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      貓溪溝水庫(kù)工程導(dǎo)流洞封堵設(shè)計(jì)與施工探究

      2021-04-16 06:32:40司禮山
      陜西水利 2021年3期
      關(guān)鍵詞:導(dǎo)流洞蓄水導(dǎo)流

      司禮山

      (遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,貴州 遵義 563100)

      0 引言

      貓溪溝水庫(kù)項(xiàng)目位于貴州省正安縣鳳儀鎮(zhèn)境內(nèi),芙蓉河一級(jí)支流下游的田家坡河段,大壩距正安縣城中心城區(qū)有五公里,距遵義市中心城區(qū)大約150 km。由于城市及經(jīng)開(kāi)區(qū)域水資源分布不協(xié)調(diào),而且有關(guān)地區(qū)供水水源工程存在滯后現(xiàn)象,工程出現(xiàn)嚴(yán)重的缺水問(wèn)題。根據(jù)《正安縣城安場(chǎng)城區(qū)及經(jīng)開(kāi)區(qū)供水配置方案》,規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)狀水源在滿足灌溉農(nóng)田用水的情況下只能向安場(chǎng)城區(qū)供水1.00 萬(wàn)m3/d。因正安縣城安場(chǎng)城區(qū)城市規(guī)模的發(fā)展和經(jīng)開(kāi)區(qū)內(nèi)各工業(yè)園區(qū)的相繼建設(shè),根據(jù)需水預(yù)測(cè)分析可知,隨著正安縣城安場(chǎng)城區(qū)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、城市人口的迅速增加及經(jīng)開(kāi)區(qū)大量企業(yè)的相繼建成,城市用水及工業(yè)用水將急劇增加,若不修建新的供水水源工程,水將成為制約安場(chǎng)城區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸,缺水將嚴(yán)重影響該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定[1]。因此,貓溪溝水庫(kù)工程的建設(shè)是非常必要的,亦是十分迫切的。

      1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流方式

      1.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選擇

      貓溪溝水庫(kù)為小型水庫(kù),設(shè)計(jì)最高的壩高為44.5 m,工程等別為Ⅳ等,大壩、溢洪道等主要建筑為4 級(jí)建筑。按照《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL303-2017)可知,導(dǎo)流建筑物為5 級(jí)建筑物,導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)為5 a 一遇(P=20%),水庫(kù)大壩施工導(dǎo)流期為枯季11月~次年4月,相應(yīng)5 a 一遇(P=20%)洪峰流量Q=68.7 m3/s。

      1.2 導(dǎo)流方式

      水庫(kù)壩址河床平均比降約6.87‰,枯水期河水面寬19 m~22 m,河水深2.3 m~4 m。本工程采用全段圍堰擋水+隧洞過(guò)本水庫(kù)大壩為堆石混凝土重力壩,結(jié)合壩址地形及河水的導(dǎo)流方式。

      2 導(dǎo)流洞封堵工程設(shè)計(jì)

      2.1 進(jìn)口封堵疊梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      導(dǎo)流隧洞為城門(mén)洞型,隧洞進(jìn)口臨時(shí)封堵閘槽凈寬為4.0 m,凈高為6.0 m,進(jìn)口底板高程為537.00 m,頂部高程543.00 m,水庫(kù)死水位556.00 m,正常蓄水位569.00 m,正常庫(kù)容857 萬(wàn)m3,死庫(kù)容為241 萬(wàn)m3。

      貓溪溝水庫(kù)計(jì)劃從2020年4月初開(kāi)始下閘蓄水,蓄水期下泄生態(tài)流量按0.367 m3/s。結(jié)合下閘蓄水計(jì)劃安排及蓄水保證率計(jì)算,蓄水設(shè)計(jì)保證率取75%,蓄水流量按P=75%各月平均流量計(jì)。經(jīng)計(jì)算,約13 d 可蓄到死水位,約39 d 可蓄到正常蓄水位。參照類似工程下閘封堵及堵頭澆筑的施工工期,擬定貓溪溝水庫(kù)導(dǎo)流隧洞進(jìn)口臨時(shí)封堵疊梁下閘安裝以及閉氣混凝土澆筑在6 h 內(nèi)完成,永久堵頭封堵混凝土澆筑在10 d 內(nèi)完成,混凝土澆筑完畢約7 d 后,混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%,再進(jìn)行頂部回填灌漿。

