颐和园水闸改建工程钢架膜围堰的设计与施工.pdf

水利水电技术第4 1卷2 0 1 O年第 l 0期 颐和 园水 闸改建工 程钢 架膜 围堰 的 设 计 与 施 工 欧阳越 ( 水利部发展研 究中心 ，北京1 0 0 0 3 8 ) 摘要 ：介 绍 了颐和 园水 闸改 建工程 铜 架膜 围堰 的设 计与施 工方 法 ， 包括 ：围堰钢 架焊接 ；桁 架体 组 装 ；防渗布铺设 ；配重加设 ；施 工排水 ；渗透 水流处理 ；围堰拆除等。该施 工方法简单 ，不污染水 源，不破坏渠底。该 围堰防渗性能满足设计要 求，拆 除简便 ，可供类似工程参考。 关 键 词 ：颐和 园 ；水 闸 ；改建 工程 ；钢 架膜 围堰 中图分 类号 ：T V 6 6 ( 2 1 ) 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 0 ) 1 0 0 0 5 3 0 3 De s i g n a nd c o ns t r u c t i on o f s t e e l f r a m e - g e o t e x t i l e c o ffe r da m f o r r e c o ns t r uc t i on o f s l ui c e o f Su m m e r Pa l a c e 0UYANG Yu e ( D e v e l o p m e n t R e s e a r c h C e n t e r o f t h e Mi n i s t r y o f Wa t e r R e s o u r c e s ，P R C ， B e ij i n g 1 0 0 0 3 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f t h e s t e e l L a me g e o t e x t i l e c o f f e r d a m f o r t h e r e c o n s t ruc t i o n o f t h e s l u i c e o f t h e S u mme r Pa l a c e i s i n t r o du c e d h e r e i n，i nc l ud i ng t h e we l d i n g o f t he s t e e l f r a me f o r t he c o f f e r da m ；f a br i c a t i o n o f t he s t e e l t r u s s ；pl a c e me n t o f t he g e o t e x t i l e；t h e fix i ng o f b a l a nc e we i g ht ；t he c o n s t r uc t i o n d r a i n a g e；t h e t r e a t me n t o f t he s e e p a g e flo w；t h e d e mo l i t i o n o f c o f f e r da m ，e t e Th e c o n s t ru c t i o n me t h o d i s s i mp l e wi t h o u t a n y po l l u t i o n o n t h e wa t e r s o ur c e a nd a ny da ma g e s o n t h e c ha n n e l bo t t o m c o nc e r n e d The a n t i s e e pa g e p e r f o r ma nc e o f t h e c o f f e r d am c a n n o t o nl y me e t t h e r e l a t e d de s i g n r e