呼图壁县山体滑坡水利局昼夜抢修渠道确保正常灌水

渠道正常疏水,实例分析了大坝加固施工技术,本文对某水库大坝防渗处理设计进行分析探讨

由于去年的“12.8”地震及多场降雨的影响,5月9日下午,呼图壁县独山子干渠山体滑坡造成近200米渠道位移,矩形渠道底板及边墙有多处贯穿裂缝,无法正常引水灌溉。

摘要:本文作者结合实际工作经验,实例分析了大坝加固施工技术,供同行参考。

摘要:目前,我国有许多水坝和堤防需要进行防渗处理设计,而不同的设计方案都有相应的施工工艺、优缺点以及适用范围。在工程实践中,需根据综合防治技术与工程的实际情况进行选择,实现科学、经济、合理设计和施工。本文对某水库大坝防渗处理设计进行分析探讨,仅供参考。

险情发生后,县水利局紧急邀请昌吉州水利局、昌吉方汇水利设计院相关领导及专家前往现场勘查,果断采取应急措施:一是渠道基础部分采用机械进行清废、回填、碾压加固处理,对独山子干渠进行清理和保护;二是组织专业抢险施工人员依据加固设计方案对渠道底板及边墙内侧内衬钢板及槽钢梁进行焊接,钢板与渠道侧壁的缝隙处用砼车灌浆,防渗加固;三是在山体上部平台平行开挖一条排水沟,底宽0.8m,沟深1.0m,边坡1:1,拦截平台上的坡积洪水并将其导入下游冲沟。并于后期以大型挖掘机械对滑坡体进行部分开挖,以减轻渠道压力。

关键词:实例分析;大坝加固;施工技术

关键词:水库大坝;防渗处理;设计分析

据了解,山体滑坡发生后,水利局迅速成立应急领导小组,指挥人员、机械开展疏通工作。由于道路狭窄,先是大型机械在塌方区作业,使施工抢修尽早疏通渠道,专业施工人员在35度高温天气下吊钢板,5名焊工同时焊接,砼车在焊接好的钢板渠内侧进行灌浆,进一步防渗加固,通过几天的昼夜抢修,于5月16日早晨,渠道正常疏水,比计划18日疏水提前2天。辖区的农牧民也露出了欣慰的笑容,“哗哗”的流水声一路欢歌从渠道流向干渴的庄稼地。此次山体滑坡断面高约22米,由于塌方量过大,山体上部土方开挖工作还需时日。

中图分类号:TU984 文献标识码:A 文章编号:

中图分类号: S611 文献标识码: A

水利工程建设是我国一项重要的基础设施建设,对我国经济的快速发展和人民生产生活具有十分重要的作用。所以我们应该加强对水利工程建设的重视程度,保证水利工程建设事业的快速发展。在水利工程中,大坝工程是其重要的组成部分,其质量的好坏直接影响水利工程建设的整体质量。

一、水库大坝概况

1 工程概况

某水库大坝位于长江流域某一支流水系,控制径流面积50
km2。水库原设计总库容约300×104m3,其中防洪库容25×104m3,兴利库容275×104m3。水库排灌干渠渠道全长11.49
km。

本工程为一座以城市生活饮用水为主,兼顾防洪、下游农业灌溉综合开发利用等综合效益的小型水利枢纽工程。水库枢纽工程由大坝、溢洪道和灌溉输水管组成。从地质资料可发现,坝基出露地层为强风化片麻岩,大坝清基不彻底,岩体裂隙较发育,透水性较强,具中等透水性,存在裂隙性渗漏问题。左、右坝肩强风化层岩体结构破碎,具中等透水性,存在浅层裂隙绕坝渗漏问题。大坝心墙填料最优含水率为19.4%,填土含水率不满足规范要求。填土干密度平均值15.6kN/m3,实际压实度为0.94。心墙填筑土料碾压不密实,压实度不能满足规范要求。

