新型可裝卸反濾排水管在水閘工程中的應(yīng)用

許思群

(廣州市流溪河灌區(qū)總管理處,廣東 廣州 510900)

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新型可裝卸反濾排水管在水閘工程中的應(yīng)用

許思群

(廣州市流溪河灌區(qū)總管理處,廣東 廣州 510900)

反慮排水設(shè)施在水利工程中往往是關(guān)鍵部位。大坳攔河閘壩結(jié)合工程實(shí)際,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一款便于裝卸、清洗的反濾排水管,解決了排水管淤堵的難題。試運(yùn)行表明,這種排水管能有效排出工程滲流,降低工程揚(yáng)壓力；同時(shí),該新型排水管適合工業(yè)化生產(chǎn),質(zhì)量可控,維護(hù)方便,更有利于工程管理。

水閘；排水管；滲流

水閘的排水設(shè)施是減少水閘工程揚(yáng)壓力,確保水閘安全的重要設(shè)施。排水設(shè)計(jì)是水閘工程設(shè)計(jì)的重要組成部分,目前工程中一般采用的排水設(shè)計(jì)方式有平鋪式及豎井式,其中在水閘下游安裝排水管是最常用的一種排水方式。通常的做法是采用PVC管一端包裹土工布,安裝在混凝土中。這種方式一次成型,在工程運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常因?yàn)橛倌喽氯?造成排水孔失效,給水閘工程造成安全隱患。大坳攔河閘壩工程,經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),對(duì)傳統(tǒng)的排水管進(jìn)行了改進(jìn),有效地解決了此類(lèi)問(wèn)題,為工程管理帶來(lái)了極大的方便。

1 大坳攔河閘壩工程概況

大坳攔河閘壩是廣州市流溪河灌區(qū)的渠首樞紐工程。設(shè)計(jì)灌溉從化市、花都區(qū)和白云區(qū)2.76萬(wàn)hm2農(nóng)田,有效灌溉面積2.035萬(wàn)hm2,是廣州市重要水利工程。閘壩最大過(guò)閘流量為2 265 m3/s,工程等別為Ⅱ等,主要建筑物級(jí)別2級(jí),按50年一遇洪水設(shè)計(jì),100年一遇洪水校核；下游消能防沖建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇設(shè)計(jì)。工程建在河流沖積層上,主要地質(zhì)為礫質(zhì)粗砂,飽和,中密,級(jí)配良好,含約5%～20%卵石及10%～30%圓礫,少量泥質(zhì)。

2006—2009年對(duì)攔河閘壩消能設(shè)施進(jìn)行了除險(xiǎn)加固,在閘壩上游設(shè)置了混凝土防滲墻,在閘壩下游設(shè)置了一道鎖砂墻。改建后閘室下游消能防沖設(shè)施總長(zhǎng)81 m,包括消力池、護(hù)坦、拋石海漫設(shè)施。大坳攔河閘壩加固剖面如圖 1所示。

圖1 大坳攔河閘壩加固剖面示意(單位：高程m,尺寸mm)

2 工程排水存在的問(wèn)題

改建后工程有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：一是消力池連接段比較長(zhǎng),達(dá)到41 m。二是在閘壩下游設(shè)置了一道深度6 m的混凝土連續(xù)墻。這兩個(gè)特點(diǎn)都對(duì)消能設(shè)施的穩(wěn)定造成了不利的影響。消力池連接段過(guò)長(zhǎng),連接段所受的揚(yáng)壓力矩就大,容易失穩(wěn)；下游消能設(shè)施末端設(shè)置的地下連續(xù)墻,應(yīng)對(duì)下游河床沖刷變形,維護(hù)工程區(qū)域內(nèi)地基的穩(wěn)定有很好的作用,但是對(duì)滲流來(lái)說(shuō)卻是不利的,不能有效地排除地下滲流,就會(huì)進(jìn)一步增大工程揚(yáng)壓力。為了解決這個(gè)矛盾,就需要有效設(shè)置排水,快速降低揚(yáng)壓力。為此,消力池、護(hù)坦及海漫段均鋪設(shè)了Ф50 mm PVC排水孔,間距2 m,共1 677個(gè)。2008年6月,工程行洪期間,監(jiān)測(cè)到下游滲流有異常。洪水過(guò)后,對(duì)所有排水孔進(jìn)行了檢查,發(fā)現(xiàn)90%的排水孔經(jīng)過(guò)1 a運(yùn)行之后都被淤泥堵塞失效,不能有效排除地下滲流,進(jìn)而引起揚(yáng)壓力異常。

