蔡毅榮

(三明市水利水電工程有限公司，福建 三明 365000)

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南平二水源大壩工程導(dǎo)流底孔封堵施工優(yōu)化應(yīng)用

蔡毅榮

(三明市水利水電工程有限公司，福建 三明 365000)

摘要：大壩導(dǎo)流底孔封堵一般存在封堵閘門體積大、質(zhì)量重，起吊困難。減小封堵閘門的體積的施工優(yōu)化有效降低封堵難度，施工工藝簡(jiǎn)單，大大保證封堵的成功率。文章以南平二水源五星橋水庫(kù)大壩工程為例，介紹了大壩導(dǎo)流底孔封堵施工優(yōu)化方案及施工要點(diǎn)。在具體施工中操作簡(jiǎn)易，下閘順利，封堵效果好，說明此優(yōu)化方案合理。

關(guān)鍵詞：大壩工程；導(dǎo)流底孔；封堵；閘門設(shè)計(jì)；施工優(yōu)化

1工程概況

南平二水源五星橋水庫(kù)壩址位于峽陽(yáng)鎮(zhèn)五星橋工區(qū)下游約0.2km處，控制流域集水面積68.7km2，河長(zhǎng)16.5km，河道平均坡降21.4‰，多年平均流量2.35 m3/s 。水庫(kù)正常蓄水位185.5m, 總庫(kù)容2 328 萬 m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容1 850.67 萬 m3，庫(kù)容系數(shù)26.81%。大壩壩型為細(xì)石混凝土砌石拱壩，最大壩高49.7m，壩頂高程為190.50 m，壩頂長(zhǎng)度227.18m，壩頂寬度3m，溢洪道設(shè)在壩的中部，為WES實(shí)用堰，堰頂設(shè)4孔閘門，每孔凈寬8.0m，閘門為露頂平面鋼閘門，其尺寸為8 m×4.8 m(寬×高)。

南平市五星橋水庫(kù)大壩工程為III等工程，大壩永久性建筑物按3 級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，大壩按50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，500 a一遇洪水校核。

本工程施工導(dǎo)流為壩體預(yù)留底孔導(dǎo)流，導(dǎo)流底孔尺寸14.5m×5.4m×3.6m(長(zhǎng)×寬×高)，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》，本工程初期導(dǎo)流采用枯水期(10月—次年3月底)導(dǎo)流，其標(biāo)準(zhǔn)為P=33.3%，相應(yīng)的洪峰流量為5.43m3/s。導(dǎo)流洞封堵前，采用度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年10 a一遇洪水，相應(yīng)的洪峰流量為78.9m3/s。

2下閘時(shí)段選擇

根據(jù)南平二水源供水工程總體工程進(jìn)度要求，為減少閘門下閘的風(fēng)險(xiǎn)，盡可能選擇在流量較小時(shí)下閘,大壩底孔導(dǎo)流洞下閘封堵時(shí)間選擇在2012年11月份下旬進(jìn)行施工，封堵后的水庫(kù)渡汛采用已完工的壩體溢流堰進(jìn)行泄洪,封堵下閘時(shí)的設(shè)計(jì)流量選擇11月份5 a重現(xiàn)期的月平均流量，相應(yīng)的下閘封堵流量為Q=2.39 m3/s。

3下閘封堵施工優(yōu)化

3.1方案優(yōu)化

原壩體預(yù)留導(dǎo)流底孔尺寸14.5m×5.4m×3.6m(長(zhǎng)×寬×高)，擬采用尺寸為5.8m×3.8m×0.5m(長(zhǎng)×高×厚)的鋼筋混凝土預(yù)制閘門進(jìn)行下閘封堵施工，考慮預(yù)埋件、水封等重量，閘門總重量約為28T。為方便閘門下閘及吊裝，在底孔進(jìn)水口兩側(cè)設(shè)置閘墩及閘門槽，并在底孔上方設(shè)置鋼筋混凝土框架作為吊架[1]。

原單孔閘門下閘封堵，閘門體積大，質(zhì)量重，所需的吊裝設(shè)備噸位高，因此下閘封堵施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高。為了方便下閘封堵順利進(jìn)行，減少施工難度，擬采用雙閘室結(jié)構(gòu)并設(shè)置現(xiàn)澆擋水胸墻，減少封堵閘門的寬度和高度，從而減輕閘門重量，方便閘門吊裝下閘。優(yōu)化后兩孔閘室凈空尺寸為2.2m×0.9m(寬×高)，閘室底高程為148.0m,頂高程為148.9m,閘室后背擋水胸墻尺寸為7.4m×3.3m×0.5m(寬×高×厚)，并在閘墩上設(shè)置兩跨鋼筋混凝土吊裝框架，框架凈空為3.0m×2.5m(寬×高)，并在框架中間部位預(yù)留φ25mm圓鋼筋作為吊鉤。優(yōu)化后的閘門尺寸為2.6m×1.1m×0.35m(寬×高×厚)，考慮預(yù)埋件、水封等重量，閘門總重量約為2.7T，因此大大減輕了閘門的重量，便于閘門吊裝下閘封堵施工。導(dǎo)流底孔封堵墻，底板平面及立面圖見圖1、圖2。

