水利工程大壩圍堰施工設(shè)計探討
發(fā)布時間：
2017-11-28 15:57
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摘 要：圍堰是水利工程施工中最常見的工序，圍堰的施工設(shè)計關(guān)乎大壩的施工安全，在具體工程實施時必須根據(jù)工程所處的環(huán)境、地質(zhì)條件、工程本身等設(shè)計合適的圍堰。本文作者結(jié)合自己的工作實踐，通過結(jié)合某大壩工程實例，基于該大壩基本成“U”型對稱分布，對該大壩采用圍堰擋水、箱涵導(dǎo)流的導(dǎo)流方式實施，對圍堰采取合理設(shè)計，為同類工程提供參考實例。
關(guān)鍵詞：大壩工程;圍堰設(shè)計;導(dǎo)流施工
1. 引言
某大壩地處熱帶雨林氣候，全年炎熱多雨，尤其在11月至次年3月降雨量較多，4月至11月降雨量較少。全年無四季明顯區(qū)分，全年平均氣溫28℃左右，最高氣溫可達(dá)35℃。壩址處于深切橫向河谷，兩岸山體雄厚、基本成“U”型對稱分布。兩岸山高100～200m，枯水期河面寬20～40m，深2余米，本工程采用圍堰擋水、箱涵導(dǎo)流的導(dǎo)流方式。
2. 圍堰設(shè)計原則及圍堰級別
2.1 圍堰型式設(shè)計原則
(1)本圍堰方案的設(shè)計是基于“一枯”只進(jìn)行大壩基坑開挖、大壩基礎(chǔ)找平混凝土及固結(jié)灌漿、帷幕灌漿的施工，施工時段為4月下旬至11月上旬.。(2)安全可靠，能滿足穩(wěn)定性、抗?jié)B及抗沖要求。(3)圍堰防滲墻軸線應(yīng)避開不利的地質(zhì)條件。(4)結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，宜于拆除并能充分利有用當(dāng)?shù)夭牧霞伴_挖碴料,堰基易于處理，堰體便于與岸坡連接。(5)能在預(yù)定期內(nèi)修筑到需要的斷面及高程。根據(jù)上述原則及現(xiàn)場地形、地質(zhì)和材料供應(yīng)條件擬定：上游圍堰采用RCC圍堰，下游采用采用土石過水圍堰。
3. 圍堰級別
在本次工程案例當(dāng)中，根據(jù)導(dǎo)流建筑物系指樞紐工程施工期所使用的臨時性擋水和泄水建筑物，并根據(jù)其保護對象、失事后果、使用年限和工程規(guī)模進(jìn)行劃分(Ⅲ～V級)。保護對象是I、II級永久建筑物;失事后果是淹沒一般城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)，又或者是影響工程總的工期;使用年限在1.5～3年;圍堰工程堰高和庫容分別為15～50m、0.1～1.0億m3。根據(jù)《水電水利工程施工導(dǎo)流設(shè)計導(dǎo)則》(DL/T5114-2000)中表4.0.1確定本工程圍堰級別為IV級。
4. 圍堰平面布置
圍堰布置應(yīng)有利于箱涵安全運行，便于碾壓混凝土圍堰基礎(chǔ)清理施工。上游橫向圍堰軸線與大壩軸線平行，上游圍堰背水坡坡腳距大壩基礎(chǔ)開挖外輪廓線最小距離為15m。下游橫向圍堰軸線與導(dǎo)流明渠垂直，且保證從下游圍堰能夠修建一條下基坑道路至消力塘。
由于受左右岸地形及建筑物布置的限制，水流對圍堰坡腳有一定沖刷，故需對下游圍堰左岸坡腳部位采用鋼筋石籠或大塊石進(jìn)行適當(dāng)保護，以保證圍堰的安全穩(wěn)定。上游圍堰軸線呈直線布置，全長約77m，下游土石圍堰軸線也是直線布置，全長約34m，詳見《班谷大壩導(dǎo)流平面布置圖》。上游圍堰采用RCC圍堰，防滲采用上游側(cè)富漿層防滲，下游圍堰為土石圍堰，僅6～8m高，水頭不大，采用粘土心墻防滲。
5. 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.1 圍堰堰頂高程方案選擇
根據(jù)箱涵泄流曲線等有關(guān)資料，按照圍堰設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)水力學(xué)計算分析，上游圍堰在Q10%(枯期4月～次年11月)=365m3/s時，擋水高程為EL.42.5m，下游圍堰擋水高程為EL.30.5m。根據(jù)部頒標(biāo)準(zhǔn)SDJ12-78及SDJ211-87對土石壩的規(guī)定，圍堰設(shè)計高程應(yīng)滿足防洪安全、風(fēng)浪高和安全超高。因此確定上游圍堰堰頂高程為44.0m，下游圍堰堰頂高程可為31.0m。
