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        某橡膠壩工程安全檢測(cè)與分析評(píng)估

        2021-10-25 02:29:12陳西寧陳寧波魯小濤
        黑龍江水利科技 2021年10期
        關(guān)鍵詞:壩袋橡膠壩水閘

        陳西寧,陳寧波,魯小濤

        (南京瑞迪建設(shè)科技有限公司,南京 210029)

        1 工程概況

        某橡膠壩位于入江口約60m處,作為河口的擋水建筑物。橡膠壩的主要功能是保證河流枯水期的正常水位,以滿足沿線景觀和生產(chǎn)用水,并且可以控制枯水期河流污水的排出,保護(hù)水廠水源。汛期來臨時(shí),該壩能滿足泄洪需要。

        橡膠壩壩長(zhǎng)67m,設(shè)計(jì)壩高3.5m,內(nèi)外壓比a=1.25,充水時(shí)壩頂標(biāo)高9.3m(吳淞高程系,下同)。壩袋與底板采用螺栓壓板錨固。自上游至下游順?biāo)鞣较蛞来尾贾糜袖摻罨炷磷o(hù)坦長(zhǎng)30m、鋼筋混凝土壩底板長(zhǎng)14m ;下游布置有鋼筋混凝土護(hù)坦、漿砌石護(hù)底和拋石防沖槽,護(hù)坦長(zhǎng)25m混凝土、護(hù)底長(zhǎng)10m、防沖槽長(zhǎng)2m。

        經(jīng)過15a的運(yùn)行使用,橡膠壩各構(gòu)件老化損傷問題凸出,急需進(jìn)行安全鑒定,為橡膠壩的使用、維修、加固提供依據(jù)。

        2 現(xiàn)狀調(diào)查和安全檢測(cè)

        橡膠壩工程包括:水工建筑物、壩體、充排系統(tǒng)和觀測(cè)系統(tǒng)等。根據(jù)《水閘安全鑒定管理辦法》、《水閘安全鑒定導(dǎo)則》、《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》對(duì)橡膠壩的現(xiàn)狀調(diào)查和常規(guī)性檢測(cè)內(nèi)容包括:壩底板、斜底板、護(hù)坡等部位是否有異常沉降、傾斜、滑動(dòng)等現(xiàn)象,護(hù)坦、護(hù)底、防沖槽是否有沖刷、淘刷現(xiàn)場(chǎng),充排設(shè)備性能和機(jī)械電氣設(shè)備參數(shù)狀況等。主要調(diào)查和檢測(cè)結(jié)果如下:

        1)壩袋:壩袋材料嚴(yán)重老化,表面龜裂,搭接黏合處表層膠開裂;壩袋與底板接觸面存在塊石,與護(hù)坡連接部位褶皺明顯。存在局部破損部位并修補(bǔ);壩袋漏水,每天需充水2次。壩袋錨固系統(tǒng)無異常。

        2)建筑物:壩底板混凝土整體質(zhì)量較好,部分分縫處填料缺失。壩底板、消力池?fù)鯄?、下游鋼筋混凝土護(hù)坦段、混凝土護(hù)坡整體質(zhì)量較好;下游護(hù)坡局部破損、斷裂,分縫處雜草叢生。控制室整體外觀老舊,質(zhì)量一般,面積偏小,布置較擁擠;未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫;泵房層潮濕、墻體砂漿脫落[1]。

        3)土工建筑物:工程范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有大面積雨淋溝和滲漏的現(xiàn)象。下游右岸漿砌石護(hù)坡整體較好,局部泥沙淤積覆蓋;左岸漿砌塊石護(hù)坡整體質(zhì)量一般、個(gè)別部位砂漿大部分脫落,漿砌塊石格埂沖刷破損、缺失,格埂內(nèi)部干砌塊石缺失;入江口塊石堆積。

        4)充排水系統(tǒng):充排水系統(tǒng)包括水泵、電機(jī)、管路等。水泵、電機(jī)外殼、閘閥油漆完好,局部銹蝕,混流式水泵、閘閥漏水,運(yùn)行噪聲較大。電控開關(guān)柜簡(jiǎn)陋,外觀無銹蝕、內(nèi)部導(dǎo)線排列工整,元器件完好、箱內(nèi)開關(guān)觸點(diǎn)良好、接頭牢固,柜體控制面板的操作按鈕、指示燈完好,接地2處,其中一處接地扁鐵斷開。真空泵鑄鐵儲(chǔ)水容器銹蝕明顯。線路保護(hù)鋼管銹蝕、真空泵、排水泵線路私自布設(shè),未設(shè)置保護(hù),存在安全隱患。

