水利樞紐廠加固設(shè)計(jì)研究論文

　　[摘要]介紹了京南水利樞紐工程及廠房尾水渠左側(cè)護(hù)坡、擋墻的結(jié)構(gòu)概況，分析了2014年5月廠房尾水渠左側(cè)護(hù)坡發(fā)生坍塌的原因，提出了在坍塌段拋填石塊的應(yīng)急處理方案，并論述了模袋混凝土護(hù)坡永久修復(fù)加固設(shè)計(jì)方案及施工措施。

　　[關(guān)鍵詞]廠房尾水護(hù)坡；坍塌；應(yīng)急處理；模袋混凝土護(hù)坡；設(shè)計(jì)；施工；京南水利樞紐

　　1工程概況

　　京南水利樞紐位于梧州市蒼梧縣京南鎮(zhèn)上游約800m處，下游距梧州市68km，為桂江綜合利用規(guī)劃中的倒數(shù)第二個(gè)梯級(jí)，是一座以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)、灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游等綜合利用效益的水利工程。水利樞紐攔河壩壩址以上集水面積17388km2，水庫總庫容2.55億m3，電站裝機(jī)容量2×34.5MW。京南水利樞紐船閘布置在左岸，右側(cè)為發(fā)電廠房，閘室右側(cè)與廠房之間采用回填砂卵石或回填土形成30m高程平臺(tái)，以平衡或改善船閘結(jié)構(gòu)受力。平臺(tái)外側(cè)即為廠房尾水渠左側(cè)護(hù)坡，坡度1∶2.5，在20m高程設(shè)寬1.5m馬道。廠房尾水渠左側(cè)護(hù)坡坡腳設(shè)置R28150混凝土擋墻，其中0+057.634～097.034段擋墻頂高程為14m，底高程為4.24～12m；0+097.034～0+155.000段擋墻頂高程為14m，底高程為12m。擋墻與船閘閘室右閘墻之間回填砂卵石，兩者之間形成的邊坡表面以75#漿砌石襯護(hù)。0+057.634～097.034段擋墻頂漿砌石護(hù)坡坡比為1：2.5，護(hù)坡20m高程處設(shè)置1.5m寬馬道，20m高程以上漿砌石護(hù)坡坡比為1：2.25，護(hù)坡頂部30m高程處設(shè)置5.87m寬平臺(tái)；0+097.034～0+155.000段擋墻漿砌石護(hù)坡坡比為1：2.5，護(hù)坡頂部20m高程處設(shè)置干砌石平臺(tái)。

　　2應(yīng)急處理方案

　　[1]2.1應(yīng)急處理方案2014年5月4日，京南水利樞紐廠房尾水渠左側(cè)護(hù)坡發(fā)生坍塌，坍塌長度約50m。當(dāng)日晚，梧州市桂江電力有限公司派人潛水探摸水下護(hù)坡受損情況，判斷該段護(hù)坡腳的混凝土擋墻沒有被淘刷破壞，無異常狀態(tài)。2014年5月8日，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，廠房尾水渠左側(cè)護(hù)坡約0+070～0+127段范圍內(nèi)，20m高程以下的.護(hù)坡已出現(xiàn)坍塌破壞，并在廠房發(fā)電尾水水流持續(xù)沖刷、波浪拍打作用下，護(hù)坡回填的砂卵石不斷被水流帶走，沖刷坑附近河水渾濁，呈黃色�，F(xiàn)場(chǎng)照片見圖1。圖12014年5月8日現(xiàn)場(chǎng)照片根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)研究，建議對(duì)尾水渠左側(cè)護(hù)坡坍塌修復(fù)提出如下應(yīng)急處理方案：為防止尾水渠護(hù)坡?lián)p壞進(jìn)一步擴(kuò)大而影響到船閘安全運(yùn)行，采用在毀損護(hù)坡范圍內(nèi)先拋填塊石應(yīng)急防護(hù)方案處理，避免沖刷坑進(jìn)一步擴(kuò)大。應(yīng)急處理方案主要技術(shù)要求如下：

　�。�1）應(yīng)對(duì)電站廠房尾水渠左側(cè)護(hù)坡坍塌范圍、深度進(jìn)行勘測(cè)，必要時(shí)須水下確認(rèn)護(hù)坡?lián)鯄κ軗p情況。

　�。�2）在護(hù)坡坍塌范圍內(nèi)先拋填塊石，拋填形成表面與原設(shè)計(jì)護(hù)坡坡面基本相同，超填不應(yīng)超40cm；拋填塊石范圍應(yīng)超出護(hù)坡沖刷坑邊緣1～2m。

