新型可裝卸反濾排水管在水閘工程中的應用

許思群

(廣州市流溪河灌區總管理處,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用

許思群

(廣州市流溪河灌區總管理處,廣東 廣州 510900)

反慮排水設施在水利工程中往往是關鍵部位。大坳攔河閘壩結合工程實際,創新設計了一款便于裝卸、清洗的反濾排水管,解決了排水管淤堵的難題。試運行表明,這種排水管能有效排出工程滲流,降低工程揚壓力；同時,該新型排水管適合工業化生產,質量可控,維護方便,更有利于工程管理。

水閘；排水管；滲流

水閘的排水設施是減少水閘工程揚壓力,確保水閘安全的重要設施。排水設計是水閘工程設計的重要組成部分,目前工程中一般采用的排水設計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,在工程運行過程中經常因為淤泥堵塞,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,經過多年的運行經驗,對傳統的排水管進行了改進,有效地解決了此類問題,為工程管理帶來了極大的方便。

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的渠首樞紐工程。設計灌溉從化市、花都區和白云區2.76萬hm2農田,有效灌溉面積2.035萬hm2,是廣州市重要水利工程。閘壩最大過閘流量為2 265 m3/s,工程等別為Ⅱ等,主要建筑物級別2級,按50年一遇洪水設計,100年一遇洪水校核；下游消能防沖建筑物洪水標準按50年一遇設計。工程建在河流沖積層上,主要地質為礫質粗砂,飽和,中密,級配良好,含約5%～20%卵石及10%～30%圓礫,少量泥質。

2006—2009年對攔河閘壩消能設施進行了除險加固,在閘壩上游設置了混凝土防滲墻,在閘壩下游設置了一道鎖砂墻。改建后閘室下游消能防沖設施總長81 m,包括消力池、護坦、拋石海漫設施。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 工程排水存在的問題

改建后工程有兩個顯著特點：一是消力池連接段比較長,達到41 m。二是在閘壩下游設置了一道深度6 m的混凝土連續墻。這兩個特點都對消能設施的穩定造成了不利的影響。消力池連接段過長,連接段所受的揚壓力矩就大,容易失穩；下游消能設施末端設置的地下連續墻,應對下游河床沖刷變形,維護工程區域內地基的穩定有很好的作用,但是對滲流來說卻是不利的,不能有效地排除地下滲流,就會進一步增大工程揚壓力。為了解決這個矛盾,就需要有效設置排水,快速降低揚壓力。為此,消力池、護坦及海漫段均鋪設了Ф50 mm PVC排水孔,間距2 m,共1 677個。2008年6月,工程行洪期間,監測到下游滲流有異常。洪水過后,對所有排水孔進行了檢查,發現90%的排水孔經過1 a運行之后都被淤泥堵塞失效,不能有效排除地下滲流,進而引起揚壓力異常。

3 排水管改進設計和安裝

3.1 排水管失效原因分析

總結該工程中的實際情況,排水管失效原因：一是原設計排水管的孔徑過小,直徑只有5 cm。“根據三向電模擬試驗成果,排水井管井內徑采用0.2～0.3 m時,減壓效果最佳”。本工程的排水管直徑明顯偏小。二是設計的理想環境和實際的施工工藝以及運行環境存在很大差別。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,但由于實際工程運行中,特別是洪水期間,水體中含有較多的淤泥質顆粒,洪水過后,淤泥沉積,滲入排水管中,造成排水孔絕大部分堵塞失效。排水體設置完成后成為工程的一部分,無法拆除改造,清洗困難,失效后恢復排水不易。

3.2 排水管設計思路

如何改進排水管設計,解決排水孔維修維護等問題,確保工程安全,對于工程管理者來說,至關重要。改進設計中的設計思路：一是要適當增加排水管孔徑,以增大排水能力。二是將排水管布置適當靠前,降低連接段揚壓力。本工程中,消力池連接段長度達到 41 m,在同類工程中較為少見,為確保工程穩定,經過論證,消力池和閘室連接段的下半部也布設排水管。排水管靠前布設,將減少滲徑,增大滲透壓力,可能會導致壩體類的土體發生滲透變形,因此要做好排水管的反濾措施。三是結合工程運行環境,排水管堵塞之后能夠拆除進行清洗,方便工程管理,同時也提高工程安全性能。

3.3 新型可拆卸反濾排水管的設計及制作安裝

根據設計要求,要滿足可以反復拆卸和清洗,必須采用堅固耐用材料,而且排水管長期位于水下,同時要滿足耐腐蝕要求。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,在管壁上交錯打孔,孔徑10 mm,孔距50 mm(中心點),呈等腰三角形錯開分布。底部用6 mm不銹鋼條間距3 mm焊接封底。 內填反濾料后采用6 mm不銹鋼條間距3 mm焊接封口。

反濾料設計：合理的反濾層要滿足兩個相互矛盾的要求：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孔隙而被沖走。②透水性大于被保護土層,能通暢地排出滲透水流,同時不致被細粒土淤塞而失效,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,主要針對反濾土層為粗中砂,工程設計中,澆筑混凝土前鋪填了20 cm厚的碎石墊層做了反濾,根據試驗,本工程直接采用級配良好的碎石填充,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。設計如圖2所示。

圖2 排水管及反濾體設計示意(單位：mm)

排水管安裝：大坳攔河壩排水孔后期進行了擴孔,將原先的直徑50 mm改為105 mm,反濾排水管直徑為100 mm,先將排水孔孔內回填至安裝高度,然后將反濾排水管安裝進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 改進后效果

1) 排水管經過改進后,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間2013年10月28日至11月7日,為管理人員對排水管安裝前后相同閘前水位情況下實測滲壓數據進行了對比,安裝之后,各測點的滲壓明顯減少,普遍減少2%～3%。如表1所示。

表1 排水管改造前后實測揚壓力對比 m

2) 可批量生產,質量可靠。新型可裝卸反濾排水管可以在工廠直接批量生產,反濾料填充質量、排水管的透水性等指標可以直接通過試驗檢測,比現場施工質量更有保證。

3) 易于維護,方便管理。新型可裝卸反濾排水管可以隨時裝卸,發現排水不暢時,可以個別拆除清洗,恢復功能,給排水管的維護以及水利工程管理帶來很大的方便。

4) 透水性強,安全性高。新型可裝卸反濾排水管內部的反濾料采用不同級配分層填充,每一層級配良好,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產生滲透破壞。

5) 使用壽命長,維護成本低。新型可裝卸反濾排水管采用不銹鋼管,在水下能夠運行10 a以上不生銹,運行維護時可以方便拆裝,個別更換清洗,恢復使用,為工程維護節省大量的人力和物力。如圖5所示。

圖5 排水管批量生產和運行后清洗示意

5 結論

1) 排水管是水利工程中廣泛使用的簡單設施,對工程的揚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,應該引起設計、施工、工程管理各方的高度關注。

2) 改進后的可裝卸排水管設計新穎,綜合考慮工程運行環境,易于維護,在工程管理中有所創新,為工程維護以及水利工程管理帶來很大的方便。

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

[2] 胡海英.廣州市流溪河大坳攔河壩安全鑒定綜合報告[R].廣州：珠江水利科學研究院，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.水工建筑物設計技術[M]. 廣州：華南理工大學出版社,2012.

(本文責任編輯 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