        5)安全監(jiān)測(cè):橡膠壩工程在壩上下游僅設(shè)置水位尺、經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查下游水位尺缺失。

        6)混凝土抗壓強(qiáng)度:原設(shè)計(jì)主要構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度C20,回彈法、鉆芯法實(shí)測(cè)強(qiáng)度值介于21.7-24.4MPa,大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。依據(jù)現(xiàn)行《水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》根據(jù)構(gòu)件所在部位、工作條件、氣候條件和耐久性要求,壩底板、斜面板所處環(huán)境為三類,混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)均為C25,壩底板、斜面板部位混凝土抗壓強(qiáng)度等級(jí)不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求[2]。

        7)碳化深度,實(shí)測(cè)橡膠壩壩底板混凝土碳化值的范圍在3.5-4.0mm之間,平均碳化深度為3.7mm,實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度平均值為33.9mm。抽檢構(gòu)件混凝土碳化為B類碳化,屬于一般碳化,混凝土碳化不會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

        8)電機(jī)電氣參數(shù),控制柜接地電阻實(shí)測(cè)值3.30Ω滿足規(guī)范要求; 1#水泵電機(jī)控制回路絕緣電阻165.0 MΩ、二次控制回路絕緣電阻4.8 MΩ;2#水泵電機(jī)控制回路絕緣電阻167.0 MΩ、二次控制回路絕緣電阻3.2 MΩ。1#、2#水泵電機(jī)控制回路和二次控制回路絕緣電阻滿足規(guī)范要求。1#水泵電機(jī)V1V2和W1W2兩組線圈直流電阻偏大,三相直流電阻不平衡率達(dá)24%(標(biāo)準(zhǔn)為10%),電機(jī)U1接線樁頭有嚴(yán)重過熱老化氧化現(xiàn)象,建議1#電機(jī)進(jìn)行檢修。2#水泵電機(jī)試驗(yàn)合格。1#機(jī)組振動(dòng)速度1.3mm/s,烈度級(jí)評(píng)價(jià)為1.3級(jí);位移13mm/s、加速度5.9m/s2,綜合烈度級(jí)和分類,評(píng)定1#機(jī)組振動(dòng)級(jí)別為B類。

        2#機(jī)組振動(dòng)速度4.0mm/s,烈度級(jí)評(píng)定為4.5級(jí);位移30mm、加速度2.2m/s2,綜合烈度級(jí)和分類,評(píng)定2#機(jī)組振動(dòng)級(jí)別為C類。

        3 復(fù)核計(jì)算分析

        3.1 壩底板尺寸復(fù)核

        順?biāo)鞣较虻膲蔚装彘L(zhǎng)度應(yīng)按塌平長(zhǎng)度以及安裝和檢修的要求確定,底板順?biāo)鏖L(zhǎng)度按下式計(jì)算:

        (1)

        橡膠壩壩底板順?biāo)鏖L(zhǎng)度為14.00m,壩底板計(jì)算需要長(zhǎng)度為13.66m,底板順?biāo)鏖L(zhǎng)度滿足要求。

        3.2 壩底板穩(wěn)定

        該壩底板座落在淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土上,混凝土與土基接觸面摩擦系數(shù)0.35。該壩底板厚0.8m,齒墻厚1.6m,壩體總凈寬37.4m,底板順?biāo)飨蜷L(zhǎng)14.0m。

        根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》,該壩底板穩(wěn)定計(jì)算設(shè)計(jì)水位組合:上游側(cè)9.30m,下游側(cè)4.00m。

        壩底板穩(wěn)定計(jì)算取整個(gè)壩體為計(jì)算單元,應(yīng)力不均勻系數(shù)、抗滑穩(wěn)定性與地基允許承載力,計(jì)算方法及標(biāo)準(zhǔn)如下:

        3.2.1 壩底應(yīng)力

        壩底應(yīng)力按下式計(jì)算,在各種計(jì)算工況下,壩平均基底應(yīng)力≤地基允許承載力,最大基底應(yīng)力≤地基允許承載力的1.2倍。

        (2)

        3.2.2 抗滑穩(wěn)定性

        土基上沿壩基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù),應(yīng)按下式計(jì)算:

        (3)

        橡膠壩壩底板穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表1、表2,計(jì)算表明:橡膠壩基底應(yīng)力、應(yīng)力比、抗滑穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

