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水电水利工程围堰设计导则(9)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2011/1/7 9:18:34   

  7.4.2围堰系临时建筑物,混凝土重力式围堰堰基截面允许拉应力0.1MPa~0.15MPa,堰体截面允许拉应力0.2MPa。葛洲坝二期纵向围堰系Ⅲ级建筑物,围堰采用混凝土基座上插钢板桩格型围堰,最大高度38.5m,混凝土基座高19m,堰基截面计算拉应力为0.12MPa;清江隔河岩水电站上游碾压混凝土过水围堰,最大高度42m,堰基截面设计计算拉应力达0.15MPa,围堰运行4年,未发现异常情况。

  7.4.3混凝土拱围堰应力计算通常采用拱冠梁法,对按Ⅲ级建筑物设计的围堰宜用有限元法进行拱围堰应力分析计算。

  7.4.4土石围堰建在压缩性较大地基上,且高度大于20m,应进行堰体沉降计算。对按Ⅲ级建筑物设计的围堰,尚需分析计算堰体沉降量及沉降过程,其计算公式可参照《水工设计手册》第三卷第十四章沉陷计算中的有关公式。

  7.4.5围堰高度大于50m,且按Ⅲ级建筑物设计的土石围堰,需用有限单元法计算堰体和堰基的应力应变,其计算公式可参照水深大于30m深水抛土施工的堰体或建在粉土砂质(即淤砂土)基础的土石围堰,应核算塑流稳定,其分析计算方法可参照《土坝设计》(水利电力出版社)一书的有关公式计算。

  8围堰基础处理设计

  8.1一般规定

  8.1.1围堰基础处理主要满足强度和防渗要求。对土石围堰可采用放缓堰坡以适应地基要求,但渗流控制(包括渗透稳定和控制渗流量)是围堰基础处理设计的关键。建在岩石基础上的围堰,主要是控制沿断层及裂隙节理等构造带的渗漏与冲蚀,并需降低两岸堰肩的浸润线,由于裂隙漏水,增高浸润线,影响两岸堰肩的稳定性。建在砂砾覆盖层基础上的围堰,则需控制渗流量及基础的渗透变形,并降低堰体及堰肩的浸润线,防止堰基渗透破坏,保证堰体稳定。

  8.1.2围堰基础砂砾石覆盖层的防渗处理采用垂直防渗可较完全地截断堰基渗流,技术上可靠,对属Ⅲ级~Ⅳ级建筑物的围堰宜优先选用。

  对于砂砾石覆盖层较深的围堰基础,垂直防渗体应嵌入相对不透水岩层,若采用悬挂式的防渗体,虽可增加渗径长度,但对减少渗流量和降低下游出逸坡降,效果不显著,一般上部用防渗墙,下部接防渗帷幕嵌入相对不透水岩层。水平防渗铺盖施工简便,但必须结合下游排水减压设施,才能有效地解决堰基渗透问题,当堰基砂砾石渗透系数较大时,用黏土铺盖防渗可靠性较差。因此,对围堰基础砂砾石覆盖层的防渗处理方案应视砂砾石层的深度、级配情况、围堰型式、施工及后期拆除条件等综合分析选定。

  8.1.3堰基覆盖层防渗体若采用黏土防渗槽,其墙底应挖除全风化带至弱风化岩石,嵌入基岩接触面的渗径长度,按接触面的安全渗透比降确定;若采用混凝土防渗墙或柔性材料防渗墙、钢板桩防渗墙,墙底嵌入弱风化岩石0.5m~1.0m;若采用灌浆帷幕,其幕底嵌入弱风化岩石1.0m~2.0m。若围堰基础全强风化带透水性很小,经过分析论证,防渗体可嵌入强风化带1.0m~2.0m。堰基防渗体与岸坡的接头必须使防渗封闭,通常使防渗体嵌入岸坡相对不透水岩层,嵌入深度应按防渗体与岸坡接触面的安全渗透比降确定。堰基防渗体与建筑物的接头防渗应封闭,按接触面的安全渗透比降拟定防渗体嵌入深度。

  8.1.4堰基覆盖层下的基岩,岩溶发育或漏水量大的断层破碎带,通常采用灌浆处理。

  8.2防渗处理

  8.2.1铺盖可减少渗流量和渗透水压力,常与下游排水减压设施联合作用,以有效地控制堰基渗流,适用于土石围堰基础覆盖层渗透系数小于60m/d,且无大的集中渗漏带,铺盖的长度、厚度及密度可根据围堰的高度,堰基覆盖层的厚度及防渗土料的特性综合分析确定。例如:湖北省丹江口水利枢纽二期上游土石围堰最大高度44m,堰基砂卵石覆盖层厚度14m,表层为中细砂,渗透系数25m/d~55m/d,下层为砂卵石,渗透系数达103m/d~294m/d,采用黏土心墙内铺盖(在堰体底部)防渗,铺盖在低土石围堰保护下干地施工,铺盖长度按4倍水头,厚度采用靠心墙处为4m,首端2m,围堰运行防渗效果良好。

  铺盖防渗不宜用于土石纵向围堰和土石过水围堰,对上游土石过水围堰,若围堰顶过水时,上游坡脚处的流速小于1m/s,且采取措施能有效地防止铺盖的土体受水流的冲刷,也可采用铺盖防渗。

