新疆SETH水庫導(dǎo)流底孔封堵設(shè)計與施工

許玉梅,黃榮佳,蔣小健

(1.阿勒泰地區(qū)薩爾托海水庫管理處,新疆 阿勒泰 836500;2.四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司,四川 成都 611100)

1 工程概況

新疆SETH水庫是一座具有防洪、發(fā)電及灌溉功能的大型水利 (樞紐) 工程,其主體建筑物由碾壓混凝土重力壩、壩頂溢流表孔、壩身泄水底孔、壩身引水取水建筑物以及引水系統(tǒng)、壩后廠房、右岸過魚設(shè)施等組成[1]。水庫主體工程于2017年4月動工興建,2017年10月完成截流,2021年10月通過下閘蓄水驗收,2023年1月并網(wǎng)發(fā)電,2023年6月水庫水位達(dá)到正常蓄水位。

2 封堵體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

2.1 下閘標(biāo)準(zhǔn)

導(dǎo)流底孔下閘標(biāo)準(zhǔn):在9月,在20%的月均流量(Q=32.80 m3/s)下,下閘水位為972.80 m,閘前水深為1.80 m。

2.2 封堵施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

封堵時段為2021年9月16日—10月31日,處于枯水期,導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水,洪峰流量為105 m3/s。導(dǎo)流底孔進口采用平板閘門臨時擋水,閘門最高擋水水頭為53.5 m。導(dǎo)流明渠出口采用土石圍堰擋水,圍堰迎水側(cè)水位969.50 m,堰頂高程選定為970.50 m,堰高0.90 m[2]。

2.3 封堵體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

該工程導(dǎo)流底孔布置在左岸 8#非溢流擋水壩段中底部,其進水口底高程為971.00 m,出水口底高程為970.76 m,縱坡 5‰,斷面為矩形,尺寸為8 m×5 m×40 m(寬×高×長)。本工程導(dǎo)流底孔作為施工期導(dǎo)流專用,無永久用途,屬于臨時性泄水建筑物,級別為 4 級,在完成導(dǎo)流任務(wù)后進行封堵。導(dǎo)流底孔堵頭為永久性水工擋水建筑物,建筑物級別和洪水標(biāo)準(zhǔn)與大壩相同[3],其建筑物級別為 2 級。擋水設(shè)計水位為1 027.0 m,校核洪水位為1 029.94 m。

2.4 壩下臨時生態(tài)放水管封堵設(shè)計

導(dǎo)流底孔下閘后,按導(dǎo)流程序,應(yīng)該由孔口底高程為976.00 m的永久底孔泄水。導(dǎo)流底孔下閘水位為972.80 m,永久底孔孔口高程為976.00 m,高差為3.2 m,相應(yīng)庫容約0.1×107m3,因蓄水而導(dǎo)致的斷流時間約為 8.5 h。

為避免出現(xiàn)導(dǎo)流底孔下閘后大壩下游河道斷流現(xiàn)象,滿足河道基本生態(tài)要求,在導(dǎo)流底孔下閘后,采用壩下 DN1 200臨時生態(tài)放水管進行泄流。當(dāng)導(dǎo)流底孔下閘,水庫蓄至水位977.75 m,永久底孔泄流能力達(dá)到 9.99 m3/s 后,即關(guān)閉壩下臨時埋管閥門并進行封堵作業(yè)。壩下臨時生態(tài)放水管為(壩內(nèi)部分)全長封堵,長度為 40 m。埋管封堵控制閘閥室布置在壩內(nèi),大壩灌漿廊道上方,閘閥控制采用人工操作方式。壩下埋管,封堵工作面位于壩后明渠內(nèi),露天施工,壩下臨時生態(tài)放水管封堵回填灌漿等要求同導(dǎo)流底孔封堵。

2.5 封堵體長度計算

2.5.1 封堵體運用條件

混凝土堵頭的最小長度取決于擋水水頭,封堵體屬于永久壩體的一部分,按水庫最高水位(1 000 年一遇校核洪水位)1 029.94 m,即最大水頭58.94 m進行封堵設(shè)計。