5.2 上游圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計
(1)上游圍堰斷面設(shè)計。上游RCC堰堰頂高程按全年擋水標(biāo)準(zhǔn)P=10%分期洪水設(shè)計洪峰流量365m3/s，在左岸箱涵泄洪情況下，相應(yīng)洪水壅高水位高程為EL.42.5m，考慮堰頂安全超高，圍堰堰頂高程取44.0m，圍堰軸線長度77.0m。圍堰軸線控制點W3(23.181，-30.5)，W4(51.417，-30.5)。防滲墻軸線與圍堰軸線重合，防滲采用富漿層變態(tài)混凝土防滲。
(2)堰頂寬度及構(gòu)造。堰頂寬度滿足吊裝箱涵閘門的要求，上游RCC圍堰堰頂設(shè)寬度左側(cè)設(shè)為為7m，右側(cè)設(shè)為3m。
(3)圍堰各部構(gòu)造。圍堰主要由底板常態(tài)混凝土防滲層，主體RCC，上游側(cè)富漿層變態(tài)混凝土組成。
(4)兩岸接頭。將岸坡的坡積物與覆蓋層清除至基巖，在防滲墻軸線上在兩岸堰肩挖槽。
(5)圍堰材料要求。RCC的主材料選用大壩開挖開挖基巖的石渣料，要求最大粒徑≤200mm。含泥量較少。
5.3 下游圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計
(1) 下游圍堰體型。下游圍堰為土石過水圍堰，最大高度8m，最大底寬20m。堰頂平臺為RCC混凝土板，起鎮(zhèn)頭作用，斜坡段為鋼筋籠和塊石面板，起防護和穩(wěn)定水流作用，堰后平臺為鋼筋籠板，起鎮(zhèn)腳和堰后防護作用，堰前設(shè)有大塊石護坡。堰頂高程31.00m，圍堰軸線長度34.00m，堰頂設(shè)計無交通要求，堰頂頂寬3m。圍堰軸線控制點W5(7.133，128.061)，W6(40.622，121.647)。防滲墻軸線與圍堰軸線重合，防滲采用粘土心墻防滲。
(2) 圍堰填料要求。上游護坡、護腳：外側(cè)邊坡1:2，內(nèi)側(cè)邊坡1:1. 5，護坡頂厚1.5m，填材料為大塊石、鋼筋籠。下游坡護坡：經(jīng)常水位以上邊坡采用鋼筋籠護坡，水下采用大塊石護腳，以防掏刷。堰體填筑料：主體采用土石渣混合料填筑，心墻采用粘土填筑。
5.4 圍堰穩(wěn)定計算
根據(jù)水利部頒標(biāo)準(zhǔn)SDJ12-78及SDJ211-87對土石壩的規(guī)定，圍堰一般只對4級以上建筑物或圍堰高度超過15m時才進(jìn)行抗滑穩(wěn)定安全計算。本工程下游圍堰高度為8m，未超過15.0m，不需進(jìn)行穩(wěn)定計算.因此僅需要需對上游圍堰進(jìn)行穩(wěn)定安全計算。圍堰的穩(wěn)定安全系數(shù)要求見表1。
表1 圍堰邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)要求
|
圍堰型式 |
級 別 |
抗 滑 |
備 注 |
|
土石圍堰 |
Ⅲ |
≥1.20 |
邊坡穩(wěn)定 |
|
Ⅳ、Ⅴ |
≥1.05 |
||
|
混凝土圍堰 |
|
≥1.05 |
按抗剪強度計算 |
|
Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ |
≥3.0 |
按抗剪斷強度計算 |
|
|
Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ |
≥2.5 |
按抗剪斷強度計算，考慮排水失效 |
5.5 上游圍堰穩(wěn)定設(shè)計
混凝土重力式圍堰建基面和巖體垂直正應(yīng)力可用《SL319-2005 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范 P18》進(jìn)行計算，要求上游垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力(計揚壓力)，壩體任何截面的主壓應(yīng)力小于混凝土的允許壓應(yīng)力值。混凝土重力式圍堰在設(shè)計洪水位時，迎水面允許有主拉應(yīng)力0.1～0.15Mpa，堰體允許有主拉應(yīng)力0.2Mpa。圍堰的抗滑穩(wěn)定安全計算采用“抗剪強度計算”進(jìn)行。壩基截面的垂直正應(yīng)力計算參照《SL319-2005 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》P18 6.3.3公式進(jìn)行計算。上游RCC圍堰穩(wěn)定計算結(jié)果。根據(jù)地質(zhì)資料分析，上游圍堰河床覆蓋層厚度較薄，物理力學(xué)指標(biāo)均較高，經(jīng)計算成果見表2。