圖1導(dǎo)流底孔封堵墻、底板平面圖

圖2　導(dǎo)流底孔封堵墻、底板立面圖

3.2優(yōu)化后的閘孔過量能力復(fù)核計(jì)算

1)優(yōu)化后導(dǎo)流底孔進(jìn)水口中部增加一個(gè)閘墩及后背增加擋水胸墻在10月份初施工，閘墩施工期流量采用枯水期(10月—次年3月底)導(dǎo)流，其標(biāo)準(zhǔn)為P=33.3%，相應(yīng)的洪峰流量為5.43 m3/s，閘孔過流采用寬頂堰流公式計(jì)算：

(1)

式中：Q為下閘封堵時(shí)的流量；σs為淹沒系數(shù)，本工程為非淹沒出流，系數(shù)取值為1；ξ為側(cè)收縮系數(shù)；根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄公式A.0.1-3/4/5,計(jì)算得ξ=0.93；m為流量系數(shù)，m=0.385；n為過流閘數(shù)，n=2； b為單孔堰寬；b=2.2 m；H0為含行進(jìn)流速的堰上水頭，經(jīng)計(jì)算H0=0.9m，經(jīng)計(jì)算Q=5.95 m3/s>5.43 m3/s,因此優(yōu)化后的閘孔過流量可以滿足導(dǎo)流要求。

3.3閉門力計(jì)算

根據(jù)上面所述，導(dǎo)流洞下閘時(shí)，閘門處水深為0.49m,水位高程為148.49m，當(dāng)閘門緩慢下沉?xí)r，水位開始抬升，作用在閘門上總水壓力按水位到達(dá)閘門頂部高程149.10m計(jì)算，并計(jì)算此時(shí)的閉門力。

1)閉門力計(jì)算公式為：

Fw=nT(Tzd+Tzs)+Pt- nG G

(2)

式中：FW為閉門力，kN；nT為摩擦阻力的安全系數(shù)，一般取1.2；Tzd為支承摩擦阻力，kN；Tzs為止水摩擦阻力，kN；nG為計(jì)算閉門力時(shí)的采用的門重修正系數(shù)，取0.9；Pt為上托力，kN；G為閘門活動(dòng)部分的自重(KN)；G=27 kN。

2)本次閘門下閘為滑動(dòng)支承摩擦，對(duì)于滑動(dòng)支承摩擦阻力計(jì)算公式為：

Tzd=f2P

(3)

式中：f2為滑動(dòng)支承的摩擦系數(shù)，鋼板和橡膠取0.65；P為作用在閘門上總水壓力，kN；本次下閘封堵，作用在閘門上的靜水總壓力按水位到達(dá)閘門頂進(jìn)行計(jì)算，H=1.1 m,P=1/2γHBL=1/2×9.8×1.1×2.6×1.1=15.42 kN。

支承摩擦阻力為：Tzd=15.42×0.65=10.02 kN。

3)對(duì)于止水摩擦阻力計(jì)算公式為：

Tzs=f3Pzs

(4)

式中：f3為止水與止水座的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，橡膠對(duì)水泥砂漿面為0.7；Pzs為作用在止水上的水壓力，t，為側(cè)止水的頂止水的總長(zhǎng)度乘以止水橡膠作用的寬度，再乘以平均水頭得出；Pzs=(0.96×2+2.43)×0.45×(9.8×0.55)=1.1kN;

止水摩擦阻力為：Tzs=0.7×1.1=0.77kN。

4)上托力計(jì)算公式：

Pt=γβHD1BZS

(5)

式中：γ為水的容重，取9.8 kN/m3;β為上托力系數(shù)，取β=1.0；H為設(shè)計(jì)水頭，H=1.1m；D1為閘門底部投影寬度，D1=0.35 m;BZS為兩側(cè)止水距離，BZS=2.43 m。

上托力為：Pt=9.17 kN。

根據(jù)以上公式及數(shù)據(jù)計(jì)算出閉門力為：

Fw=nT(Tzd+Tzs)+Pt- nG G-2.18kN<0

(6)

