南平二水源大壩工程導流底孔封堵施工優化應用

蔡毅榮

(三明市水利水電工程有限公司，福建 三明 365000)

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南平二水源大壩工程導流底孔封堵施工優化應用

蔡毅榮

(三明市水利水電工程有限公司，福建 三明 365000)

摘要：大壩導流底孔封堵一般存在封堵閘門體積大、質量重，起吊困難。減小封堵閘門的體積的施工優化有效降低封堵難度，施工工藝簡單，大大保證封堵的成功率。文章以南平二水源五星橋水庫大壩工程為例，介紹了大壩導流底孔封堵施工優化方案及施工要點。在具體施工中操作簡易，下閘順利，封堵效果好，說明此優化方案合理。

關鍵詞：大壩工程；導流底孔；封堵；閘門設計；施工優化

1工程概況

南平二水源五星橋水庫壩址位于峽陽鎮五星橋工區下游約0.2km處，控制流域集水面積68.7km2，河長16.5km，河道平均坡降21.4‰，多年平均流量2.35 m3/s 。水庫正常蓄水位185.5m, 總庫容2 328 萬 m3，調節庫容1 850.67 萬 m3，庫容系數26.81%。大壩壩型為細石混凝土砌石拱壩，最大壩高49.7m，壩頂高程為190.50 m，壩頂長度227.18m，壩頂寬度3m，溢洪道設在壩的中部，為WES實用堰，堰頂設4孔閘門，每孔凈寬8.0m，閘門為露頂平面鋼閘門，其尺寸為8 m×4.8 m(寬×高)。

南平市五星橋水庫大壩工程為III等工程，大壩永久性建筑物按3 級建筑物設計，大壩按50 a一遇洪水設計，500 a一遇洪水校核。

本工程施工導流為壩體預留底孔導流，導流底孔尺寸14.5m×5.4m×3.6m(長×寬×高)，根據《水利水電工程施工組織設計規范》，本工程初期導流采用枯水期(10月—次年3月底)導流，其標準為P=33.3%，相應的洪峰流量為5.43m3/s。導流洞封堵前，采用度汛標準為全年10 a一遇洪水，相應的洪峰流量為78.9m3/s。

2下閘時段選擇

根據南平二水源供水工程總體工程進度要求，為減少閘門下閘的風險，盡可能選擇在流量較小時下閘,大壩底孔導流洞下閘封堵時間選擇在2012年11月份下旬進行施工，封堵后的水庫渡汛采用已完工的壩體溢流堰進行泄洪,封堵下閘時的設計流量選擇11月份5 a重現期的月平均流量，相應的下閘封堵流量為Q=2.39 m3/s。

3下閘封堵施工優化

3.1方案優化

原壩體預留導流底孔尺寸14.5m×5.4m×3.6m(長×寬×高)，擬采用尺寸為5.8m×3.8m×0.5m(長×高×厚)的鋼筋混凝土預制閘門進行下閘封堵施工，考慮預埋件、水封等重量，閘門總重量約為28T。為方便閘門下閘及吊裝，在底孔進水口兩側設置閘墩及閘門槽，并在底孔上方設置鋼筋混凝土框架作為吊架[1]。

原單孔閘門下閘封堵，閘門體積大，質量重，所需的吊裝設備噸位高，因此下閘封堵施工難度大，風險系數高。為了方便下閘封堵順利進行，減少施工難度，擬采用雙閘室結構并設置現澆擋水胸墻，減少封堵閘門的寬度和高度，從而減輕閘門重量，方便閘門吊裝下閘。優化后兩孔閘室凈空尺寸為2.2m×0.9m(寬×高)，閘室底高程為148.0m,頂高程為148.9m,閘室后背擋水胸墻尺寸為7.4m×3.3m×0.5m(寬×高×厚)，并在閘墩上設置兩跨鋼筋混凝土吊裝框架，框架凈空為3.0m×2.5m(寬×高)，并在框架中間部位預留φ25mm圓鋼筋作為吊鉤。優化后的閘門尺寸為2.6m×1.1m×0.35m(寬×高×厚)，考慮預埋件、水封等重量，閘門總重量約為2.7T，因此大大減輕了閘門的重量，便于閘門吊裝下閘封堵施工。導流底孔封堵墻，底板平面及立面圖見圖1、圖2。

圖1導流底孔封堵墻、底板平面圖

圖2　導流底孔封堵墻、底板立面圖

3.2優化后的閘孔過量能力復核計算

1)優化后導流底孔進水口中部增加一個閘墩及后背增加擋水胸墻在10月份初施工，閘墩施工期流量采用枯水期(10月—次年3月底)導流，其標準為P=33.3%，相應的洪峰流量為5.43 m3/s，閘孔過流采用寬頂堰流公式計算：

(1)

式中：Q為下閘封堵時的流量；σs為淹沒系數，本工程為非淹沒出流，系數取值為1；ξ為側收縮系數；根據《水閘設計規范》附錄公式A.0.1-3/4/5,計算得ξ=0.93；m為流量系數，m=0.385；n為過流閘數，n=2； b為單孔堰寬；b=2.2 m；H0為含行進流速的堰上水頭，經計算H0=0.9m，經計算Q=5.95 m3/s>5.43 m3/s,因此優化后的閘孔過流量可以滿足導流要求。

3.3閉門力計算

根據上面所述，導流洞下閘時，閘門處水深為0.49m,水位高程為148.49m，當閘門緩慢下沉時，水位開始抬升，作用在閘門上總水壓力按水位到達閘門頂部高程149.10m計算，并計算此時的閉門力。