目前灌区的水利工程仍以土质明渠为主,渠系水利用率低,且经几十年的运行,现已存在严重的淤积、塌岸现象;部分渠段过水断面被挤占,严重影响输水渠道的正常运行。灌区对水资源的需求量随经济的不断发展、人民生活水平的提高呈日趋增大的趋势,与现供水能力之间的矛盾更加突出。

针对水库枢纽工程存在的主要问题及历年发生的险情,本次大坝工程主要任务为:1)大坝坝基、坝体采取充填灌浆处理,大坝心墙接高处理,下游反滤坝局部翻修,同时对大坝上游进行块石护坡;2)溢洪道完建,对堰体段底板及边墙进行砼护砌,对泄槽段与堰体连接段边墙采用浆砌石护砌、进水渠开挖浆砌石护坡。

二、工程布置

2 施工导流

1、工程总体布置

根据本工程的实际情况,本工程按如下方式进行施工导流。在本工程施工前,充分利用现有输水管将库水放空。在大坝上游新建块石护坡下部时,利用现有输水管进行导流。在输水管进口段及柱式塔施工期间,利用施工围堰挡水,进口段及柱式塔施工完成后,即可拆除施工围堰,利用工作闸门挡水。根据本工程实际情况,按照运行安全可靠、施工简便快速的原则,就地取材,采用土袋围堰,施工围堰按不过水围堰进行设计。

该水库大坝排灌干渠渠道全长11.49
km,控制灌溉面积0.021×104hm2。本次工程计划对干渠后段1.60
km进行处理,里程8+000~9+600。干渠渠首设计流量17.21
m3/s,实施段设计流量21.67
m3/s,干渠控制灌溉面积0.021×104hm2,本期项目受益面积为0.017×104hm2。

2.1
围堰布置。围堰按照保证建筑物周围至少留1.0m宽作业面的原则进行布置,围堰采用编织袋装粘性土料堆砌而成,顶宽2.0m,内外边坡坡比1:2.0,据此确定围堰顶面总长50m,最大堰高3.56m;

2、明渠工程布置

2.2
围堰施工。围堰采用进占法施工,即由5t自卸汽车分别从两岸修戗台向中间合拢,围堰采用10t履带式推土机碾压。围堰拆除采用容量为1m3的挖掘机开挖,5t自卸汽车运至弃渣场。施工导流主要工程量为围堰粘土662m3,代料1
260m3。

水库大坝排灌干渠由于建设时间较早、沟线较长、沿途地质情况复杂,加之大部分渠道断面未衬砌,渠道破损严重、渗漏量大、过水能力低。据水库运行管理人员实测,渠道水利用系数仅为30%~38%,对水资源形成了极大的浪费。

3 大坝加固施工

渠道分段设计说明如下:

本工程的大坝加固施工主要内容包括大坝充填灌浆、上游干砌石护坡、下游排水棱体及坝顶公路。

2.1里程8+000.00~8+400.00段

3.1 坝体充填灌浆施工

段长400 m,断面为梯形断面,衬砌边坡坡比为1∶1,底宽2.0
m,5年一遇的设计流量为21.67 m3/s,底坡1/100,设计水深1.502
m,边墙采用M7.5浆砌石衬砌,衬砌厚度30 cm,边墙顶部采用10
cm厚C15混凝土压顶,底板不衬砌。

为了提高坝体的抗渗性,针对大坝坝体压实不密实等问题,对大坝坝体处理措施为充填灌浆。灌浆原则:稀浆开路,浓浆灌注,分序施灌,先疏后密,少灌多复,控制浆量。本工程大坝的充填灌浆包括灌浆钻孔、充填灌浆采用双排,孔距2.0m,主排孔位于心墙轴线上,副排孔位于主排孔上游0.8m。其施工程序为:钻孔→检查钻孔→制浆→灌浆→冒浆处理→复灌→封孔→孔位转移→质量检查,主要施工方法如下:

2.2里程8+400.00~9+000.00段

3.1.1
充填灌浆分Ⅲ序孔进行施工,采用150型钻机钻孔,因坝体较松软,裂缝分布较广。为使孔壁固结和密实上层土体,防止孔壁塌落,使用较大压力灌注深层缝穴,不致冒浆、串浆,采用自下而上分段灌浆,每孔段长5m~7m。充填灌浆孔深以达到基岩面为准;

段长600 m,断面为梯形断面,衬砌边坡坡比为1∶1,底宽2.50
m,5年一遇的设计流量为21.67 m3/s,底坡1/200,设计水深1.706
m,边墙采用M7.5浆砌石衬砌,衬砌厚度30 cm,边墙顶部采用10
cm厚C15混凝土压顶,底板不衬砌。

3.1.2
灌浆量施工控制:灌浆采用定量灌注法,而不是灌至不吃浆为止,坚持“少灌多复”每孔每次平均灌注量以孔深计,每米孔深控制在0.2m3~0.3m3。灌浆压力控制在最大允许孔口压力以内;

2.3里程9+000.00~9+600.00段

3.1.3
灌浆施工时的压力控制。根据《土坝坝体灌浆技术规范》及有关的工程的经验,确定注浆管上端孔口压力应小于200kPa。先采用小孔口压力灌浆,不吃浆时逐渐提高孔口灌浆压力,直至达最大孔口灌浆压力;

段长600 m,断面为梯形断面,衬砌边坡坡比为1∶1,底宽2.50
m,5年一遇的设计流量为21.67 m3/s,底坡1/100,设计水深1.502
m,边墙采用M7.5浆砌石衬砌,衬砌厚度30 cm,边墙顶部采用10
cm厚C15混凝土压顶,底板不衬砌。渠道开挖的土石方回填至渠堤两边,河堤内回填边坡1∶1.5,外边坡1∶2.0,顶宽1.50
m,渠道直线段每25 m设置一条0.4 m×0.7 m的M7.5浆砌石固床梁,弯道段每25
m设置一条0.4 m×0.7 m的M7.5浆砌石固床梁。边墙设置排水孔,孔径10
cm,孔距3.0 m,梅花形布置。

3.1.4
横向水平位移施工控制,大坝坝体灌浆时,坝顶上、下游两坝肩处横向水平位移一般要求控制在3cm以内。复灌次数:Ⅰ序孔8次~10次;Ⅱ、Ⅲ序孔5次~6次,不少于5次。间隔时间:主要以灌入坝体裂缝中浆体的固结状态来确定,应待前次灌入的泥浆基本固结后,并根据坝体的变形情况,再确定进行复灌,每次间隔时间不少于5天。为保证坝体灌浆质量和坝体安全,检验灌浆效果,在灌浆期间应进行观测;

3、渠系建筑物布置

3.1.5
充填灌浆观测施工。根据《土坝坝体灌浆技术规范》要求,为了有效地确保坝体灌浆质量和坝体安全,检验灌浆效果,在灌浆期间应进行观测,观测项目包括表面变形、坝体深部位移、坝顶裂缝、坝体冒浆观测、渗流监测等。在灌浆过程中,应有专职观测人员负责观测工作,全面控制灌浆质量,及时发现和解决施工中出现的问题。水平位移观测:根据选定的观测断面,布设观测位移桩,可用木桩或砼柱。在灌浆期间,每天观测2次~4次。非灌浆期间,每5天观测1次。竖向位移观测:竖向位移应与水平位移桩相结合,并同时进行观测,以便进行资料分析。在灌浆前,至少应观测2次。灌浆期间,每天观测1次~2次,非灌浆期间,每5天观测1次。在灌浆时,坝顶上下游坝肩允许横向水平位移量要求控制在3cm以内,并在停灌后能够基本复原。本方案主要工程量为:充填灌浆造孔3
530m,充填灌浆2 523m。