      經(jīng)水文計(jì)算,蓄水設(shè)計(jì)保證率取75%,4月份前10 d 水庫(kù)可蓄水至高程554.13 m。經(jīng)本工程的現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)條件和綜合分析,為了保證安全,封堵疊梁荷載計(jì)算時(shí)按死水位556.00 m設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)水頭19 m。

      導(dǎo)流隧洞進(jìn)口封堵設(shè)雙排疊梁封堵,疊梁間距1.0 m,單根疊梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)為4.6 m,寬0.35 m,高0.5 m,凈跨4.0 m,雙排疊梁下閘后采用水下C20 速凝混凝土閉氣。

      2.2 永久堵頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      導(dǎo)流隧洞洞身段封堵采用C20 混凝土澆筑,結(jié)合導(dǎo)流隧洞開(kāi)挖揭露地質(zhì)條件,導(dǎo)流隧洞永久堵頭布置在導(dǎo)流隧洞中部(樁號(hào):導(dǎo)0+097.00~導(dǎo)0+112.00),長(zhǎng)15.0 m,與大壩帷幕灌漿相接,使之形成完整的防滲體系。堵頭段洞身頂拱預(yù)埋回填灌漿管,用于封堵段頂拱回填灌漿。

      2.2.1 設(shè)計(jì)原則與假定

      (1)本工程導(dǎo)流隧洞在大壩建成后進(jìn)行永久封堵,堵頭設(shè)在導(dǎo)流隧洞中部右壩肩壩軸線位置。堵頭長(zhǎng)度15.0 m,堵頭中部底板高程536.23 m。

      (2)堵頭混凝土與洞身結(jié)觸面的有效面積系數(shù)λ,有效接觸面只考慮隧洞的底板和側(cè)墻,λ=0.7。

      (3)堵頭抗剪斷穩(wěn)定安全系數(shù)K:設(shè)計(jì)工況取3.0,校核工況取2.5。

      (4)抗剪斷穩(wěn)定計(jì)算時(shí),假定堵頭混凝土為剛體,堵頭擋水后,水壓力均勻傳遞到堵頭與周邊混凝土結(jié)構(gòu)的接觸面上。

      2.2.2 穩(wěn)定復(fù)核

      (1)堵頭抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算。堵頭混凝土橫截面積為25.32 m2,按此斷面根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)》P775 的抗剪斷公式分別驗(yàn)算設(shè)計(jì)堵頭的抗滑穩(wěn)定情況。計(jì)算公式:

      式中:L為堵頭長(zhǎng)度,m;K為安全系數(shù):設(shè)計(jì)工況K≥3.0,校核工況K≥2.5;P為水平壓力,t;A為堵頭橫截面面積,m2;γ 為混凝土容重,t/m3;f'為堵頭混凝土與襯砌混凝土的摩擦系數(shù);S為封堵堵頭周邊接觸面長(zhǎng)度,m;λ 為有效面積系數(shù);C'為凝聚力,MPa。

      根據(jù)上述設(shè)計(jì)基本參數(shù)和計(jì)算公式[2],經(jīng)計(jì)算,導(dǎo)流隧洞封堵堵頭穩(wěn)定復(fù)核成果見(jiàn)表1。

      表1 封堵堵頭穩(wěn)定復(fù)核成果表

      由表1 可知,導(dǎo)流隧洞封堵堵頭抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。導(dǎo)流隧洞封堵前須對(duì)堵頭段的底板混凝土進(jìn)行鑿毛處理,側(cè)墻和頂拱噴砼進(jìn)行清除及高壓沖洗,封堵后須作好堵頭頂拱的回填灌漿。

      (2) 堵頭長(zhǎng)度復(fù)核。根據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 279-2016)對(duì)封堵體的設(shè)計(jì)要求,堵體長(zhǎng)度:

      式中:L為堵頭長(zhǎng)度,m;P為封堵體迎水面承受的總水平壓力,MN;[τ]為容許剪切應(yīng)力,取0.2 MPa;A為封堵體剪切面周長(zhǎng)(本復(fù)核只考慮底邊長(zhǎng)度及側(cè)墻的高度),m。

      根據(jù)上述設(shè)計(jì)基本參數(shù)和上式計(jì)算出堵頭所需的長(zhǎng)度見(jiàn)表2。

      表2 封堵堵頭長(zhǎng)度復(fù)核成果表

      由表2 可知,隧洞永久堵頭最大長(zhǎng)度只需3.29 m,結(jié)合本工程的規(guī)模、等別及重要性,導(dǎo)流隧洞實(shí)際封堵堵頭長(zhǎng)15.0 m,堵頭長(zhǎng)度滿足要求。