1)閉門力計算公式為：

Fw=nT(Tzd+Tzs)+Pt- nG G

(2)

式中：FW為閉門力，kN；nT為摩擦阻力的安全系數，一般取1.2；Tzd為支承摩擦阻力，kN；Tzs為止水摩擦阻力，kN；nG為計算閉門力時的采用的門重修正系數，取0.9；Pt為上托力，kN；G為閘門活動部分的自重(KN)；G=27 kN。

2)本次閘門下閘為滑動支承摩擦，對于滑動支承摩擦阻力計算公式為：

Tzd=f2P

(3)

式中：f2為滑動支承的摩擦系數，鋼板和橡膠取0.65；P為作用在閘門上總水壓力，kN；本次下閘封堵，作用在閘門上的靜水總壓力按水位到達閘門頂進行計算，H=1.1 m,P=1/2γHBL=1/2×9.8×1.1×2.6×1.1=15.42 kN。

支承摩擦阻力為：Tzd=15.42×0.65=10.02 kN。

3)對于止水摩擦阻力計算公式為：

Tzs=f3Pzs

(4)

式中：f3為止水與止水座的滑動摩擦系數，橡膠對水泥砂漿面為0.7；Pzs為作用在止水上的水壓力，t，為側止水的頂止水的總長度乘以止水橡膠作用的寬度，再乘以平均水頭得出；Pzs=(0.96×2+2.43)×0.45×(9.8×0.55)=1.1kN;

止水摩擦阻力為：Tzs=0.7×1.1=0.77kN。

4)上托力計算公式：

Pt=γβHD1BZS

(5)

式中：γ為水的容重，取9.8 kN/m3;β為上托力系數，取β=1.0；H為設計水頭，H=1.1m；D1為閘門底部投影寬度，D1=0.35 m;BZS為兩側止水距離，BZS=2.43 m。

上托力為：Pt=9.17 kN。

根據以上公式及數據計算出閉門力為：

Fw=nT(Tzd+Tzs)+Pt- nG G-2.18kN<0

(6)

閉門力結果計算表明，閘門依靠自身重量就可關閉。

因此將原單閘室下閘封堵優化為雙閘胸墻式下封堵施工方案可行。

4施工要點

1)在具備封堵條件的前一個月進行閘門啟吊排架鋼筋混凝土澆筑、兩扇2600mm×1000mm×350mm(長×高×厚)鋼筋混凝土閘門預制、高程148.9～152.2 m的導流底孔(封堵底板及封堵墻)現澆鋼筋混凝土封堵。

2)制作閘門必須搭設制作平臺，用方木鋪墊，上布平板調平。所有模板與混凝土的接觸面必須刨光。保證模板表面的平整度，閘門的構件尺寸必須按照設計要求精確制作。閘門預埋件預埋位置應做到準確無誤差，止水片壓板直接套入螺栓澆筑。在閘門澆筑制作中不得出現因模板支撐加固不牢而移位的現象。閘門澆筑后應按施工規范要求養護至規定齡期后方可使用。為保證閘門的尺寸精度，在制作前應對閘門槽的結構尺寸進行校核[2]。

3)閘門吊裝在預先澆筑好的鋼筋混凝土啟吊排架上進行，為保證吊裝作業的安全性與準確性，應對排架的承載能力進行多方計算復核。本工程起吊設備擬采用4臺3 t的手動葫蘆起吊，其最大吊距為3m。

4)利用3t手動葫蘆，把門葉提起，懸掛正確位置，下方擺置枋木墊塊，提升約40 cm，滯留10 min，再放下，連續試吊3次，全面檢查吊裝系統安全可靠性。

5)最后一次派人清理門槽底部，清除障礙物。在確定一切正常后，下令下閘封堵。稍微提升門葉，抽出底部墊木，開始下閘。在下閘時，必須保持門葉平行勻速下落，保持前后左右的間隙基本一致。以確保橡膠止水能有效地與門槽的予埋槽鋼接觸。

6)下閘封堵后，洞內下游水位迅速降低，立即進行出口段臨時圍堰清基工作，應清到底部的基巖，圍堰若有漏水處，應進行局部堵漏處理加固，可采用袋裝混凝土，貼坡，黃黏土閉氣。

7)先行排干孔內積水，再進行底部淤積物清理工作。清理工作結束后，底孔全斷面進行沖洗鑿毛處理。若閘門與閘門槽止水不嚴密出現滲水現象，可在閘門后約30cm處選用預制塊進行砌筑，底孔內靠孔壁側墻底腳處可埋設鋼管將滲水引向底孔外，孔內混凝土封堵段采用分層分塊法施工。本工程孔內封堵混凝土采用C15等級混凝土，在完成混凝土封堵施工以后，在其強度達到70%時，應對導流底孔內頂部進行回填灌漿。封堵混凝土達到規定齡期后即可將引排水鋼管閥門關閉。

5結語

導流底孔封堵閘門由單扇重28T，優化為兩扇重2.7T。在具體施工中操作簡易、下閘順利、封堵效果好，說明本優化方案合理。為以后類似工程施工提供有益的借鑒經驗。

參考文獻：

[1]張黎明.八峰水庫大壩導流底孔封堵的施工技術[J].珠江水運，2015(13)：32-33.

[2]柳進軍,王忠民.三峽二期工程導流底孔封堵試驗的實施及質量控制[J].施工技術，2006(S2)：56-58.

中圖分類號：TV551.13

文獻標識碼：B

[作者簡介]蔡毅榮(1971-)，男，福建漳州人，工程師，從事水利水電工程施工工作。

[收稿日期]2015-10-28

文章編號：1007-7596(2016)01-0116-03