劉科良
(山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,山西 太原 030024)
陳家灣水庫(kù)位于黃河流域三川河水系的南川河中游,是一座以防洪灌溉為主、兼顧養(yǎng)魚(yú)發(fā)電的水庫(kù)。壩址位于中陽(yáng)縣寧鄉(xiāng)鎮(zhèn)陳家灣村,總庫(kù)容1012萬(wàn)m3,屬中型水庫(kù),工程等別為Ⅲ等,主要建筑物大壩、泄洪供水發(fā)電隧洞、溢洪道級(jí)別為3級(jí),次要建筑物壩后式水電站級(jí)別為4級(jí)。
水庫(kù)樞紐工程由大壩、溢洪道、泄洪供水發(fā)電隧洞、壩后水電站、壩下原輸水洞等建筑物組成。
大壩為碾壓均質(zhì)土壩,現(xiàn)狀壩頂高程1048.5 m,防浪墻頂高程1049.7 m,最大壩高36.5 m,壩頂長(zhǎng)220 m,壩頂寬8 m。大壩上游壩坡采用干砌塊石護(hù)坡,下游壩坡為草皮護(hù)坡。
壩下原輸水涵洞位于大壩右岸岸邊,為鋼筋混凝土涵洞,內(nèi)徑1 m,結(jié)構(gòu)形式為外方內(nèi)圓。洞進(jìn)口為豎井式,無(wú)閘門(mén)控制,洞身坡度1/180,坡度較緩。豎井平面尺寸上口為4 m×5 m,深7 m,豎井四壁為水泥砂漿漿砌石,砌石墻頂寬0.8 m,豎井砌石墻頂部于1973年進(jìn)口改造時(shí)在墻頂現(xiàn)澆50 cm后混凝土固定大型工字鋼若干根,形成攔污柵骨架,工字鋼外圍焊接直徑20 mm的鋼筋,間距20 cm,形成攔污柵,攔污柵上游過(guò)水面淤泥頂面接近豎井漿砌石墻頂高程,其他三面庫(kù)底淤泥地面高程高出漿砌石豎井頂部約4 m左右。涵洞全長(zhǎng)180 m,設(shè)計(jì)流量2 m3/s。
2013年省水利廳組織專(zhuān)家對(duì)陳家灣水庫(kù)進(jìn)行了蓄水安全專(zhuān)項(xiàng)檢查。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)輸水涵洞管徑太小,上游無(wú)閘門(mén)控制,無(wú)法進(jìn)行內(nèi)部檢查,輸水洞的滲水、裂縫、沖蝕及接觸滲透破壞等問(wèn)題無(wú)法判斷,存在安全隱患;原輸水涵洞的出口控制閥長(zhǎng)期處于半開(kāi)啟狀態(tài),振動(dòng)、滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重。
由于除險(xiǎn)加固批復(fù)的供水發(fā)電支洞取代了壩下原輸水涵洞,并解決了發(fā)電和下游供水的問(wèn)題,為消除安全隱患,提高大壩的滲透穩(wěn)定性,確保大壩安全運(yùn)行,建議將壩下輸水涵洞進(jìn)行全斷面封堵。
采用水下不灑混凝土工程施工的方法,先將進(jìn)水口豎井用混凝土封堵后,再利用預(yù)埋的灌漿管對(duì)混凝土于豎井四周和井底的連接面進(jìn)行封堵灌漿。
工作橋:首先派潛水員下水,找到輸水涵洞進(jìn)水口,從大壩坡腳開(kāi)始至進(jìn)口攔污柵前搭設(shè)工作橋,用腳手架鋼管和卡扣件搭設(shè),上鋪腳手板,兩側(cè)設(shè)欄桿,橋?qū)? m,橋兩側(cè)設(shè)斜撐桿工作橋主要是便于施工人員通行、運(yùn)送材料及安放混凝土輸送泵泵管等,工作橋和工作平臺(tái)高出水面0.5~1 m左右。
工作平臺(tái):利用鋼管和腳手板在攔污柵上方搭設(shè)直徑7.2 m的擴(kuò)大平臺(tái)作為工作平臺(tái)。