表2 上游RCC圍堰穩(wěn)定計算成果
|
圍堰 |
運行工況 |
最小安全系數(shù) |
最大應(yīng)力值 |
|
RCC圍堰 |
擋設(shè)計洪水水位42.5m，基坑有水 |
1.14 |
0.16 |
|
RCC圍堰 |
擋設(shè)計洪水水位42.5m，基坑無水 |
1.07 |
0.18 |
5.6 圍堰度汛保護設(shè)計
上游圍堰為RCC圍堰，過水后防沖要求較高，為減少水的流速，增加抗沖刷能力，下游面采用臺階形式。下游土石圍堰過水時采用鋼筋籠護坡配合大塊石防沖。
5.7 圍堰工程量表
本工程圍堰工程量見表3所示。
表3 圍 堰 工 程 量 表
|
圍 堰 |
項 目 |
單位 |
工 程 量 |
備 注 |
|
上 游 RCC 圍 堰 |
土石方開挖 |
m3 |
1000 |
|
|
RCC混凝土 |
m3 |
9100 |
|
|
|
C15常態(tài)混凝土 |
m3 |
367 |
|
|
|
500*500預(yù)制塊 |
塊 |
500 |
500*500*1500 |
|
|
截流戧堤 |
石渣 |
m3 |
1000 |
|
|
中石 |
m3 |
150 |
|
|
|
大石 |
m3 |
20 |
|
|
|
下 游 土 石 圍 堰 |
粘土心墻 |
m3 |
505.8 |
|
|
RCC面板 |
m3 |
170 |
|
|
|
土石混合料 |
m3 |
1687.2 |
|
|
|
護坡塊石 |
m3 |
843.6 |
|
|
|
鋼筋籠填石 |
m3 |
120 |
|
|
|
圍堰的拆除 |
m3 |
3326.6 |
|
5.8 土石圍堰材料及主要工程量
(1)石渣料。石渣料要求石質(zhì)堅硬、不易破碎和水解。粒徑400～700mm的含量30%左右，粒徑50～400mm的含量40%左右，粒徑10～20mm的含量10%～20%左右，粒徑小于20mm的含量不超過10%左右，含泥量小于5%(按重量計)，控制塊體干容重26.00～27.00kN/m3，可利用左右岸上游渣場的石渣料。
(2)塊石。截流所需中塊石料(0.5～0.7m)和大塊石料(0.7～1.2m)存放在右岸上游渣場備用。護坡塊石在堰頂用自卸汽車直接拋填。
(3)填石鋼筋石籠。下游圍堰鋼筋石籠采用商品鋼筋籠(2×1×1m)，鋼筋石籠串聯(lián)在一起，以形成鋼筋塊石籠串。鋼筋石籠采用人工配合挖掘機現(xiàn)場填筑，選用粒徑不小于20cm的堅硬塊石裝填，密實度須大于75%。
(4)土料。土料宜滿足表4中的要求，圍堰所需防滲土料從左岸取土，土料儲量約1000m3，滿足下游圍堰粘土心墻用量。
表4 土料特性表
項 目指 標(biāo)備 注
宜用土料砂質(zhì)粘土或砂壤土
粘粒含量15%～50%粘粒含量大于50%的粘土，浸水后不易崩解，不宜采用
滲透系數(shù)≤1×10-8cm/s
崩解性能良好30min崩解50%～70%，24h完全崩解
6. 結(jié)語
在本文中對水利工程大壩圍堰施工設(shè)計進(jìn)行探討，主要是通過工程案例開展。基于該項工程大壩圍堰呈“U”型對稱分布，在實際施工時主要是運用圍堰擋水、箱涵導(dǎo)流的圍堰設(shè)計理念，并根據(jù)《水電水利工程施工導(dǎo)流設(shè)計導(dǎo)則》確定本工程圍堰級別。通過上游圍堰采用RCC圍堰，下游采用土石過水圍堰的方式，上游橫向圍堰軸線與大壩軸線平行，下游橫向圍堰軸線與導(dǎo)流明渠垂直，由于水流對圍堰坡腳有一定沖刷，因此需要對下游圍堰左岸坡腳部位采用鋼筋石籠或大塊石進(jìn)行適當(dāng)保護，以保證圍堰的安全穩(wěn)定，同時還需要注重土石圍堰的材料以及工程量，從而更好的發(fā)揮防滲、抗洪功能，并為同類水利工程提供參考和借鑒。
參考文獻(xiàn)：
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