q ui r e me nt ，b u t a l s o c a n be s i m p l y d e m o l i s h e d ，a n d t h e n i t c a n b e t a k e n a s a r e f e r e n c e for t h e o t h e r s i m i l a r p r o j e c t s a s w e l 1 K e y w o r d s ：S u m me r P a l a c e ；s l u i c e ； r e c o n s t ruc t i o n p r o j e c t ；s t e e l f r a me g e o t e x x t i l e c o f f e r d a m 在水利工程施工中，围堰的种类很多 ，例如土石 围堰、钢板桩围堰 、钢套箱 围堰等等 ，在颐和园闸改 建工程 中采取了钢架 围堰 的施工方法 ，该施工方法简 单 ，不污染水源 ，不破坏渠底 ，防渗性 能满足要求 ， 拆除方便 ，钢管 回收利用率较高 ，满足抗滑稳定 、防 渗 、抗冲及强度等要求。经济、技术效果 明显。 1 方案的提出 颐 和园 闸改 建 T 程 施 T 期 间 ，渠 内水 深 保 持 在 2 6 2 8 i n左 右 ，施 工 期 间水 流 速 度 在 0 2 n r s以 下 ；渠底为 1 5 c m厚 现浇混凝上 ，为达到防渗 目的， 混凝土下铺设了复合土工膜。根据京密引水管理处的 要求 ，为保证京密引水渠的正常运行 ，施工期 间水位 不能降低 ，围堰施工必须保证不破坏河底 ，不污染水 源 ，施 1 二 完 成后 拆 除干 净 。 因此 ，草土 、桩膜 等 围堰 施工方法均不适用 ，根据现场施工条件 ，提出了钢架 围堰 的施工 方法 ，利 用施工 中常用 8钢管焊接组 合成三角形桁架 ，用汽车吊将组装好 的桁架体 吊人渠 内 ，然后在上游铺设防渗土工布 ，达到挡水防渗的目 的 。 具体施工程序为 ：钢架焊接 一 堰 体组装 一 堰体 吊装一 防渗布铺设 一 加设 配重 一 抽 排水 ( 同时加设 配重及加 同) 一 围堰拆除。 2主要施工 方法 2 1 围堰 钢 架焊 接 该钢架采用 中 8厚壁钢 管组合而 成 ，因管 与 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 6 - 3 0 作者简介 ：欧阳越 ( 】 9 6 1 -) ，女 ，高级工程师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 欧阳越颐和园水闸改建工程钢架膜围堰的设计与施工 管之问的连接角为锐角 ，不宜使用转轴卡子而采用焊 接连接的施工方法 ，钢架截面呈三角形 ，迎水面坡度 1 ： 1 5 ，背水 面坡度 为 1 ： 0 6 ，堰前 水 深 按 2 8 m考 虑 ( 经查京 密 引水 管理 处 水文 资 料 ，施工 期 间 可 能 出 现的最高水位 4 9 6 m) ，另计 0 4 m超高 ，堰体总高 3 2 m。焊接作业采用手工电弧焊 ，必须在平整 的场 地进行 ，防止扭曲变形，特别要保证焊接后的各个钢 架的底面均处于同一水平面上。钢架的具体结构形式 见图 1 。 图 1 围堰施工示意 2 2围堰桁架体组装 横 向围堰总长为 2 6 m，为增 强整体性 ，并考虑 到车 吊装 的可实施性 ，分两段 制作 ，每 1 3 m为一 个 吊装单 体 ，每个 单体 由 1 7榀 三角形焊 接框架 组 装而成 。每榀框架 间距 不超过 8 0 e m，框 架之 间用 8钢管和钢管卡子连接 ，为减轻单体重 量 ，迎水 面用 8 铅丝每隔 2 0 m绑扎 5 c m厚木板 ，木板上钉 1 2 e m厚竹胶板 ，每个 单体 的重量 约 3 t ，可满足 吊装要求。 