輸水涵洞洞口封堵:用長(zhǎng)桿等器械探測(cè)進(jìn)水口的各部尺寸,準(zhǔn)確掌握進(jìn)口豎井底高程,以及直徑1 m的輸水涵洞進(jìn)口和豎井連接處的位置,澆筑混凝土前根據(jù)洞口位置,從上部用鉛絲和繩索等將鋼板或砂袋、石子袋沿洞口位置吊下去,將洞口基本封堵,減少混凝土流入洞內(nèi)。
澆筑混凝土:在搭設(shè)的工作平臺(tái)上,對(duì)準(zhǔn)豎井中心下一根混凝土導(dǎo)管,導(dǎo)管直徑20~25 cm,用法蘭盤(pán)連接,中間夾橡膠墊片,導(dǎo)管由1 m和2~3 m兩種管組成,考慮到起吊設(shè)備小、便于拆管,上部安裝8節(jié)1 m長(zhǎng)管,下部安裝2~3 m長(zhǎng)管。導(dǎo)管上端與喇叭口存料斗連接,導(dǎo)管上方設(shè)三角架配倒鏈?zhǔn)? t卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊導(dǎo)管;導(dǎo)管下端距豎井井底高控制在20~30 cm之間?;炷吝\(yùn)至壩頂,經(jīng)混凝土泵管將混凝土輸入至喇叭口存料斗,進(jìn)入混凝土導(dǎo)管后入倉(cāng)。導(dǎo)管在混凝土進(jìn)管前,為避免混凝土與水直接接觸,防止水泥漿與砂石分離,在導(dǎo)管內(nèi)設(shè)隔水球,隔水球用鉛絲吊牢,混凝土入管前可先將此球置于管內(nèi)水面以上,在管內(nèi)先填50 cm高1∶2水泥砂漿,然后逐漸灌入混凝土,隨著混凝土灌入量的增加,導(dǎo)管內(nèi)牽引隔水球的鉛絲逐漸放長(zhǎng),當(dāng)鉛絲長(zhǎng)度達(dá)到接近管長(zhǎng)時(shí),剪斷鉛絲,繼續(xù)灌入導(dǎo)管內(nèi)混凝土,直至澆筑完成。在澆筑過(guò)程中,隨著入倉(cāng)混凝土量的增大,導(dǎo)管下端混凝土埋深不斷加大,在保證混凝土下端埋入混凝土高度不小于1.5 m的情況下,利用三腳架卷?yè)P(yáng)機(jī)逐漸拔管、卸管。
混凝土澆筑的高度至漿砌石豎井為止,但可根據(jù)洞內(nèi)滲漏水情況進(jìn)行調(diào)整,在進(jìn)口豎井混凝土水下施工時(shí),禁止開(kāi)啟下游閘門(mén),以保證在上游混凝土澆筑過(guò)程中豎井內(nèi)為靜水狀態(tài)。
在豎井進(jìn)口澆筑的混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度,且回填灌漿完成,漿液凝固5~7 d后,將下游閘門(mén)逐漸開(kāi)啟,排空洞內(nèi)蓄水后進(jìn)行洞身封堵。放空洞身積水后,根據(jù)洞進(jìn)口和洞身滲漏情況進(jìn)行處理。如果局部滲漏水較大,影響下部洞身封堵時(shí),可采用水玻璃等放水材料進(jìn)行堵塞,特殊情況下可將PVC管引出洞外,然后用灌漿進(jìn)行封堵。
洞身封堵:采用分段封堵,分段長(zhǎng)度8~15 m,在分段處人工砌筑水泥砂漿磚墻,墻厚不小于50 cm,每段在洞頂提前安裝好灌漿管,混凝土填不實(shí)處用回填灌漿處理?;炷劣帽盟突炷寥雮}(cāng),由于輸水涵洞斷面太小,混凝土管可不進(jìn)行拆卸。
灌漿工作:每澆筑完一段混凝土后,將分段隔墻砌筑到頂,開(kāi)始回填灌漿,水灰比分為1∶1,1∶0.8,1∶0.6,1∶0.5 四級(jí),灌漿完成后,進(jìn)行下一段施工。
施工時(shí),根據(jù)工程實(shí)際情況及要求考慮了諸多因素,并進(jìn)行了合理安排和布局,使陳家灣水庫(kù)壩下涵洞封堵工作得以順利實(shí)施。目前,水庫(kù)輸水涵洞封堵工作已經(jīng)完工,運(yùn)行效果良好。該封堵方案可為類(lèi)似工程提供參考。