閉門力結(jié)果計(jì)算表明，閘門依靠自身重量就可關(guān)閉。

因此將原單閘室下閘封堵優(yōu)化為雙閘胸墻式下封堵施工方案可行。

4施工要點(diǎn)

1)在具備封堵條件的前一個(gè)月進(jìn)行閘門啟吊排架鋼筋混凝土澆筑、兩扇2600mm×1000mm×350mm(長(zhǎng)×高×厚)鋼筋混凝土閘門預(yù)制、高程148.9～152.2 m的導(dǎo)流底孔(封堵底板及封堵墻)現(xiàn)澆鋼筋混凝土封堵。

2)制作閘門必須搭設(shè)制作平臺(tái)，用方木鋪墊，上布平板調(diào)平。所有模板與混凝土的接觸面必須刨光。保證模板表面的平整度，閘門的構(gòu)件尺寸必須按照設(shè)計(jì)要求精確制作。閘門預(yù)埋件預(yù)埋位置應(yīng)做到準(zhǔn)確無誤差，止水片壓板直接套入螺栓澆筑。在閘門澆筑制作中不得出現(xiàn)因模板支撐加固不牢而移位的現(xiàn)象。閘門澆筑后應(yīng)按施工規(guī)范要求養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后方可使用。為保證閘門的尺寸精度，在制作前應(yīng)對(duì)閘門槽的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行校核[2]。

3)閘門吊裝在預(yù)先澆筑好的鋼筋混凝土啟吊排架上進(jìn)行，為保證吊裝作業(yè)的安全性與準(zhǔn)確性，應(yīng)對(duì)排架的承載能力進(jìn)行多方計(jì)算復(fù)核。本工程起吊設(shè)備擬采用4臺(tái)3 t的手動(dòng)葫蘆起吊，其最大吊距為3m。

4)利用3t手動(dòng)葫蘆，把門葉提起，懸掛正確位置，下方擺置枋木墊塊，提升約40 cm，滯留10 min，再放下，連續(xù)試吊3次，全面檢查吊裝系統(tǒng)安全可靠性。

5)最后一次派人清理門槽底部，清除障礙物。在確定一切正常后，下令下閘封堵。稍微提升門葉，抽出底部墊木，開始下閘。在下閘時(shí)，必須保持門葉平行勻速下落，保持前后左右的間隙基本一致。以確保橡膠止水能有效地與門槽的予埋槽鋼接觸。

6)下閘封堵后，洞內(nèi)下游水位迅速降低，立即進(jìn)行出口段臨時(shí)圍堰清基工作，應(yīng)清到底部的基巖，圍堰若有漏水處，應(yīng)進(jìn)行局部堵漏處理加固，可采用袋裝混凝土，貼坡，黃黏土閉氣。

7)先行排干孔內(nèi)積水，再進(jìn)行底部淤積物清理工作。清理工作結(jié)束后，底孔全斷面進(jìn)行沖洗鑿毛處理。若閘門與閘門槽止水不嚴(yán)密出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，可在閘門后約30cm處選用預(yù)制塊進(jìn)行砌筑，底孔內(nèi)靠孔壁側(cè)墻底腳處可埋設(shè)鋼管將滲水引向底孔外，孔內(nèi)混凝土封堵段采用分層分塊法施工。本工程孔內(nèi)封堵混凝土采用C15等級(jí)混凝土，在完成混凝土封堵施工以后，在其強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)，應(yīng)對(duì)導(dǎo)流底孔內(nèi)頂部進(jìn)行回填灌漿。封堵混凝土達(dá)到規(guī)定齡期后即可將引排水鋼管閥門關(guān)閉。

5結(jié)語

導(dǎo)流底孔封堵閘門由單扇重28T，優(yōu)化為兩扇重2.7T。在具體施工中操作簡(jiǎn)易、下閘順利、封堵效果好，說明本優(yōu)化方案合理。為以后類似工程施工提供有益的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張黎明.八峰水庫(kù)大壩導(dǎo)流底孔封堵的施工技術(shù)[J].珠江水運(yùn)，2015(13)：32-33.

[2]柳進(jìn)軍,王忠民.三峽二期工程導(dǎo)流底孔封堵試驗(yàn)的實(shí)施及質(zhì)量控制[J].施工技術(shù)，2006(S2)：56-58.

中圖分類號(hào)：TV551.13

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

[作者簡(jiǎn)介]蔡毅榮(1971-)，男，福建漳州人，工程師，從事水利水電工程施工工作。

[收稿日期]2015-10-28

文章編號(hào)：1007-7596(2016)01-0116-03