2 3桁架体 吊装 吊装前 进行 测 量定 位 ，确 定好 围堰 的轴 线 位 置 ，吊装时 ，吊车 支设 于滨河路 上 ，经查 建 筑施 工手册，4 0 t 吊车 吊3 t 重物 的水平最大伸 出长度 2 5 m，可将该桁架体顺 利 吊人渠 内，吊装时 ，用大 绳绑在桁架体两侧 ，人工在左右两岸控制桁架体 的 入水方 向及角度 ，同时派人在船上观察控制其下水 位置 。保证两个桁架体轴线 一致 ，其轴线与水流方 向尽 量垂 直 。 2 4防渗布 铺设 防渗布铺设工作 的好坏直接影 响到后期的排水 工程量 ，防渗布用汽车运至工地 ，人工展开 ，检查 有无孔洞 ，发现孑 L 洞应修复后再使用 ，从下游 向上 游铺 设 ，错 茬 处 上游 布压 下 游 布膜 ，搭 接 长 度 要 求 不小于 2 5倍水深 ，防止渗水产生 。沿河底铺设甩 到河岸 ，防渗 布不 能铺 得 太 紧 ，稍 留有 余地 ，在 坡脚 处 留 1 52 0 e m，防止 承压后拉裂 。铺设完成 后 渠底及搭接 部 位用 小 卵石装 袋 ，用一 对带 钩 的 杆 子钩 送就 位 、压 牢。所有 砂 袋用 麻 绳栓 牢 ，麻 绳露 出水 面并 系 于 固定 地 点 ，便 于拆 除 时砂袋 清 理 。 2 5配重加 设 由于桁架体重量较轻 ，沿河底基面抗滑能力较 弱 ，须在桁架体上部用石子装袋均衡加载 ，防止桁架 体水平位移。 2 6施 工排水 上下游 围堰施工完成后即可进行抽排水工作 ，需 排水约 7 0 0 0 0 m 。为保证排水时 围堰 的安全 ，抽水 速度不能太快 ，按 水位下 降速度控制 在 1 0 m d以 下 ，使用 6台潜水泵同时向上游和下游进行排水 ，水 泵备用率按 2 0 考虑 ，备用泵 为 2台，每小时约抽 水 1 2 0 0 m ，共需 6 0 h左右 。 排水的同时一方面用钢管将两榀桁架体用管卡牢 固连接 ，另一方 面用砂 袋对桁 架体进行层层均匀加 载 ，每米桁架体的加载重量按 4 t 考虑 ，同时安排测 量人员用经纬仪对 围堰水平位置进行监 控 ，发现偏 移、钢管变形等问题立即停止排水工作并对围堰进行 加 固，同时对 围堰漏水处进行封堵 。 2 7 对 渗 透水流 的处 理 在钢架围堰完成后 ，如漏水情况严重 ，应仔细研 究漏水情况 ，必要时找潜水工探寻漏水位置并进行相 应处理 ，如遇少量透水 、渗水 、漏水等情况 ，至水深 5 0 c m时，清除渠底淤泥，然后堆码砂袋 ，铺设防渗 布 ，修筑第二道土石围堰 ，堰高小于 1 m，所渗水流 用水泵抽回。 2 8围堰 拆 除 水下施工项 目完成后，将水慢慢导入围堰 内，随 着水位的不断升高，逐步拆除加 固件 以及加 载用砂 袋 ，待堰 内外水压平衡后 ，用 吊车将压载用砂袋吊至 岸上 ，最后分节将桁架体 吊装 上岸。将钢架清刷 干 净 ，修补整理 ，涂刷 防锈油，运输堆放时避免碰撞 ， 防上曲变形 ，堆放场地坚实平整，并有防雨 、排水设 施 3围堰水力计算 ( 1 ) 堰顶高度计算。 H t =h d +z+h +6 。式 中， 为堰顶高度 ；h d 为上下游水位差 ；h 为波浪爬高 ；6围堰安全超高， 围堰的安全级别按级考虑，正常超高取 0 3 0 5 m。 = 2 8+ 0+ 0 4= 3 2 ( I n ) 。 水利水 电技术第 41卷2 0 1 0年第 1 O期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 2 ) 水力计算 。 静水压 力 ：P=r h 2=9 8 12 8 2 2=3 8 4 5 5 ( k N) ；H = 2 8 3=0 9 3 3 ( m) 。 垂直 力 ：P = =9 8 12 8 X 2 8 x 1 5 2= 5 7 6 8 3 ( k N) ；L 1=2 81 5 3=1 4( m) ； =4 9 8 1=3 9 2 4( k N) ；L ，=1 8( m) 。 ( 3 ) 堰体抗滑稳定性计算。 = P。