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        曉龍溝水庫(kù)工程導(dǎo)流洞改建及封堵設(shè)計(jì)

        2022-08-02 06:46:54阿懷瑾楊振平常亮
        東北水利水電 2022年7期
        關(guān)鍵詞:混凝土工程施工

        阿懷瑾,楊振平,常亮

        (1.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710065;2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,吉林 長(zhǎng)春 130021)

        1 工程概況

        曉龍溝水庫(kù)工程位于青海省囊謙縣境內(nèi)的扎曲(瀾滄江正源)右岸一級(jí)支流香曲河上,壩址區(qū)下游為囊謙縣城香達(dá)鎮(zhèn)。該工程的主要任務(wù)是向香達(dá)鎮(zhèn)提供人飲、牲畜用水,并對(duì)香達(dá)鎮(zhèn)周邊820.5 hm2灌區(qū)提供灌溉用水。水庫(kù)死水位3 939.0 m,正常蓄水位3 953.5 m,設(shè)計(jì)洪水位3 954.6 m,校核洪水位3 955.1 m,死庫(kù)容29.1 萬(wàn)m3,興利庫(kù)容169.7 萬(wàn)m3,總庫(kù)容226.5 萬(wàn)m3,為Ⅳ等?。?)型工程,大壩等主要建筑物大壩為4 級(jí),次要建筑物為5 級(jí)。建筑物主要由堆石混凝土重力擋水壩、溢流壩、放空洞、取水管等建筑物組成。堆石混凝土重力壩最大壩高44.00 m,壩頂高程3 957.0 m,壩頂寬8.00 m,壩頂長(zhǎng)度約為117.00 m。

        2 導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)及改建

        2.1 導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)

        曉龍溝水庫(kù)工程導(dǎo)流洞布置于左岸,由進(jìn)口明渠段、進(jìn)水塔段、曲線段(改建段)、洞身段和出口段組成。導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5 級(jí),導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇,洪水重現(xiàn)期流量Q10%=31.6 m3/s,導(dǎo)流流量較小,導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)為明流,進(jìn)口底板高程3 927.0 m,洞身段為城門洞型,斷面尺寸(襯砌后)為2.00 m×2.80 m,設(shè)計(jì)縱坡3.35%,全長(zhǎng)229.70 m。

        進(jìn)口明渠段底部高程3 927.0 m,底寬3.00 m,長(zhǎng)40.00 m,兩側(cè)邊坡1∶1.25,采用砂漿錨桿(?25、L=4.50 m)支護(hù),錨桿間排距2.50 m,0.20 m 厚鋼筋混凝土襯砌。

        進(jìn)水塔段底板高程3 927.0 m,長(zhǎng)14.00 m,采用岸塔式進(jìn)水口,進(jìn)水塔底部預(yù)留導(dǎo)流洞進(jìn)水口,孔口尺寸為2.00 m×2.80 m,后期封堵,底板厚1.00 m;上部預(yù)留放空洞進(jìn)水口,布置平板檢修閘門和工作門各1扇,孔口尺寸分別為1.50 m×2.00 m 和1.50 m×1.50 m,進(jìn)口底板高程為3 934.8 m。曲線段(改建段)長(zhǎng)25.80 m,底部為導(dǎo)流洞,縱坡3.35%。洞身段長(zhǎng)132.93 m,縱坡3.35%,采用城門洞型斷面,襯砌厚度為40 cm,襯砌后斷面尺寸為2.00 m×2.80 m(凈寬×凈高);每9.00 m 設(shè)置1 道伸縮縫,縫內(nèi)設(shè)651 型橡膠止水帶,并填充瀝青杉板;隧洞洞頂采用噴錨(?25、L=3.00 m)臨時(shí)支護(hù);隧洞襯砌后頂拱進(jìn)行回填灌漿。為減少出口段開挖量,降低工程投資,采用挑流消能,總長(zhǎng)11.50 m,挑坎頂高程3 922.6 m,挑角23°,反弧半徑17.00 m。

        2.2 導(dǎo)流洞改建

        導(dǎo)流洞改建主要為導(dǎo)流底孔封堵及放空洞曲線段(改建段)“龍?zhí)ь^”改建。下閘蓄水后,曲線段(改建段)底部導(dǎo)流洞進(jìn)行封堵,上部改建為永久放空洞。