3 排水管改進(jìn)設(shè)計(jì)和安裝

3.1 排水管失效原因分析

總結(jié)該工程中的實(shí)際情況,排水管失效原因：一是原設(shè)計(jì)排水管的孔徑過(guò)小,直徑只有5 cm?！案鶕?jù)三向電模擬試驗(yàn)成果,排水井管井內(nèi)徑采用0.2～0.3 m時(shí),減壓效果最佳”。本工程的排水管直徑明顯偏小。二是設(shè)計(jì)的理想環(huán)境和實(shí)際的施工工藝以及運(yùn)行環(huán)境存在很大差別。目前，水利工程施工中排水管施工通常采用的是PVC管一端包裹土工織物或者在排水孔中填反濾料等方法,以期地下水流能夠順利從排水管中排出,但由于實(shí)際工程運(yùn)行中,特別是洪水期間,水體中含有較多的淤泥質(zhì)顆粒,洪水過(guò)后,淤泥沉積,滲入排水管中,造成排水孔絕大部分堵塞失效。排水體設(shè)置完成后成為工程的一部分,無(wú)法拆除改造,清洗困難,失效后恢復(fù)排水不易。

3.2 排水管設(shè)計(jì)思路

如何改進(jìn)排水管設(shè)計(jì),解決排水孔維修維護(hù)等問(wèn)題,確保工程安全,對(duì)于工程管理者來(lái)說(shuō),至關(guān)重要。改進(jìn)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)思路：一是要適當(dāng)增加排水管孔徑,以增大排水能力。二是將排水管布置適當(dāng)靠前,降低連接段揚(yáng)壓力。本工程中,消力池連接段長(zhǎng)度達(dá)到 41 m,在同類(lèi)工程中較為少見(jiàn),為確保工程穩(wěn)定,經(jīng)過(guò)論證,消力池和閘室連接段的下半部也布設(shè)排水管。排水管靠前布設(shè),將減少滲徑,增大滲透壓力,可能會(huì)導(dǎo)致壩體類(lèi)的土體發(fā)生滲透變形,因此要做好排水管的反濾措施。三是結(jié)合工程運(yùn)行環(huán)境,排水管堵塞之后能夠拆除進(jìn)行清洗,方便工程管理,同時(shí)也提高工程安全性能。

3.3 新型可拆卸反濾排水管的設(shè)計(jì)及制作安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,要滿足可以反復(fù)拆卸和清洗,必須采用堅(jiān)固耐用材料,而且排水管長(zhǎng)期位于水下,同時(shí)要滿足耐腐蝕要求。大坳攔河壩采用不銹鋼管。 采用直徑100 mm,壁厚2 mm不銹鋼管,在管壁上交錯(cuò)打孔,孔徑10 mm,孔距50 mm(中心點(diǎn)),呈等腰三角形錯(cuò)開(kāi)分布。底部用6 mm不銹鋼條間距3 mm焊接封底。 內(nèi)填反濾料后采用6 mm不銹鋼條間距3 mm焊接封口。

反濾料設(shè)計(jì)：合理的反濾層要滿足兩個(gè)相互矛盾的要求：①反濾料必須具有足夠小的孔隙,以防土粒被沖入孔隙或通過(guò)孔隙而被沖走。②透水性大于被保護(hù)土層,能通暢地排出滲透水流,同時(shí)不致被細(xì)粒土淤塞而失效,這就要求反濾料必須具有足夠大的孔隙。本工程建在砂基之上,主要針對(duì)反濾土層為粗中砂,工程設(shè)計(jì)中,澆筑混凝土前鋪填了20 cm厚的碎石墊層做了反濾,根據(jù)試驗(yàn),本工程直接采用級(jí)配良好的碎石填充,分為三層：第一層采用0～5 mm碎石,第二層采用10～30 mm碎石,第三層采用20-40 mm碎石。設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 排水管及反濾體設(shè)計(jì)示意(單位：mm)