　�。�3）用于拋填的塊石必須新鮮完整、無風(fēng)化，塊石粒徑要求20～40cm之間。

　�。�4）在施工中盡量避免拋填塊石進(jìn)入尾水渠。

　�。�5）應(yīng)急防護(hù)方案（拋填塊石護(hù)面）完成后，要求密切注意觀察護(hù)坡的變化情況，如果出現(xiàn)新的險(xiǎn)情，則應(yīng)立即實(shí)施進(jìn)一步的搶修措施。2.2應(yīng)急處理方案實(shí)施按照上述應(yīng)急處理方案，廣西水電工程局基礎(chǔ)工程公司隨即組織施工人員進(jìn)場(chǎng)、備料，于5月23日對(duì)廠房尾水渠左側(cè)護(hù)坡坍塌范圍進(jìn)行拋填塊石作業(yè)。應(yīng)急處理方案實(shí)施后，據(jù)梧州桂江電力有限公司相關(guān)技術(shù)人員反饋，經(jīng)連續(xù)觀測(cè)，護(hù)坡坍塌范圍未繼續(xù)擴(kuò)大，拋填塊石表面呈穩(wěn)定狀態(tài)，坍塌部位附近河水也未出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。2014年9月3日上午，梧州桂江電力有限公司向上級(jí)主管部門申請(qǐng)停機(jī)半天，聘請(qǐng)潛水員對(duì)廠房尾水渠護(hù)坡坡腳混凝土擋墻、尾水渠底板進(jìn)行了損毀情況探摸，經(jīng)過詳細(xì)探查，潛水員報(bào)告未發(fā)現(xiàn)混凝土擋墻、尾水渠底板出現(xiàn)損毀，基本維持原狀，僅發(fā)現(xiàn)拋填塊石作業(yè)時(shí)掉落在尾水渠內(nèi)的少量塊石。應(yīng)急處理方案實(shí)施后現(xiàn)場(chǎng)照片見圖2。

　　3永久修復(fù)加固設(shè)計(jì)

　　3.1設(shè)計(jì)依據(jù)本工程主要永久性擋水建筑物混凝土攔河壩、電站廠房、船閘上閘首為3級(jí)建筑物，其余次要建筑物降為4級(jí)建筑物，臨時(shí)建筑物降為5級(jí)建筑物。京南樞紐主要擋水建筑物采用的洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水設(shè)計(jì)，500年一遇洪水校核。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）確定工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。

　　3.2水文資料

　�。�1）水庫正常蓄水位30.0m；電站下游最低尾水位15.45m；

　�。�2）水庫設(shè)計(jì)洪水位35.42m（P=2%）；

　�。�3）水庫校核洪水位38.29m（P=0.2%）；

　�。�4）船閘上游最高/最低通航水位30m/26.2m，船閘下游最高/最低通航水位25.9m/15.45m；

　　（5）洪峰流量（見表1）。

　　3.3修復(fù)加固方案擬定電站下游最低尾水位為15.45m，而廠房尾水護(hù)坡坡腳混凝土擋墻的墻頂高程為14.0m，尾水護(hù)坡有局部斜坡段位于水下�？紤]這種情況，本次修復(fù)加固設(shè)計(jì)選擇“模袋混凝土護(hù)坡”和“水下混凝土+常規(guī)混凝土護(hù)坡”兩種方案進(jìn)行比較�！澳４�混凝土護(hù)坡”方案不需設(shè)置圍堰及模板，施工簡單方便，尤其是水下部分護(hù)坡成型容易，整體性好，施工速度快，對(duì)電站發(fā)電運(yùn)行影響較小，非常適合于工期要求較高的護(hù)坡加固工程，但造價(jià)高于常規(guī)混凝土�！八�下混凝土+常規(guī)混凝土護(hù)坡”方案澆筑水下混凝土?xí)r，需要立模澆筑，施工工期相對(duì)較長，對(duì)電站發(fā)電運(yùn)行影響較大，同時(shí)由于水下混凝土成型困難，很難控制水下混凝土的澆筑質(zhì)量，而且造價(jià)高于模袋混凝土。兩方案經(jīng)綜合比較后，因“模袋混凝土護(hù)坡”方案施工速度快、施工質(zhì)量好的優(yōu)勢(shì)明顯，本次修復(fù)加固設(shè)計(jì)推薦“模袋混凝土護(hù)坡”方案。

　　3.4修復(fù)加固方案設(shè)計(jì)

　　3.4.1模袋混凝土厚度確定因模袋混凝土厚度是不均勻的，本工程所稱模圖22014年9月3日現(xiàn)場(chǎng)照片袋混凝土厚度均指模袋混凝土平均厚度。根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（SL/T225-1998），抗漂浮所需厚度按下式計(jì)算：δ≥0.07cHwLwLr3γwγc-γw1+m2m經(jīng)計(jì)算，并根據(jù)其他工程經(jīng)驗(yàn)，確定本工程模袋混凝土厚度為300mm。

　　3.4.2模袋混凝土護(hù)坡抗滑穩(wěn)定分析根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（SL/T225-1998）6.4.4條規(guī)定，模袋混凝土護(hù)坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計(jì)算：Fs=L3+L2cosαL2sinαfcs經(jīng)計(jì)算，廠房尾水渠模袋混凝土護(hù)坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.25>1.20，滿足規(guī)范要求。