2.5.2 封堵體長度

混凝土堵頭長度取決于其擋水水頭,其長度必須滿足在設(shè)計水頭的總推力作用下能保持穩(wěn)定。封堵體最小長度L可根據(jù)極限平衡條件求出[4-8],其計算式為

L=P/(Arf/k1+SλC/k2)

(1)

式(1)中:L為封堵混凝土堵頭的最小長度,m;P為作用水頭推力,t;k1為摩擦力的安全系數(shù),一般為1.05～1.15,取 1.10;k2為凝聚力的安全系數(shù),一般為4.0～6.0,取5.0;A為底孔的斷面積,A=40 m2;r為混凝土的容重,在此取2.4 t/m3;f為混凝土與混凝土的摩擦因數(shù),f=1.1;S為底孔的斷面周長,S=13 m;λ為抗剪斷面積有效系數(shù),一般為 0.70～0.75,取 0.70;C為混凝土與巖石(混凝土與混凝土)接觸面的抗剪斷凝聚力,C=1.3 MPa。

根據(jù)式(1)計算出保持穩(wěn)定所需的封堵混凝土堵頭的最小長度為 8.0 m?？紤]到壩體后期穩(wěn)定和工程運行安全,導(dǎo)流底孔采用全長封堵的方式補全壩體斷面,封堵長度為40 m。

2.6 封堵體設(shè)計

封堵混凝土采用摻量4%～6%氧化鎂的常態(tài)二級配微膨脹混凝土分層澆筑回填,混凝土標(biāo)號 C2820W6F100,澆筑段長 40 m,分4段進行澆筑。為使堵頭混凝土與導(dǎo)流底孔頂拱及邊墻混凝土之間的接縫有良好黏結(jié)性,對底孔周邊原結(jié)構(gòu)混凝土保護層進行鑿毛處理,同時在導(dǎo)流底孔底板布設(shè)間排距2 m×2 m,長度為2 m,直徑為28 mm的錨桿,錨桿外露長度為1 m。

堵頭混凝土澆筑在導(dǎo)流底孔下閘后進行。為防止產(chǎn)生溫度裂縫,根據(jù)封堵混凝土澆筑時導(dǎo)流底孔周邊混凝土溫度,新老混凝土溫差應(yīng)不超過20 ℃。封堵混凝土施工時埋設(shè)直徑為30 mm的鋼管平行壩軸線布設(shè)作冷卻水管。倉面冷卻水管與上游壩面和下游壩面的距離為2.0～2.5 m,與橫縫及孔洞周邊的距離為1.5～2.0 m,單根水管長度不大于200 m。埋設(shè)完成后進行通水檢查,保證管路過流通暢。初期采用河水通水冷卻,流量控制在 18～20 L/min,混凝土溫度和水溫之差應(yīng)不超過22 ℃,冷卻期控制混凝土日降溫幅度為0.6～1.0 ℃,每半天改變一次水流方向,均勻冷卻混凝土塊體。當(dāng)冷卻出水溫度為24～26 ℃且通水時間超過10 d時,應(yīng)進行3～5 d的悶溫檢查,當(dāng)悶溫低于25.5 ℃時,結(jié)束通水。

導(dǎo)流底孔堵頭采用分層澆筑,分層厚度為2.5 m。為保證封堵體與壩體混凝土的緊密結(jié)合,在整個導(dǎo)流洞洞頂范圍內(nèi)進行回填灌漿。封堵混凝土澆筑前,在頂部預(yù)埋直徑為72 mm的 PVC 回填灌漿管,在封堵混凝土達(dá)到設(shè)計強度的70%時,進行回填灌漿施工,灌漿壓力為0.3～0.4 MPa。為防止串漿,在封堵段混凝土與周邊混凝土之間各布設(shè)止水(漿)片 1 道。在封堵混凝土溫度降至或接近穩(wěn)定溫度后進行接縫(觸)灌漿,在封堵體承受荷載前完成。堵頭混凝土澆筑時,在導(dǎo)流洞洞頂及兩側(cè)面、封堵混凝土施工分縫處預(yù)埋布設(shè) DN30接觸(縫)灌漿管路,待封堵溫度降低或接近穩(wěn)定溫度后進行接觸(縫)灌漿,灌漿壓力取 0.3～0.5 MPa。為防止漏漿,在堵頭中間及前后兩端的封堵混凝土與周邊混凝土之間各布設(shè)止水(漿)片 1 道。為檢測堵頭工作情況,在堵頭內(nèi)埋設(shè)滲壓計、溫度計、測縫計、水工電纜、電纜保護管等安全監(jiān)測儀器。