根据设计人员现场调查,结合灌区实际需要情况,对渠道配套渠系建筑物。干渠沿线配套建筑物主要有:节制闸2座,放水闸4座、交通桥1座、各种型式的人行桥共计6座、清淤踏步2座。共计15座。节制闸布置参数见表1。

3.2 坝基帷幕灌浆施工

三、水库大坝防渗处理设计

为了了有效地增强大坝的防渗效果,彻底根除大坝安全隐患,针对该水库大坝坝基和坝肩岩层透水性强的问题,根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)的规定,对大坝坝基和坝肩进行帷幕灌浆处理。

混凝土防渗墙布置在坝轴线上游坝脚处。防渗墙顶部埋入坝脚,底部需要穿透深层的砂卵石层,打入相对不透水层。坝基为黏性土、砂性土、碎石土及坚硬岩石多层构造,其间砂卵石层下散布有黏土层,渗透系数较小,可作为相对隔水层。为减少工程量及施工难度,在黏土层较厚部位,防渗墙下端打入黏土层内不小于2.0
m,黏土层较薄的部位需要将防渗墙嵌入基岩。防渗墙平均深度为62
m,墙体厚度0.8 m,混凝土强度为C15。

3.2.1 帷幕灌浆的深度。帷幕的底线按坝基q=10Lu进行控制;

1、天然铺盖渗透稳定分析

3.2.2
帷幕灌浆长度。大坝左、右坝肩帷幕长度参照规范规定为正常蓄水位与基岩透水率101u的交线,结合本工程实际,帷幕灌浆向左、右坝肩延伸10m;

库区最低点的高程为33.5 m,校核洪水位为46.83
m,因此黄土状壤土层所承受的最大水头为13.33
m。依据《碾压式土石坝设计规范》(SL
274-2011)规则,斜墙的容许渗透梯度为5,心墙的容许渗透梯度为4。实际上,防渗体的容许渗透梯度视土的性质不同而异,轻壤土为3~4,壤土为4~6,黏土为6~8。通常控制防渗体的容许渗透梯度为5~6。因而,从渗透稳定性考虑,库区高程较低部位,天然铺盖小于3.0
m的处需要做防渗处理,才能确保防渗层的渗透稳定。

3.2.3
帷幕灌浆孔距。根据坝基地质特点,大坝坝基和坝肩进行单排帷幕灌浆处理,帷幕孔距为2.0m;

2、库区处理前后渗漏量分析

3.2.4
灌注材料。以水泥灌浆为主,为了确保灌浆质量,要求使用42.5级普通硅酸盐水泥,细度要求通过4
900孔/cm2标准筛的筛余量不超过2%;

在确认土工膜防渗处理的范围时,需要从投资和防渗效果两个方面考虑。防渗处理范围小,则不能到达预期的防渗作用,处理范围过大,将会增加投资。当只对天然铺盖厚度小于2.0m的区域铺设土工膜,正常蓄水位状况下,渗漏量仍达10.46×104m3/d,渗漏量太大,防渗作用不明显,对天然铺盖厚度小于3.0
m的区域铺设土工膜,需要土工膜面积为207.57×104m2,渗漏量为2.05×104m3/d;当铺设土工膜的规模扩大到天然铺盖厚度小于4.0
m的区域时,渗流量为1.71×104m3/d,铺设土工膜面积增大到327.9×104m2。在正常蓄水位41.0
m的状况下,库区铺设土工膜防渗后,渗漏量仍很大,为1.7×104m3/d。考虑到水库蓄水达41.0
m的状况较少,且持续时间很短,而库水位大多数状况下维持在40
m以下。在库水位40.0和39.0 m时,渗漏量分别为1.74×104 m3/d和7 438
m3/d。库水位低于39.0
m时渗漏量更小。库区铺设土工膜的防渗处理后,可满足蓄水运用需要。因而推荐处理规模为:高程40
m以下,天然铺盖厚度小于3.0
m的区域,对于部分水头较高的部位,适当扩大到天然铺盖厚度3.0~4.0
m的区域。 3、土工膜设计

