开挖料，减少外运及外购料；水下作业工程量显著减少（土方开挖约8000 m3，砂砾石回约3000 m3）；工艺较简单，主堰体一次填筑成型，大大缩短工期；根据以往施工经验，其质量易保证；施工在戗堤平台上，基本不受发电水位的影响；可利用该围堰及大汛围堰保护进行厂房二期开挖及地下砼的施工，减少施工期排水强度，减小施工难度；可充分利用施工作业面合理布置施工设备，工期弹性很大；施工工期较斜墙方案缩短，该方案子围堰计划总工期为40天，可在10月上旬完成，对直线工期影响小。缺点是须对成孔部位进行查探，掌握覆盖层情况。我单位已联合设计单位，对该部位进行咨询，地质情况针对该方案较理想；防渗墙体拆除有一定难度。
5两方案的经济可行性分析
根据施工合同、设计施工图及我单位以往的施工经验，初步拟定高压摆喷防渗方案的断面型式，并根据上、下游围堰及纵向围的地质断面图进行分析计算，现就两方案有关经济数进行比较如下：
根据计算分析结果、工程经验及地质情况，拟在上、下游围堰处选用高压摆喷和纵向围堰粘土芯墙方案，考虑增项因素，较原设计节约造价13395元。
考虑其它因素，新方案较原方案造价将仍有节约潜力。
6结束语
综合上述技术及经济分析资料，我认为该方案与原设计粘土斜墙方案相比在技术及经济两方面都有优势，特别在技术可行性上优势明显，可全面满足导流期及厂房水下部分施工期的各项要求；作为工程的一项新技术，可为其的坝（堰）防渗处理提供借鉴。
参考文献：
[1]《水利水电工程施工组织设计手册》(1~4)，中国水利水电出版社，1997；
[2] 梁润，《施工技术》，水利电力出版社，1985。