排水管安裝：大坳攔河壩排水孔后期進(jìn)行了擴(kuò)孔,將原先的直徑50 mm改為105 mm,反濾排水管直徑為100 mm,先將排水孔孔內(nèi)回填至安裝高度,然后將反濾排水管安裝進(jìn)水工建筑物的排水孔中,頂部用不銹鋼雙向螺栓鎖緊,如圖3所示。

圖3 反濾排水管安裝示意(單位：mm)

間隙處理：排水孔和排水管間隙采用O型密封圈密封,管口采用玻璃膠進(jìn)行封口,以防止土顆粒從間隙中流失。如圖4所示。

圖4 排水管孔口處理示意

4 改進(jìn)后效果

1) 排水管經(jīng)過(guò)改進(jìn)后,效果明顯,有效增大了工程的排水性能。大坳攔河閘壩排水管安裝施工時(shí)間2013年10月28日至11月7日,為管理人員對(duì)排水管安裝前后相同閘前水位情況下實(shí)測(cè)滲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,安裝之后,各測(cè)點(diǎn)的滲壓明顯減少,普遍減少2%～3%。如表1所示。

表1 排水管改造前后實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力對(duì)比 m

2) 可批量生產(chǎn),質(zhì)量可靠。新型可裝卸反濾排水管可以在工廠直接批量生產(chǎn),反濾料填充質(zhì)量、排水管的透水性等指標(biāo)可以直接通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè),比現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量更有保證。

3) 易于維護(hù),方便管理。新型可裝卸反濾排水管可以隨時(shí)裝卸,發(fā)現(xiàn)排水不暢時(shí),可以個(gè)別拆除清洗,恢復(fù)功能,給排水管的維護(hù)以及水利工程管理帶來(lái)很大的方便。

4) 透水性強(qiáng),安全性高。新型可裝卸反濾排水管內(nèi)部的反濾料采用不同級(jí)配分層填充,每一層級(jí)配良好,既能保證排水管有良好的透水性,又能保證排水管的反濾體不會(huì)產(chǎn)生滲透破壞。

5) 使用壽命長(zhǎng),維護(hù)成本低。新型可裝卸反濾排水管采用不銹鋼管,在水下能夠運(yùn)行10 a以上不生銹,運(yùn)行維護(hù)時(shí)可以方便拆裝,個(gè)別更換清洗,恢復(fù)使用,為工程維護(hù)節(jié)省大量的人力和物力。如圖5所示。

圖5 排水管批量生產(chǎn)和運(yùn)行后清洗示意

5 結(jié)論

1) 排水管是水利工程中廣泛使用的簡(jiǎn)單設(shè)施,對(duì)工程的揚(yáng)壓力降低起著重要的作用,排水管的堵塞是工程失事的一大重要因素,應(yīng)該引起設(shè)計(jì)、施工、工程管理各方的高度關(guān)注。

2) 改進(jìn)后的可裝卸排水管設(shè)計(jì)新穎,綜合考慮工程運(yùn)行環(huán)境,易于維護(hù),在工程管理中有所創(chuàng)新,為工程維護(hù)以及水利工程管理帶來(lái)很大的方便。

[1] 曹洪.廣州市流溪河大坳攔河壩滲流分析報(bào)告[R].廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[2] 胡海英.廣州市流溪河大坳攔河壩安全鑒定綜合報(bào)告[R].廣州：珠江水利科學(xué)研究院，2010. [3] 陳寶華,張世儒.水閘[M].北京：水利電力出版社,2003.

[4] 劉亞蓮,李存,晏成明.水工建筑物設(shè)計(jì)技術(shù)[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社,2012.

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Application of New Removable Filter Drainpipe to Gate Dam

XU Siqun

(General Management Office of Liuxihe Irrigation District, Guangzhou 510900, China)

Filter drainpipe is the key section to water conservancy infrastructure. Based on engineering practice in Da’ao gate dam, a new-designed removable filter drainpipe is easy and simple for disassembling and cleaning, which solves difficult problems of silt. Test results show that the drainpipe can effectively discharge the seepage and reduce the uplift pressure of the project. Meanwhile, the new drainpipe is suitable for industrial production, controllable quality, easy maintenance, and more conducive to project management.

sluice gate； drainpipe； seepage

2016-03-07;

2016-03-28

許思群(1975)，女，本科，工程師，從事水閘工程管理工作。

TV66

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1008-0112(2016)02-0015-04