式中， 为抗滑稳定安全系数 ( 1 2 5 ) ； f为钢架体与基础面的摩擦系数 ，取 f=0 5； 为作用于格体的垂直力总和；P为作用于格体 的水 平力总和。P=3 8 4 5 5 ( k N) ，I V=G+P =5 7 6 8 3+ 3 9 2 4=9 6 9 2 3( k N) 。 由 以上 公 式 可 得 ：K = f W P =1 2 61 2 5 ，即 需加载重量达到 4 t m可满足抗滑稳定要求。 ( 4 ) 堰体抗倾覆稳定计算 。 K= M Mo 。式 中， 为抗倾覆安全系数 ；M 为对 格体趾部的总阻力矩 ；Mo为对格体趾部 的倾覆总阻力 矩 。M =1 V L 2 + P ( L 1 )= 3 1 2 9 1 9 ( k N m) ，Mo = P 2 8 8 3= 3 5 8 7 8 ( k N 13 ) ，即 13 。满足抗倾覆稳定分析。 4 应急措施 ( 1 ) 突发性上游来水应急措施。 为防止 降雨使上游来 水量突然 加大 ，施工 时采 欧阳越颐和园水闸改建工程钢架膜围堰的设计与旋工 取了如下应急措施 ：安排专人 做好天气预报 收听 工作 ，经常与京密引水管理处 信息沟通 ，做好信息 准备 。取得温泉管理所 、河湖 管理处南 闸管理所 的支持 ，有 效 利用 上 游 屯 佃 闸 ，当有 突 发 性来 水 时 ，延缓来水时 间，为下游准备争 取时间。安排专 人对绣漪 闸监控 ，有较大降雨 时 ，提前做好 排水准 备 。 ( 2 ) 冬季施工的防冰措施。 进入冬季施工时 ，由于京密引水渠流速较小 ，容 易结冰 ，对围堰产生破坏 ，考虑到冬季结冰对围堰的 危 害，在冬季施工时设有专人凿除围堰附近的河面冰 块 ，以 防止河 面结 冰对 围堰 造 成危 害 。 冬季防渗布比较脆 ，更易滑坡 ，发生漏水 ，为避 免 、减少这种情况 的发生 ，施 工时加强对 围堰 的巡 视 ，及时发现及时处理。派遣专人紧盯现场 ，发现隐 患及时处理 ，避免险情发生 。出现紧急情况 ，及时组 织人员抢救并上报有关单位 、领导。 ( 3 ) 突发性渗水应急预案 。 有专人看护围堰并记录围堰渗水情况 ，出现突发 性渗水时 ，马上利用大功率水泵排水 ，并检查原因及 时维护抢修 。现场备有防渗布和砂袋以保证对围堰突 发性渗水的及时抢修 。 ( 责 任编 辑陈小敏 ) 简讯 建筑砌块与砌块建筑 ( 双月刊 ) 邮发代 号 ：8 27 0 1 1 9 8 3年创刊 ，由 中国建筑 砌块 协会 主办 ，是我 国建 筑砌 块行业生产 、设计 与 施工 应 用 领 域公 开 发 行 的专 业 性 期 刊 。 大 1 6开平订 ，逢单 月 1 0 日发行 。 混凝土建 筑砌块 ( 砖 ) 、水 工 砌块 、挡 土墙 砌块 、混凝 土 铺地砖 、植 草砖 ，装饰 混凝 土砌 块 ( 砖 ) ；人造 轻集 料 ；石 膏 ( 空心 ) 砌块 ： 一 生产 、设计 、施工技术 国内水T砌块应用工程 情况介绍 国外 水工砌块应用工程 图例 一 行业 发展动态 、墙改政策法 规 粉煤 灰 、煤矸石 、尾矿 、建筑 垃圾 的综合利用技术 水利水电技术第 4 l卷2 0 1 0年第 i 0期 CN1 14 6 4 6 TU I S S N1 0 0 3 5 2 7 3 一 国内外产 品标准 、设计施工 规范动态 一 行业信息传递 欢迎到全 国各地 邮政局 ( 所 ) 订 阅 2 0 1 1年刊物。 单价 ：8元 全年 订价 ：4 8元 地址 ：北 京市海淀 区三里河路 1 1号 邮编 ：1 0 0 8 3 1 电话 ：( 0 1 0 ) 6 8 3 3 5 6 4 9、6 8 3 3 2 1 9 1 传真 ：8 8 3 6 4 7 6 4 E ma i l：e b ba e hi n a e b e n e bb a s o h u c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m