3 封堵體施工

封堵體施工是在大壩下閘蓄水后進行的一項重要工作,施工進度及質(zhì)量的統(tǒng)一顯得尤其重要,尤其是臨近壩前部位的施工,如臨時生態(tài)放水管和導(dǎo)流底孔第一封堵段施工。

3.1 生態(tài)放水管封堵

圖1 生態(tài)放水管封堵示意圖

3.2 導(dǎo)流底孔封堵施工

生態(tài)放水管封堵完成后對導(dǎo)流底孔按分倉順序進行澆筑封堵,分2層澆筑,每層層高均為2.5 m,分倉樁號分別是壩上(0-003.95) m,壩下(0+010.55) m,壩下(0+025.05) m,壩下(0+039.55) m,壩下(0+054.018) m。封堵倉號澆筑順序如圖2所示。

圖2 導(dǎo)流底孔封堵倉號澆筑順序示意圖

在閘后布置高0.5 m 的截滲墻與DN200排水鋼管,將滲水引排至第一段封堵混凝土下游,并在出口處設(shè)置配套閥門。為使結(jié)合良好,對原有混凝土表面進行全斷面鑿毛處理。安裝模板時預(yù)留好冷卻水管通道、回填灌漿進漿管通道、回填灌漿排氣管通道、接縫灌漿進漿管通道、接縫灌漿回漿管預(yù)留孔通道、封堵閘門滲水排水管預(yù)留孔通道,在分縫處設(shè)置紫銅片止水。

封堵混凝土由罐車運至導(dǎo)流底孔出口,由混凝土輸送泵通過泵管輸送至封堵倉號內(nèi),在倉內(nèi)搭設(shè)泵管支架,間排距1.5 m,共上下兩層。在倉內(nèi)采用沿洞長方向由遠(yuǎn)端向近端,再由近端向遠(yuǎn)端循環(huán),左右以軟管進行擺動的方式進行澆筑,采用2.2 kW,70型插入式振搗器進行振搗,混凝土澆筑后即開始通河水進行冷卻。在澆筑第二層時,控制倉面混凝土,澆筑到離頂部40 cm位置時使用低坍落度混凝土,從上游左右兩側(cè)向下游方向澆筑,盡量減小封堵體頂部空腔,或者使用快硬混凝土填筑頂部,澆筑完成后封堵模板,等待凝結(jié)?；炷寥雮}后,當(dāng)封堵混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度70%時,拆除模板。當(dāng)封堵體達(dá)到設(shè)計齡期后,進行頂部回填灌漿施工,回填灌漿施工完成后進行接縫灌漿施工。每一段封堵體的灌漿施工均按此類程序進行,灌漿參數(shù)按照設(shè)計技術(shù)要求。當(dāng)封堵體施工全部完成后,將混凝土表面鐵質(zhì)構(gòu)件割除至表面以下30 mm,用環(huán)氧砂漿充填密實,表面平整。

由于導(dǎo)流洞封堵體作為永久水工建筑物,在導(dǎo)流洞封堵體施工期間應(yīng)嚴(yán)格控制澆筑混凝土溫度,避免后期運行期間產(chǎn)生漏水情況[5]。

4 結(jié) 語

1) 新疆SETH工程嚴(yán)格按照設(shè)計方案,做好施工組織工作,加強施工管理,落實了工序質(zhì)量管理制度,確保了工程實體質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

2) 封堵期間須重視下游河道生活和生態(tài)用水。

3) 該工程導(dǎo)流底孔封堵工程,施工難度大,施工工期緊張,從下閘蓄水至灌漿施工完成耗時68 d。蓄水運行2年時間,未發(fā)現(xiàn)封堵段有滲水現(xiàn)象,封堵效果良好,可供其他類似導(dǎo)流洞封堵借鑒與參考。