[摘要]施工导流是后续除险加固施工的基础,其可靠性直接关系到施工人员的安全及工程的成败,因此必须保证施工导流方案安全可靠的前提下降低导流成本。以山东临沂龙潭水库除险加固为实例,对其除险加固工程施工导流方案设计及技术进行分析,通过对比各个施工围堰方案的优缺点,得出土石围堰完全满足本项目要求,选择该方案作为本工程的围堰施工形式,并提出土石围堰设的计方案以及施工关键点,实践表明,该方案稳定和防渗均符合标准要求,应用效果良好,值得推广。
[关键词]龙潭水库;施工导流;土石围堰;设计;施工
引言
据不完全统计:目前我国境内有各型水库超过10万座,其中大约70%的水库属中小型,多建设于上世纪60年代左右,至今已有50多年历史,普遍存在着腐蚀渗漏严重、标准化低等问题,除险加固势在必行。而施工导流作为后续除险加固施工的基础,其可靠性直接关系到施工人员的安全及工程的成败,因此必须保证施工导流方案的合理性和可行性,在安全可靠的前提下降低导流成本。
1工程概况
龙潭水库位于新沭河一级支流穆疃河支沟蛟龙河上游,属新沭河水系,其坝址位于山东临沂市临沭县蛟龙镇西部。该枢纽始建于1958年,属小(一)型水库。之后进行过两次扩建及改造,现在其规模扩大为中型水库,主要由大坝、溢洪道、南北放水洞、水电站等部分组成。本次除险加固包括主坝体、输水洞工程,为保证建筑物在干地施工,需首先设置一道施工围堰。
2不同施工导流方案的对比分析
2.1主体导流形式的选择
围堰是施工导流的主体性工程,也是临时性防水建筑。目前水利工程建设用到的施工导流可分为两类:全段围堰法和分段围堰法。全段围堰法其本质是河床外导流,利用临时泄水道(隧洞、明渠、涵管等)使水流下泄,其特点是施工不受水流影响,利于提高施工速度。该导流形式一般适合于一些工程规模小、水流较缓、水流量小的工程;分段围堰法又称河床内导流,对河床进行分段封堵,建筑工程也实行分段施工。该方法适用于一些河床宽、流量大、规模大的工程。通过分析,本工程选择全段围堰法作为主体施工方案。
2.2不同围堰形式的对比分析
围堰的基本要求为:(1)安全可靠,满足稳定、抗渗要求;(2)结构简单,施工方便,综合成本低。根据围堰建筑材料的不同,可将其分为土石围堰、草土围堰、钢板桩格型围堰、混凝土围堰等,各种围堰的对比详见表1。通过综合分析,土石围堰完全满足本项目要求,因此最终选择该方案作为本工程的围堰施工形式。
3土石围堰方案设计分析
3.1围堰主体结构设计
(1)堰顶高程H确定本项目设计为横向围堰,围堰高程H是重要参数之一,按照公式(3-1)计算[1],解得H=1867m,由此可得围堰总高10.8m。该项目围堰总体结构为梯形,围堰顶宽5.0m,迎水面边坡坡度为1∶3,背水面边坡1∶2。H=hd+ha+δ(3-1)式中:ha为正常水位,m;hd为波浪爬高,m;δ为安全超高,取0.5m。(2)填筑材料设计本项目围堰填筑料为石渣和料土,材料应以土石料各一般为宜[2]。石料要求质地坚硬,遇水不软化,粒径不超过30cm,其中粒径范围在20cm~30cm的石料含量在30%。土料可以就地取材,以红土和粘性土为主,土料物理力学特征见表2。
3.2围堰防渗设计
通过地质勘查,本项目围堰堰基为天然基岩面,厚度范围4~8m,围堰防渗形式设计为复合土工膜斜墙。本项目设计复合土工膜结构从内到外依次为:基础层、垫层、土工膜、保护层(见图1)。其中垫层一般材质为细粒材料,包括沥青、水泥砂等,但推荐使用土工织物。本项目选取不透水型土工织布,主要材质为聚丙烯[3]。