        導(dǎo)流洞封堵采用平板鋼閘門+混凝土堵頭。平板鋼閘門寬2.00 m、高2.80 m、厚0.40 m,封堵閘門下閘后向上游拋填泥巖石渣,封堵混凝土采用C25W6F250 低熱微膨脹,封堵長(zhǎng)度為25.85 m,分兩段,第一段長(zhǎng)11.85 m(進(jìn)水塔導(dǎo)流底孔),第二段長(zhǎng)14.00 m(曲線段),設(shè)置1 道銅止水、3 道橡膠止水,兩段封堵體及“龍?zhí)ь^”改建段之間設(shè)置鍵槽并預(yù)埋?25 錨筋,封堵混凝土澆筑前第二封堵體進(jìn)行固結(jié)灌漿,混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以上后進(jìn)行回填灌漿、接觸灌漿及結(jié)構(gòu)縫接縫灌漿。

        導(dǎo)流洞改建,曲線段前段采用拋物線與進(jìn)水塔放空洞進(jìn)水口工作閘門底板相連,后段采用反弧連接,半徑15.6 m。曉龍溝水庫(kù)導(dǎo)流洞封堵及曲線段改建設(shè)計(jì)圖見圖1。

        圖1 導(dǎo)流洞曲線段(改建段)布置圖(單位:m)

        3 造價(jià)分析

        曉龍溝水庫(kù)壩址處河谷較寬,右岸為高階地,根據(jù)壩址處工程地質(zhì)條件、水文特性,結(jié)合樞紐布置特點(diǎn),經(jīng)綜合分析,采用圍堰一次攔斷河床的導(dǎo)流方式。擬定3 種導(dǎo)流方案進(jìn)行比較:方案一為右岸岸坡埋設(shè)導(dǎo)流涵管泄流的方式;方案二為左岸導(dǎo)流隧洞與水庫(kù)永久放空洞結(jié)合的方式;方案三為右岸臨時(shí)導(dǎo)流隧洞泄流的方式。方案一、方案三放空建筑物為左岸永久放空洞,3 種方案造價(jià)對(duì)比情況見表1。

        因該工程位于三江源自然保護(hù)區(qū)內(nèi),考慮環(huán)保要求,臨時(shí)工程拆除及開挖棄料均需要運(yùn)輸至保護(hù)區(qū)外,運(yùn)距約41 km,導(dǎo)致導(dǎo)流工程中擋水部分(施工圍堰拆除)及土石方開挖工程造價(jià)偏高。從導(dǎo)流工程及放空工程總造價(jià)來(lái)看,方案二最低,且方案二中臨時(shí)工程造價(jià)占比最小,由此可見,導(dǎo)流洞與放空洞結(jié)合,前期導(dǎo)流、后期改建為放空洞是經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的。

        4 導(dǎo)流洞封堵體長(zhǎng)度復(fù)核

        曉龍溝水庫(kù)永久放空洞為4 級(jí)建筑物,封堵體為永久工程,按4 級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。第一封堵體為矩形柱,第二封堵體為不規(guī)則的楔形體,計(jì)算中按第一封堵體等斷面導(dǎo)流洞進(jìn)行封堵體長(zhǎng)度計(jì)算,復(fù)核其安全穩(wěn)定性[1]。水工隧洞封堵體長(zhǎng)度主要有4 種計(jì)算方法:經(jīng)驗(yàn)公式法包括按封堵洞徑或洞寬的倍數(shù)(3 倍以上)、挪威公式法;抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算法;等斷面沖壓剪切原則;有限元分析法。此次設(shè)計(jì)采用前3 種方法進(jìn)行復(fù)核。

        1)經(jīng)驗(yàn)公式法

        ①有壓隧洞封堵體長(zhǎng)度按混凝土封堵洞徑或洞寬的3 倍以上確定[2]。

        ②挪威公式法按下式計(jì)算:式中:L為封堵體長(zhǎng)度,m;H為設(shè)計(jì)水頭,m。

        2)抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算法

        抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算法按下式計(jì)算:

        式中:K為按抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);S為荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值,kN;R為封堵體承載力設(shè)計(jì)值,kN;∑P為封堵體承受的全部荷載效應(yīng)對(duì)滑動(dòng)面的最大切向分值,kN;f′為混凝土與圍巖或混凝土與混凝土的抗剪斷摩擦系數(shù);∑W為封堵體承受的全部荷載效應(yīng)對(duì)滑動(dòng)面的最大法向分值,kN;c′為混凝土與圍巖或混凝土與混凝土的抗剪斷凝聚力,kPa;λi為除頂拱部位外,封堵體底面、側(cè)面與圍巖或混凝土接觸面的有效面積系數(shù),底面λ=1,側(cè)面λ=0[2];Ai為除頂拱部位外,封堵體底面、側(cè)面與圍巖或混凝土接觸面的面積,m2。

        3)等斷面沖壓剪切原則

        式中:p為封堵體承受的總水壓,MN;[]τ為容許剪應(yīng)力,取0.2 MPa;A為封堵體剪切面周長(zhǎng),m。

        設(shè)計(jì)計(jì)算水頭取水庫(kù)最高水位對(duì)應(yīng)的最大水頭,校核洪水位為3 955.10 m,最大設(shè)計(jì)水頭為28.10 m。計(jì)算結(jié)果見表2。

        表2 導(dǎo)流洞封堵體長(zhǎng)度復(fù)核結(jié)果 m

        根據(jù)表2 計(jì)算結(jié)果可知,導(dǎo)流洞封堵體長(zhǎng)度按等斷面計(jì)算,長(zhǎng)度大于6.90 m 即可,該工程堵體總長(zhǎng)為25.85 m,滿足封堵體抗滑穩(wěn)定要求。

        5 封堵體灌漿設(shè)計(jì)

        導(dǎo)流洞封堵施工流程:封堵段原襯砌混凝土鑿毛→第二封堵體固結(jié)灌漿→封堵體混凝土澆筑→回填灌漿→接觸灌漿→第二封堵體與放空洞改建反弧段接觸面進(jìn)行接縫灌漿。

        5.1 固結(jié)灌漿

        導(dǎo)流洞封堵施工前,在第二封堵段側(cè)墻及底板范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿,排距2.00 m,每周6 孔,入巖3.00 m,設(shè)計(jì)灌漿壓力0.8 MPa,具體壓力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)確定,盡可能采用大壓力值[2]。

        5.2 回填灌漿

        導(dǎo)流洞封堵混凝土達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,進(jìn)行封堵體頂部范圍內(nèi)的回填灌漿,可分為兩個(gè)次序,灌漿壓力為0.3~0.5 MPa,采用純壓式灌漿。

        5.3 接觸灌漿及接縫灌漿

        導(dǎo)流洞封堵混凝土澆筑施工結(jié)束28 d 后,在封堵體邊墻、頂部進(jìn)行接觸灌漿,第二封堵體與放空洞改建反弧段的接觸面進(jìn)行接縫灌漿,接縫及接觸灌漿設(shè)計(jì)灌漿壓力為0.3 MPa。

        6 結(jié)語(yǔ)

        導(dǎo)流洞封堵體作為水庫(kù)工程的重要永久性建筑物,它的施工質(zhì)量及運(yùn)行安全直接影響水庫(kù)的穩(wěn)定運(yùn)行及蓄水安全,曉龍溝水庫(kù)所在河道多年平均流量?jī)H為0.727 m3/s,來(lái)水量小、需水量大,若封堵體及止水施工質(zhì)量不到位,將嚴(yán)重影響水庫(kù)蓄水安全及功能的發(fā)揮。曉龍溝水庫(kù)導(dǎo)流洞封堵、改建于下閘蓄水后與水庫(kù)蓄水同時(shí)進(jìn)行,在封堵體施工后期,進(jìn)口已有一定的水頭,存在一定的安全問題,所以將封堵施工安排在枯水期進(jìn)行,施工過程中應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量、安全意識(shí),嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件及相關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行施工,并保證施工質(zhì)量,確保按期完工。曉龍溝水庫(kù)導(dǎo)流洞的封堵、改建大大減少了臨時(shí)工程造價(jià)在導(dǎo)流工程及放空洞工程總造價(jià)中的占比,節(jié)約了工程投資。

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