目前,在水利工程建设中,导流洞的封堵是重要的组成部分,不仅对整个水利工程的施工效率起到重要作用,也会间接影响到水电站的发电情况。所以,在建设水利工程的过程中,必须重视导流洞的封堵工作,提高水利工程的施工质量。对于导流洞的封堵,需要对导流洞的进口、洞内堵塞体等部分进行设计。为此,本文结合贵州地区某水利枢纽工程,通过实例来开展导流洞封堵设计与施工技术分析,以期为相关工程设计与施工提供一定的参考。
1 水利枢纽工程概况
1.1 水利枢纽工程的主要信息
该水利工程包括拦河面板坝、泄洪洞、发电洞、电站以及溢洪道等五个部分。该水利工程水库正常时候的水位大约为560m.该工程为小型Ⅱ等建筑等级,导流洞的总长度为604m,通过“龙抬头”的方式来结合泄洪洞。隧洞的断面形式采取城门洞形,洞身的高度为6.7m,宽度为6m.
1.2 工程的支洞布置
依据导流洞的洞线特征,该水利工程考虑到地形、施工周期等方面条件后,选取导流洞的洞线左侧位置来进行施工支洞的布设,桩号为0+264.施工支洞的总长度为106.88m,洞身的高为5.5m,宽为7.7m.
2 导流洞的封堵设计过程
2.1 设计条件
设计条件主要包括三个方面,具体来说:
2.1.1 地质条件。对于导流洞封堵洞身的岩性,一般为泥质砂岩,呈现出厚层状和块状构造。Ⅳ类围岩是主要的洞身岩体,成洞条件不强。
2.1.2 设计基础。依据该水利枢纽工程基本状况,该导流建筑物在级别上为Ⅳ级,并在库盘(还是库盆)内进行支洞的施工,因此可以执行导流洞的设计标准。
2.1.3 堵头型式。堵头型式分为柱型、瓶塞型、截锥形、拱型等四种。为了保证工期进度,并降低施工成本,本次工程选用了柱型堵头,如图1所示:
2.2 导流洞堵头的长度计算
2.2.1 堵头安全系数的计算公式。由于该工程没有对施工支洞予以封死,所以在设计导流洞的封堵中,计算堵头长度成为设计的重点。堵头一般要承担自身重力、摩擦力等载荷,因此需要存在相应的安全系数,其计算公式如下:
式中:抗滑稳定安全系数用K表示,通常安全系数K不能小于3,校核工况的K也不能低于2.5;抗剪断摩擦系数用f表示,在计算中f值取0.8;A是堵头断面的面积;p则是混凝土浮容重;S为堵头的断面周长;C表示抗剪断凝聚力,在该工程中,C值为300kn/m².
2.2.2 设计载荷组合。依据以上信息,可以设计出两种载荷:一种是基本载荷组合,主要是正常蓄水位情况下水的推力和堵体的自身重量;另一种是特殊载荷组合。根据式(1),基本载荷组合下K值不低于3,而在特殊载荷下,K值则不低于2.5.
为了满足工程建设要求,本次设计应当对分别计算以上两种情况,从而获得堵头的长度。依据式(1),可以计算出堵头水推力的结果和堵头的自重结果,具体如表1、表2.综合计算结果,把该施工支洞封堵头的长度设定成22.0m.
2.3 导流洞堵头的细部设计
首先,堵头施工选用强度为C20的混凝土,在砼浇筑施工达到70%强度时,应用回填灌浆的方法来施工;其次,在对堵头进行灌浆施工中,主要部分为顶部、围岩固结、接触等三个方面的灌浆;最后,在施工围岩固结灌浆中,钢管直径为5cm,埋设过程中,外露的管口长度不低于15cm.此外,入仓和浇筑温度都应超过15℃。
3 导流洞堵头的施工技术
3.1 准备施工的材料
根据工程情况,该工程施工需要以下材料:强度标号为C20的砼;总共600m²左右的固结灌浆、回填灌浆、接缝灌浆;在预埋固结灌浆中,总管长度在90~100m;而在预埋回填灌浆中,总的管长为30m左右,以上管材都是5cm的聚录乙烯管。
3.2 导流洞堵头的施工流程
3.2.1 浇筑堵头砼分为两个阶段:第一期的任务是对全洞以及周边砼予以浇筑,第二期施工为浇筑廊道段的砼。在完成导流洞封堵施工后,需要对洞壁的浮土进行清除,然后造孔、埋管。在第一期砼结构与设计强度相符合进行灌浆施工,最后是对廊道砼进行浇筑。
3.2.2 安装模板。选用组合模板对支洞砼进行浇筑,浇筑中选取单排架来支持组合钢模架,利用剪刀撑进行搭设,然后连接支洞周围的钢拱支架。同时,通过地面打地锚来连接外架,借助于对拉杆来连通导流洞封堵钢模台车,等到砼的浇筑施工完成后才拆解钢模台车。
3.2.3 布置灌浆管。在明确布孔地点之后,需要在布孔位置凿出孔道,深度在50cm左右,然后焊接灌浆管的前端,确保焊接形状是圆台形,圆台面积等同于孔道面积,而圆台小圆尺寸则与灌浆管的直径相符合。选用厚度为0.33m的铁皮作为材质。在孔成形后,把灌浆塞固定到孔部底处20cm深的区域。在锚固剂硬化后,在外面刷上砂浆,厚度为2~3cm.最后,在合适位置固定预埋灌浆管的后端模块,并进行焊接处理。
4 结语
综上所述,本文结合贵州地区某水利枢纽工程,通过实例来开展导流洞封堵设计与施工技术分析,以期为相关工程设计与施工提供一定的参考。总而言之,导流洞封堵设计与施工应当立足于施工区域的地质条件,严格执行有关设计标准,并对堵头的长度进行计算,最后进行浇筑堵头砼、安装模板以及布置灌浆管等施工。
参考文献
[1] 梁小红。试论水利枢纽工程导流洞封堵体设计与施工措施[J].内蒙古水利,2011,10(5)。
[2] 徐进汉。水利工程中导流洞封堵体设计方法及施工技术的探讨[J].内蒙古水利,2012,6(10)。