  8.2.2截水槽适用于堰基砂砾石覆盖层厚度15m以内的土石围堰。采用水下开挖至基岩或相对不透水层,回填防渗土料或其他防渗材料。截水槽底宽根据挡水头及回填土料与基岩接触面的渗透坡降和水下开挖施工条件确定。一般截水槽底宽3m~5m,边坡1∶1~1∶1.5。例如:长江葛洲坝工程二江上游土石围堰高度14m,堰基砂卵石覆盖层厚7m~19m,渗透系数200m/d~300m/d,采用4m3索铲开挖截水槽,开挖边坡1∶1,底宽6m,挖至最深处,遇流沙层,下放钢板沉井(宽3m,长15m)至基岩回填黏土截水墙,围堰运行防渗效果良好。

  8.2.3在围堰基础覆盖层及水下部位的堰体中采用泥浆固壁冲击钻机造孔成槽浇筑混凝土或柔性材料,形成连续防渗墙适用于堰基砂砾石覆盖层厚度大于20m的围堰。例如:福建省闽江水口水电站二期上游土石围堰高度44.5m,堰基砂卵石厚度7m~25m,采用柔性混凝土防渗墙上接堰体土工膜心墙。每米3柔性混凝土水泥用量170kg、砂748kg、小石888kg、黏土85kg、膨润土40kg、水275kg及外加剂。水胶比0.93,砂率45.7%,坍落度20.2cm,扩散度38.0cm。抗压强度R28为2.9MPa,抗拉强度R28为0.291MPa。弹性模量823.2MPa,抗渗指标S6,渗透系数6.01×10-9cm/s,围堰防渗效果良好。

  8.2.4钢板桩防渗墙是采用振动沉拔桩机将钢板桩打入堰基覆盖层至基岩,靠钢板桩连成封闭的防渗墙,钢板桩防渗墙适用于堰基为砂土冲积层或砂砾石层,卵石含量小于40%,无大漂石的覆盖层,且厚度小于15m,以利钢板桩插打施工。例如:安徽省史河梅山水库上游土石围堰高度16.5m,堰基砂卵覆盖层厚10m~12m,砂卵石中卵石含量较少,采用钢板桩防渗墙上按堰体的木板心墙围堰,运行防渗效果良好。

  8.2.5围堰基础砂砾石层采用灌浆防渗处理时,必须研究砂砾石层的性质与级配,判断其可灌性,并通过灌浆试验最后确定。例如:浙江省富春江水电站三期下游土石围堰高度12m,堰基砂砾石覆盖层厚7m~15m,采用水泥灌浆(二排孔)处理;黄河龙羊峡水电站上游土石围堰高度53m,堰基砂卵石覆盖层厚13m,采用水泥灌浆(三排孔)处理;葛洲坝一期土石纵向围堰下游横向段高度21m,堰基砂砾石覆盖层厚8m~16m,采用水泥黏土灌浆三排孔处理,围堰运行实践表明,灌浆防渗可满足要求。

  高压喷射灌浆适用于砂壤土、中细砂等细颗粒地基和砂砾石覆盖层堰基。根据一些工程实践经验与试验资料,堰基砂砾石层采用高压喷射灌浆宜控制砂砾石厚度小于40m,且卵石最大粒径小于40cm。例如:广东省珠江飞来峡工程在厚度25m的砂砾石覆盖层和河南省黄河小浪底工程在厚度25m的夹黏性土砾卵漂石覆盖层中进行高压喷射灌浆试验,通过围井开挖检查,取样做压水及注水试验,结果表明,防渗效果符合设计要求。

  8.3其他处理

  8.3.1围堰基础覆盖层厚度较浅,且具备水下开挖条件,对土石围堰可将其防渗体范围覆盖层开挖至基岩;对混凝土围堰尚需具备水下清基、立模浇筑混凝土等水下施工条件,再采用水下开挖将围堰基础覆盖层全部挖除。

  围堰与岸坡接头部位的堰体的基础以及位于河床基岩较高处的堰体基础,具备水上开挖条件,土石围堰防渗体基础宜开挖至基础相对不透水层,混凝土围堰基础宜开挖至基岩可利用岩体。

  8.3.2堰体基础是砂基,软土地基为消除液化并提高砂基密度,常选用振冲加固和强夯加固。振冲法加固在我国土石坝坝基的应用,例如:1978年官厅水库为抗御7度地震,预防下游坝基液化,用振冲法加固,砂基相对密度达0.8;河北省石家庄石津灌区总干渠首段田庄电站,地基下层为均匀细砂层,采用振冲加固。

  强夯法加固可消除粉细砂液化并提高密度,珠海及深圳国际机场用强夯法处理地基,相对密度由不足0.6提高至0.8以上。

  9围堰施工设计

  9.0.1围堰虽属临时性的挡水建筑物,但对所围护的永久建筑物极为重要,必须按设计要求进行修筑,在保证围堰施工质量前提下,加快修筑速度,为永久建筑物提前施工创造条件,以满足工程施工总进度的要求。

  9.0.2围堰施工组织设计应依据围堰水工设计所确定的围堰型式、平面布置、断面结构、基础处理方案和围堰施工技术要求以及所围护的永久建筑物施工总进度等条件,研究围堰施工程序、施工方法、施工布置及施工进度,拟定所需施工机械设备及劳动力数量和设计概算。在研究围堰施工方案时,应尽量采用先进的施工技术,提高围堰施工水平,在保证施工质量前提下,加快工程建设。

  9.0.3土石围堰施工所需的料场包括防渗体、反滤过渡区、堰壳、护坡、截流戗堤堆石体、排水棱体等和主体建筑物的开挖,均需通过勘探查明储量,并取样进行试验,提出料场勘察试验报告,作为围堰料场开采、运输规划和围堰施工组织设计的依据。

来源:长江水利委员会长江水利勘测规划设计研究院
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