        表1 壩底板穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果匯總表

        表2 橡膠壩基底應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

        3.3 壩袋強(qiáng)度復(fù)核

        根據(jù)《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定及條文,充水式壩袋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)≥6.0;在確定壩袋強(qiáng)度安全系數(shù)時(shí)還應(yīng)考慮壩袋膠布材料加工制成膠布時(shí)強(qiáng)度損失一般達(dá)15--25,材料強(qiáng)度存在的不均勻性,壩袋在使用過程中因老化所造成的強(qiáng)度損失,以及工程規(guī)模和重要性等[3]。

        壩袋徑向計(jì)算強(qiáng)度應(yīng)按照下式計(jì)算:

        (4)

        橡膠壩壩袋膠面強(qiáng)度為520kN/m,壩袋徑向計(jì)算強(qiáng)度為45.94kN/m??紤]膠布強(qiáng)度損失25%、現(xiàn)場(chǎng)檢查壩袋材料老化嚴(yán)重并依據(jù)技術(shù)指南2折減25%等情況后,計(jì)算的壩袋強(qiáng)度安全系數(shù)為6.34,滿足要求。

        3.4 錨固安全復(fù)核

        對(duì)單位長(zhǎng)度螺栓和壓板設(shè)計(jì)荷載根據(jù)所采用的錨固結(jié)構(gòu)型式以及錨固構(gòu)件的強(qiáng)度、耐久性和錨固力按極限狀態(tài)進(jìn)行復(fù)核[4]。

        根據(jù)《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》,螺栓間距采用的壓板剛度和螺栓直徑進(jìn)行計(jì)算確定。螺栓間距取200-300mm。

        每根螺栓承受的設(shè)計(jì)荷載Q0:

        (5)

        螺栓直徑x按下列計(jì)算:

        (6)

        橡膠壩采用螺栓壓板式錨固結(jié)構(gòu)型式,其結(jié)果表明:螺栓間距、直徑,壓板強(qiáng)度均滿足要求。

        3.5 滲流安全

        3.5.1 輪廓線復(fù)核

        根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定,閘基地下輪廓線布置應(yīng)能滿足防滲要求,其滲徑長(zhǎng)度應(yīng)按照下式計(jì)算:

        L≥c△H

        (7)

        橡膠壩最大水位落差為5.3m,故壩基不透水輪廓線長(zhǎng)度包括:上游鋪蓋長(zhǎng)度31.39m,底板不透水長(zhǎng)度20.16m,總滲徑長(zhǎng)度為51.85m,L=51.85m≥c△H=47.70m,滿足要求。

        3.5.2 壩底滲流分析

        防滲復(fù)核計(jì)算的采用的水位組合工況如表3所示:

        表3 計(jì)算水位組合

        滲流穩(wěn)定復(fù)核采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中的改進(jìn)阻力系數(shù)法。

        1)土基上水閘的地基有效深度按下式計(jì)算:

        2)分段阻力系數(shù)采用下列公式計(jì)算:

        3)各段水頭損失下式計(jì)算:

        (8)

        4)進(jìn)、出口段修正后的水頭損失值按下列公式計(jì)算:

        (9)

        5)水平段及出口段滲流坡降值按下列公式計(jì)算:

        由地下輪廓線可知,地下輪廓線的水平投影長(zhǎng)度L0=44.0m,垂直投影長(zhǎng)度S0=2.4m,L0/S0>5,水閘土基上無不透水層,則土基上水閘的地基有效深度Te=22.0m。

        根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》以及《橡膠壩工程初步設(shè)計(jì)》,該壩底板座落在淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土,其水平段允許水力坡降為0.25-0.35,出口段允許水力坡降為0.50-0.60。在各水位組合工況下,水平段和出口段的滲透坡降均滿足規(guī)范要求。

        4 建 議

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、安全檢測(cè)和復(fù)核計(jì)算,提出以下處理建議:

        1)本工程壩袋已使用15a,壩袋材料嚴(yán)重老化變形,表面龜裂,搭接黏合處表層膠開裂、橡膠接縫處皴裂建議適時(shí)更換。

        2)修復(fù)下游破損、斷裂護(hù)坡。

        3)加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備的養(yǎng)護(hù)工作,按規(guī)范要求整改電氣設(shè)備。

        4)增加監(jiān)測(cè)設(shè)施、并定期觀測(cè)。

        5)增設(shè)自動(dòng)化設(shè)施。

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