　　3.4.3廠房尾水渠護(hù)坡修復(fù)加固設(shè)計(jì)本次護(hù)坡修復(fù)加固范圍為樁號(hào)0+076.5～0+155.0段。14～17m高程段護(hù)坡（含20m高程馬道）采用模袋混凝土加固，首先按照原設(shè)計(jì)坡比，對(duì)應(yīng)急處理已拋填塊石進(jìn)行平整、理坡；拋填塊石平整完成后，在其表面順坡預(yù)埋充填灌漿50PVC花管，間距2m，接著鋪設(shè)150mm厚粒徑20～40mm的碎石找平層，通過人工攤鋪、壓實(shí)，使碎石充分填充塊石間縫隙；隨即施工模袋混凝土面層，厚度300mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25

　�。�1）；最后待模袋混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%及充填灌漿完成后，用手風(fēng)鉆在模袋混凝土面板表層鉆φ50孔至碎石找平層底部，鉆孔按梅花形布置，間距3m×3m，在鉆孔內(nèi)填塞φ50塑料盲溝排水管。

　�。�2）17m高程以上至距離20m高程馬道內(nèi)側(cè)水平距離5.3m范圍內(nèi)的護(hù)坡采用現(xiàn)澆C25混凝土加固，理坡、預(yù)埋充填灌漿管、鋪設(shè)碎石找平層施工順序及技術(shù)要求同14～17m高程段護(hù)坡，且要求同步進(jìn)行；待14～17m高程段護(hù)坡模袋混凝土面層施工完畢后，方可施工17m高程以上現(xiàn)澆混凝土面層，厚度300mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，混凝土面層沉降縫按5m間距設(shè)置，縫內(nèi)填充瀝青木板；在混凝土面層澆筑前，將預(yù)埋的50PVC排水管固定到碎石找平層底部，排水管按梅花形布置，間距3m×3m，排水管預(yù)埋端用鐵絲綁扎土工布反濾袋150mm×150mm×100mm。模袋混凝土、現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡施工均完成后，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上時(shí)，即可對(duì)護(hù)坡面層以下回填料進(jìn)行充填灌漿。廠房尾水護(hù)坡?lián)p毀修復(fù)加固設(shè)計(jì)圖見圖3～4。

　　4模袋混凝土護(hù)坡施工

　�。�1）拋填塊石平整、理坡。坡面拋填塊石平整、理坡采用汽車輪渡裝載長臂挖掘機(jī)整平，局部人工配合。用于鋪設(shè)找平層的碎石料，由20t自卸汽車運(yùn)到京南鎮(zhèn)碼頭，使用貨船轉(zhuǎn)運(yùn)至廠房尾水護(hù)坡處由汽車輪渡上的長臂挖掘機(jī)直接卸料、攤鋪，再通過人工攤鋪、蛙式打夯機(jī)壓實(shí)。

　�。�2）模袋混凝土澆筑。模袋鋪展由人工自上而下順坡滾鋪，水面上采用定位船進(jìn)行定位，模袋展開平整到位后，在搭接處進(jìn)行縫合。在廠房尾水護(hù)坡下游20m高程平臺(tái)布置0.4m3攪拌機(jī)集中拌制混凝土，人工膠輪車輸送至集料斗，混凝土泵送至模袋灌口，人工配合混凝土充灌、找平，水下施工由潛水員在水下負(fù)責(zé)連接模袋充灌口和混凝土軟管口、混凝土踩壓。

　�。�3）充填灌漿施工。充填灌漿施工在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后進(jìn)行，充填灌漿通過預(yù)埋的φ50PVC花管、HB80型灌漿泵灌漿。

　�。�4）塑料盲溝排水管施工。待護(hù)坡混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%后，使用手風(fēng)鉆造孔，人工填塞塑料盲溝排水管。

　　5結(jié)語

　　廠房尾水護(hù)坡?lián)p毀產(chǎn)生原因是護(hù)坡在廠房發(fā)電尾水水流持續(xù)沖刷、波浪拍打作用下，漿砌石護(hù)坡局部產(chǎn)生破壞，致使回填的砂卵石不斷被水流帶走，坍塌范圍不斷擴(kuò)大。鑒于桂江正處在汛期，電站尾水位較高，先進(jìn)行拋填塊石臨時(shí)應(yīng)急防護(hù)處理，避免護(hù)坡坍塌進(jìn)一步擴(kuò)大，待枯水期再全面永久修復(fù)加固處理。應(yīng)急處理方案實(shí)施后，經(jīng)反饋，護(hù)坡坍塌范圍未繼續(xù)擴(kuò)大，拋填塊石表面呈穩(wěn)定狀態(tài)，也未發(fā)現(xiàn)坍塌部位附近河水出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。模袋混凝土護(hù)坡永久修復(fù)加固方案不需設(shè)置圍堰及模板，施工簡單方便，尤其是水下部分護(hù)坡成型容易，整體性好，施工速度快，對(duì)電站發(fā)電運(yùn)行影響較小，對(duì)工期要求較高的護(hù)坡加固工程是非常好的設(shè)計(jì)方案。

　　參考文獻(xiàn)

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