3.2.5
灌浆压力。采用自下而上的灌浆顺序,接触面的灌浆压力采用1kg/cm2~2kg/cm2。

3.1材料选择

3.3 上、下游护坡施工

选用聚乙烯膜,土工膜厚度选择为0.5
mm。选用材料物理力学性能指标应满足下列要求:密度不应低于900
kg/m3,破坏拉应力不应低于12
MPa,断裂伸长率不应低于300%,弹性模量在5℃不应低于70
MPa,抗冻性不应低于-60℃,联接强度应大于母材强度,撕裂强度应大于等于40
N/mm,抗渗强度应在1.05 MPa水压下48 h不渗水,渗透系数应小于1×10-10
cm/s。根据环境保护需要,土工膜应满足饮水工程和其它清洁性能需要,其所用资料均满足国家现行有关环保规范的要求。

大坝上游护坡的施工主要是对上游原坝面整平,铺设砂石垫层,然后干砌块石护坡。下游坝坡坡面修整,采用人工挖土,人工夯实,然后以人工搬运草皮并栽植。

3.2结构设计

4 输水管施工

土工膜防渗结构设计,包含膜上保护层、土工膜防渗层和支撑层。膜上保护层的主要作用是减缓土工膜的老化、防止水流和波浪对土工膜的冲刷、人畜损坏、冰冻危害以及作为压重抵抗膜下水气的浮起等。保护层材料选择当地粘土并剔除粘土中的尖锐颗粒。考虑水深、流速、日晒和冰冻等因素,选定膜上保护层厚度为60
cm。接近水面部位,考虑波浪冲刷,部分加厚到100 cm。

本项目的输水管加固处理措施进口柱式塔拆除重建,砼拆除采用人工配合机械拆除,自卸汽车运输至水库外的荒地处,运距为1.0km。管身段箱涵砼施工采用0.4m3拌和机,胶轮车配合泻槽运至施工部位,插入式振捣器振捣。管身上部回填土方,要求心墙填料粘土压实度不小于96%,含粘率不小于25%,渗透系数不大于1×10-5cm/s,坝壳采用代料土填筑,代料土相对密度≥0.75,渗透系数大于1×10-3cm/s。

膜下支撑层为地基土,平整好场所后,上铺设土工膜,根据库区地质条件,膜下为黄土状壤土,没有尖利的石子等物,所以能够直接铺设土工膜,但也要留意查看是否有尖锐物体刺破土工膜。对于砂卵石出露部位,需在其上部铺设10
cm厚壤土,再铺设土工膜。依据库区防渗的特色,选用埋压式PE土工膜防渗。根据土工膜与膜上保护层之间的摩擦系数,通过计算控制边坡系数为5。

5 溢洪道施工

3.3联接设计

本工程的溢洪道施工主要包括堰体底板及边墙、进水渠、泄槽段、消力池等施工。溢洪道石方开挖主要是泄槽段及消力池的开挖成型到位,采用挖掘机开挖;石渣回填全部考虑利用原溢洪道弃料,采用羊角碾及蛙式打夯机分层碾压。砼和砌石包括堰体底板及边墙的砼和砌石。砼工程施工采用0.4
m3拌和机,胶轮车配合泻槽运至施工部位,同时还采取插入式振捣器振捣。

土工膜联接好坏直接影响防渗的作用。土工膜周边与相对不透水的天然铺盖应紧密联接,构成封闭的不透水结构体。因此,在周边设锚固槽,槽深为50
cm,槽底宽50
cm,将土工膜锚固于槽内。膜与膜之间搭接宽度应满意焊接技术需要,取10 cm。

参考文献:

结束语

[1]
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综上所述,对水库大坝防渗处理设计的分析,对于确保水库安全、加快病险水库除险加固具有十分重要的意义。只有做好防渗处理设计,才能确保施工顺利,才能充分发挥水库的兴利效益和防洪效益,才能进一步促进经济与社会的发展。

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