      3 導(dǎo)流洞封堵工程的施工

      3.1 導(dǎo)流洞封堵工程施工要求

      導(dǎo)流隧洞洞身段堵頭混凝土澆筑嚴(yán)格按相關(guān)施工規(guī)范施工,封堵前先對(duì)導(dǎo)流隧洞堵頭段的底板混凝土進(jìn)行鑿毛處理,側(cè)墻和頂拱噴砼進(jìn)行清除,并預(yù)先埋設(shè)回填灌漿管[3]。永久封堵前先進(jìn)行進(jìn)口臨時(shí)封堵疊梁下閘及閉氣混凝土澆筑,隨后進(jìn)行導(dǎo)流隧洞中部封堵段(長(zhǎng)15.0 m)混凝土澆筑,堵體澆筑完畢后再進(jìn)行回填灌漿施工。

      3.2 導(dǎo)流洞封堵施工措施

      導(dǎo)流隧洞的永久封堵堵頭設(shè)在導(dǎo)流隧洞中部壩軸線處(樁號(hào):導(dǎo)0+097.00~導(dǎo)0+112.00),與大壩防滲帷幕線相接。進(jìn)口臨時(shí)封堵疊梁下閘封堵后,再進(jìn)行封堵段(長(zhǎng)15.0 m)混凝土澆筑。堵頭混凝土澆筑完畢后進(jìn)行堵頭段頂部的回填灌漿施工。洞內(nèi)混凝土澆筑施工期間須做好照明及通風(fēng)工作,安裝專用照明線路及通風(fēng)設(shè)備,確保施工安全。

      導(dǎo)流隧洞封堵時(shí),汽車(chē)吊或挖掘機(jī)配合人工就位在進(jìn)口的預(yù)留臨時(shí)封堵門(mén)槽中安裝預(yù)制C25 鋼筋混凝土疊梁。疊梁閘門(mén)制作時(shí)在疊梁兩端預(yù)埋Φ50PE 管,作為吊裝孔。安裝前,先在各疊梁門(mén)底部綁扎棉絮止水,然后再分層安裝,每層疊梁吊裝完成后,采用棉絮或木塞將吊孔堵塞。兩道疊梁閘門(mén)安裝完成后,利用混凝土罐車(chē)配合泵送混凝土入倉(cāng)澆筑兩道疊梁門(mén)之間C20 早強(qiáng)速凝閉氣混凝土,從出口觀察有無(wú)滲水情況后再進(jìn)入隧洞進(jìn)行封堵施工。

      臨時(shí)封堵閘門(mén)施工通道為隧洞進(jìn)口下游側(cè)的臨時(shí)施工道路,封堵時(shí)段為4月上旬,經(jīng)計(jì)算,水庫(kù)蓄水至該臨時(shí)施工道路約需11 h,能夠滿足臨時(shí)封堵閘門(mén)施工期間人員及設(shè)備撤離要求。

      封堵堵頭混凝土澆筑前,須對(duì)堵頭段的底板混凝土進(jìn)行鑿毛處理,側(cè)墻和頂拱噴砼進(jìn)行清除及高壓沖洗,安排在4月上旬,即導(dǎo)流隧洞進(jìn)口臨時(shí)封堵段施工完成后進(jìn)行。鑿毛可以通過(guò)使用高壓水沖洗機(jī)、沙槍或手動(dòng)鑿來(lái)進(jìn)行導(dǎo)流洞封堵施工工作。為了確保鑿毛的功能性,在對(duì)砼進(jìn)行澆筑之前應(yīng)當(dāng)清潔鑿毛部分或用水沖洗,以清理浮動(dòng)漿料和殘留物[4]。

      4 結(jié)語(yǔ)

      綜上所述,隨著正安縣城安場(chǎng)城區(qū)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、城市人口的迅速增加及經(jīng)開(kāi)區(qū)大量企業(yè)的相繼建成,城市用水及工業(yè)用水將急劇增加,若不及時(shí)開(kāi)展導(dǎo)流洞封堵工作,水將成為制約安場(chǎng)城區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸,缺水將嚴(yán)重影響該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。因此,貓溪溝水庫(kù)工程的建設(shè)是非常必要的,對(duì)于導(dǎo)流洞封堵的設(shè)計(jì)與施工是十分迫切的。

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