4土石围堰施工技术分析
4.1土石填筑施工
本工程围堰填筑所用的主要机械有挖掘机、自卸车、推土机和压路机。围堰的水下及水上部分采用不同方法施工,水下部分的土料回填采用进占法一次性回填至水面以上0.5m,之后利用推土机进行推运、碾压;水上部分回填采用分层后退法(见图2)进行,分层压实,逐层到顶,推土机整平碾压[4]。
4.2围堰主体填筑质量控制
设计每层的铺土厚度在30cm~40cm,要求每层土碾压不少于三遍。石料碾压利用振动碾,每层厚度控制在6cm~10cm,碾压次数不低于四次。要求围堰主体的压实干密度平均值不低于2.10g/cm3。4.3复合土工膜施工复合土工膜直接决定了围堰的防渗性,根据结构不同,可将本项目分为基面及垫层施工、土工膜铺设、保护层施工等,下面依次介绍说明。(1)基面及垫层施工将基面上的尖锐物、树根杂草清理干净,人工修坡,使其坡度符合设计标准,基面采用振动板进行夯实,不允许出现凹凸不平。本项目垫层采用土工织布,铺设时应保证平顺,松紧度适中,与基面充分接触。土工布按照“自上而下”顺序铺设,在顶部和底部进行固定,坡面处设置防滑钉。土工布连接处是薄弱环节,要求搭接宽度不少于30cm(水下部分为50cm),利用包缝机缝合;铺设人员禁止穿硬底鞋施工[5];(2)复合土工膜铺设施工由于围堰属临时性工程,对其变形要求较低,因此土工膜必须要适应围堰的局部变形。在铺设土工膜时,可适当设置均匀的褶皱,使土工膜本身有一定的扩展空间。土工膜的搭接方式有粘接、焊接和硫化法等,“两布一膜(膜厚0.3mm)或膜布不分”的复合土工膜适合用粘接法搭接;“两布一膜(膜厚1.0mm)或膜布分离”的复合土工膜适合用焊接法搭接,本项目选用粘接法。在与边界连接处,本项目在地基和岸坡开挖锚固槽,将土工膜埋设于槽内。(3)保护层施工为保证复合土工膜的防渗效果及防止其破损,在土工膜铺设完成后在其上部再铺设一道保护层。本项目选择喷射一层厚度为3~5cm的水泥砂浆作为保护层,这种保护层形式施工简单、快速,而且效果良好,完全满足使用要求[6]。
5结语
施工导流是水利工程建设的基础,而围堰是施工导流的主要技术手段。因为围堰一般为临时性工程,因此在选择围堰方案时,一定要深入了解工程实际情况,保证其经济适用。龙潭水库施工导流围堰工程历时16天,在排水期间堰体稳定,渗水量也在标准范围以内,做到了因地制宜,其将水泥砂浆作为保护层也体现了大胆创新,应用效果良好,值得推广。
参考文献
[1]刘莹莹.水电站工程施工导流方案设计[J].中国水运(下半月),2009,(10):45-48.
[2]邓彪,万洪程.峡江水利枢纽工程施工导流方案设计[J].水利建设与管理,2006,(04):32-35.
[3]刘晓平,田辉,蒋明锋,等.长江综合枢纽施工导流方案优化[J].水利水运工程学报,2013,(04):27-30.
[4]李敬俊.水利水电枢纽工程施工导流设计经验与教训[J].广东水利水电,2006,(S1):78-82.
[5]史有富,王福运,冯吉机电论文新,等.丰满水电站重建工程大坝施工导流设计[J].水利水电技术,2016,(06):19-23.
[6]张超,胡志根.基于上-下游水电站协商定权的施工导流决策模型[J].四川大学学报(工程科学版),2014,(01):44-48.
作者:庄燕 单位:山东省临沂市水利工程处