劉進(jìn)喜 李想 侯宇 李帥 江杰
【摘要】施工導(dǎo)截流設(shè)計是施工組織設(shè)計的重要組成部分,具有較強(qiáng)的理論性和實踐性。本文通過小盤河水庫主體工程混合型大壩分期導(dǎo)流工程實例,總結(jié)、介紹施工導(dǎo)流、截流方面的設(shè)計工作經(jīng)驗與教訓(xùn),為今后類似的水利工程施工組織設(shè)計,提供可供參考和借鑒的作用,進(jìn)而促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】分期導(dǎo)流;截流設(shè)計;混合型大壩
1、工程背景
小盤河水庫總庫容4732萬m3,為中型水庫。樞紐建筑物從左岸到右岸依次由混凝土重力壩、底孔泄洪排沙閘、表孔泄洪閘、引水管壩段、右岸均質(zhì)土壩段等建筑物組成,壩頂總長度268.00m。
2、導(dǎo)流建筑選擇
2.1導(dǎo)流方式
本工程導(dǎo)流建筑物級別為5級,設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)5年一遇洪水重現(xiàn)期。采用分期導(dǎo)流方式,一期圍護(hù)左岸混凝土壩段,擴(kuò)挖右岸河床過流,進(jìn)行一期建筑物的施工。二期圍護(hù)右岸,由已經(jīng)完成的底孔壩段兩孔泄洪底孔過流,進(jìn)行導(dǎo)墻和三期上游圍堰的施工。三期圍護(hù)右岸均質(zhì)土壩段,由已經(jīng)完成的底孔壩段5孔泄洪底孔過流,進(jìn)行右岸均質(zhì)土壩段的施工。一期導(dǎo)流時段為第2016年5月下旬~2017年10月,導(dǎo)流設(shè)計流量為1870m3/s。二期導(dǎo)流時段為2017年10月下旬~2018年3月,導(dǎo)流設(shè)計流量為28.85m3/s。三期導(dǎo)流時段為2018年3月~2018年9月,導(dǎo)流設(shè)計流量為1870m3/s。
2.2 導(dǎo)流建筑物布置
1、 一期導(dǎo)流建筑物
(1)上游圍堰
一期上游圍堰圍堰頂高程972.0m,最大堰高14.0m,堰頂軸線長119.0m,堰頂寬6.0m。圍堰迎水面和背水面邊坡坡比均為1:2。
穩(wěn)定計算如下:
工況一:穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,擋水水位970.5m。
工況二:庫水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,水位由970.5m降至963.0m。
根據(jù)上圍堰滲流計算結(jié)果,上游圍堰正常運行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為9.28×10-6m3/s.m。
(2)下游圍堰
下游圍堰擋水水位967.5m,堰頂高程969.0m,最大堰高13.5m,堰頂軸線長137.5m,堰頂寬6.0m,圍堰迎水面和背水面邊坡坡比均為1:2。
穩(wěn)定計算如下:
工況一:穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,擋水水位967.5m,背水面無水。
工況二:水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,水位由967.5m降至960.0m。
計算參數(shù)與上游圍堰相同,見表1。
計算結(jié)果:
根據(jù)下游圍堰滲流計算結(jié)果,下游圍堰正常運行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為8.54×10-6m3/s.m。
(3)縱向圍堰
縱向圍堰堰頂高程為972.0~969.00m,最大堰高9.0m,堰頂軸線長256.0m,堰頂寬5.0m,圍堰迎水面邊坡坡比為1:1.5,背水面邊坡坡比為1:1.5。
穩(wěn)定計算如下:
工況一:穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,上游水位970.5m,下游無水。
工況二:水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,水位由970.5m降至963.0m。
計算參數(shù)見表1。
計算結(jié)果:
根據(jù)計算結(jié)果,圍堰穩(wěn)定滿足要求??v向圍堰滲流計算結(jié)果,縱向圍堰正常運行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為1.01×10-5m3/s.m。
(4)導(dǎo)流明渠
1)導(dǎo)流明渠設(shè)計
導(dǎo)流明渠底寬20.0m,進(jìn)口高程為959.0m,底坡為0.0042,明渠軸線長378.5m,明渠左、右岸邊坡均為1:1.5,導(dǎo)流明渠過水?dāng)嗝娌捎?.8m厚鋼筋石籠防護(hù),鋼筋石籠底部鋪設(shè)一層土工布抗沖。
2)導(dǎo)流明渠水力計算
導(dǎo)流明渠為陡坡渠道,陡坡渠道進(jìn)口按自由出流寬頂堰公式推求上游雍高水深,計算公式如下:
對應(yīng)流量為1870m3/s的上游堰前壅高水位為970.5m。
按明渠均勻流計算泄流能力,計算值見表5。
2、二期導(dǎo)流建筑物
(1)上游圍堰
二期上游圍堰堰頂高程963.0m,最大堰高4.5m,堰頂軸線長177.0m,堰頂寬3.0m。圍堰迎水面、背水面坡比均為1:2,堰體迎水部分采用編織袋填土填筑,堰體采用土工膜防滲。
(2)下游圍堰
二期下游圍堰頂高程962.5m,最大堰高3.0m,堰頂軸線長30m,堰頂寬3.0m。圍堰迎水面、背水面坡比均為1:2,堰體迎水部分采用編織袋填土填筑,堰體采用土工膜防滲。
圍堰抗滑穩(wěn)定計算如下:
①上游圍堰
工況一:穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,擋水水位961.5m,下游無水。
工況二:庫水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,水位由961.5m降至960.0m。
②下游圍堰
工況一:穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,擋水水位962.5m,背水面無水。
工況二:水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,水位由962.5m降至960.0m。
計算參數(shù)見表1。
計算結(jié)果:
根據(jù)計算結(jié)果,圍堰穩(wěn)定滿足要求。二期上游圍堰正常運行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為8.5×10-6m3/s.m,二期下游圍堰正常運行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為1.2×10-6m3/s.m。
(3)泄洪底孔水力計算
二期導(dǎo)流采用2孔泄洪底孔過流。泄洪底孔尺寸為9m×10m(寬×高),底板高程為960.00m。按自由出流寬頂堰公式推求上游雍高水深,計算公式如下:
經(jīng)過計算可知,堰前上游雍高水位為961.5m。
3、 三期導(dǎo)流建筑物
(1)上游圍堰
三期上游圍堰堰頂高程971.5m,最大堰高8.5m,堰頂軸線長52.5m,堰頂寬6.0m。圍堰迎水面坡比為1:3,背水面坡比為1:2,堰體采用壤土填筑。
(2)下游圍堰
三期下游圍堰擋水水位967.5m,堰頂高程969.0m,最大堰高6.0m,堰頂軸線長100.0m,堰頂寬6.0m,圍堰迎水面和背水面邊坡坡比均為1:2,堰體采用壤土填筑。
抗滑穩(wěn)定計算如下:
①上游圍堰
工況一:穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,擋水水位970.0m,下游無水。
工況二:庫水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,水位由970.0m降至960.0m。
②下游圍堰
工況一:穩(wěn)定滲流期背水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,擋水水位967.5m,背水面無水。
工況二:水位降落期迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定計算,水位由967.5m降至960.0m。
計算參數(shù)見表1。
計算結(jié)果:
根據(jù)計算結(jié)果,圍堰穩(wěn)定滿足要求。三期上游圍堰正常運行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為6.27×10-6m3/s.m,三期下游圍堰正常運行期穩(wěn)定滲流單寬滲流量為4.25×10-6m3/s.m。
(3)泄洪底孔水力計算
三期導(dǎo)流采用5孔泄洪底孔過流。泄洪底孔尺寸為9m×10m(寬×高),底板高程為960.00m。按自由出流寬頂堰公式推求上游雍高水深,計算公式如下:
經(jīng)過計算可知,堰前上游雍高水位為970.0m。
3、 施工截流
3.1截流方式
本次截流設(shè)計施工主要介紹一期截流施工。根據(jù)導(dǎo)流明渠施工進(jìn)度安排,擬定2016年5月下旬進(jìn)行截流。截流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用截流時段5年一遇月平均流量,即5月截流,截流流量為2.88m3/s。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,采取由右岸向左岸立堵進(jìn)占為主的截流方式。
上游圍堰預(yù)進(jìn)占戧堤堤頂高程初定971.5m,在戧堤進(jìn)占至龍口部位后,停止龍口段進(jìn)占,并對龍口段裹頭采用鋼筋石籠進(jìn)行保護(hù)。戧堤進(jìn)占采用自卸汽車自戧堤前緣后退卸料、推土機(jī)配合的立堵方案。自右岸向左岸單向進(jìn)占為主,戧堤的進(jìn)占采用“上角突出型拋投法”。
3.2截流施工
(1)截流材料準(zhǔn)備
粘土由土料場取得,作為圍堰防滲體用料,截流前在存渣場按計算量進(jìn)行截流用料備料。
(2)截流階段劃分
預(yù)進(jìn)占先采用一般料拋投,再根據(jù)經(jīng)驗用大塊石拋投,最后用鉛絲籠塊石防護(hù)龍口裹頭。
(3)截流施工方法
截流施工采用立堵進(jìn)占方式。由自卸汽車從戧堤前緣后退卸料、推土機(jī)配合進(jìn)行。戧堤斷面一次形成,戧堤平行施工,戧堤進(jìn)占8~10m后,利用反鏟進(jìn)行坡面修整,粘土填筑跟進(jìn)的順序。
砂礫料填筑由右岸向左岸進(jìn)占,2臺1.6m3挖掘機(jī)裝6部15t自卸汽車運至堰頭卸料,TY220兩臺推土機(jī)推入水中,逐漸向前進(jìn)占,快至龍口段時過水?dāng)嗝嬷饾u減小,流速和落差逐漸增大,根據(jù)計算拋投塊石和鉛絲籠進(jìn)行合龍。鋼筋塊石籠由吊車裝,15t自卸汽車運至龍口,TY220推土機(jī)推入水中。
塊石料按進(jìn)占部位的不同,根據(jù)計算選取相應(yīng)的塊徑。由1.6m3挖掘機(jī)裝15t自卸汽車運至龍口,TY220推土機(jī)推入水中。
4、結(jié)論
文章分析了水利水電工程的施工導(dǎo)流原則和圍堰技術(shù),探究了解決實際施工中存在問題的方案。采取在壩體右側(cè)土石壩段開挖明渠的方式進(jìn)行導(dǎo)流,上下游及縱向圍堰組成擋水建筑物,采用土工布抗沖反濾、鋼筋石籠護(hù)砌防沖的方式進(jìn)行圍堰護(hù)砌。通過利用土石壩段基礎(chǔ)開挖材料進(jìn)行圍堰填筑,建筑材料得到了充分利用,節(jié)省了大量的施工資源,產(chǎn)生的建筑廢料也相應(yīng)減少。利用土工布反濾,鋼筋石籠護(hù)砌的方法,節(jié)省了混凝土護(hù)砌的用量,明渠施工工期大大縮短,經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時,根據(jù)不同時期壩型特點,進(jìn)行綜合規(guī)劃,二三期導(dǎo)流利用重力壩抗沖的特點,利用泄洪底孔過流,為土石壩段干地施工創(chuàng)造了條件,節(jié)省了施工空間,節(jié)約了工程成本。該研究成果的實施,有效降低了施工成本,能比較理想地縮短施工周期,并能在同類工程中進(jìn)行推廣。
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