双沟大坝反向排水及封堵技术应用.pdf

第 5 期( 总第 3 6 0期) 吉 林水利 2 0 1 2年 5月 【 文章编号1 0 0 9 - 2 8 4 6 ( 2 0 1 2 )0 5 - 0 0 2 2 - 0 3 双沟大坝反向排水及封堵技术应用 壬海秋 曲晓辉 ( 1 吉林省桦 甸市水利局 ， 吉林桦 甸 1 3 2 4 0 0 ； 2 吉林省水利科学研究院， 吉林 长春 1 3 0 0 2 2 ) 摘要 】 根据 吉林双沟水 电站混凝土 面板堆石坝 区的水文气 象和工程地质 资料 ， 分析和确定坝体初期渗 水流量及 水住上升速度 ， 依 此制定坝体反向排 水系统封堵 时间、 顺序和方法。 关键 词 双沟大坝 ； 反 向排水 ； 封堵技术 ； 研 究应 用 中图分类号 T v 1 3 5 2 文献标识码B 1 工程概况 双沟水 电站位于吉林省抚松县境内的松江河 上 ， 枢纽分别 由大坝、 溢洪道、 发电引水洞 、 厂房等 组成。双沟水电站水库总库容 3 9 5 x l O S n s 。 调节库 容 1 4 5 x l O S m ， 电站装机 容量 2 8 0 M W 。 双 沟水 电站 大坝为钢筋混凝土面板堆石坝， 最大坝高 1 1 0 5 m， 坝 顶 长 2 9 4 m， 坝 顶 宽 l O m， 坝 顶 高 程 5 9 0 O O m， 上 下 游 坝 坡 均 为 1 ： 1 4 ， 下 游 坝 坡 在 5 6 4 O O m、 5 3 9 O O m、 5 1 4 O O m高程各设一宽为 4 m的马道。混 凝土面板共分 2 9块 ，其 中受压区 1 2块 每块宽 1 4 m； 受拉 区共 1 7块 ， 每块宽均为 7 m。 大坝下游坝 坡 为干砌块 石护 坡 。 2 水 文地质及基础处理 2 1 水 文气 象条件 流域属寒温带气候 。 春季干燥而多风 夏季炎 热而多雨 ， 秋季短 ， 天气晴朗凉爽 ， 冬季漫长而严 寒 。最大积雪深度 5 2 e m， 最大冻土深度 1 2 6 m 河 流封冻期长达 5个月之久 。抚松气象站统计 ， 多年 平 均气 温为 4 3 。 C， 极端最高气 温为 3 4 9 。 C， 极端 最低气温为一 3 7 7 。 C 。 多年平均降雨量为 8 l 9 9 m m。 多年平均蒸发量为 1 1 2 6 5 ra m。 2 2工程 地质 双沟水 电站坝趾 区呈 “ V” 形 两岸地形坡度约 6 4 。 ， 河流平均纵坡坡度为 1 0 9 。工程地处长 白山 中低山区， 为长 白山区第二级夷平面。本地区出露 的地层 ， 主要为侏罗系河湖相碎屑岩、 安 山岩类和 第三一 四系玄武岩 。坝区地下水 除第 四系松散堆 积层孔隙水外 ， 其余为岩石裂隙水。 2 3基础 处理 趾 板 基础 置 于弱 风化 的岩石 上 。坝 基挖 除 全 部 覆 盖层 及河 床 砂砾 石层 。断层 破 碎 带及 岩 脉 处 理 原 则 是对 趾 板地 基有 影 响 的 F 6 、 F 7、 F 柏断层 、 破 碎 带采用刻槽后 回填混凝土处 理以减小 变形 差 异 ， 在 断 层 的 混凝 土 塞 下 游侧 l 0米 范 围 内 开 挖 后 回填反滤料。开挖断面为梯形 边坡坡 比为 1 ： 0 5 ， 刻槽 与断层走 向垂直 。 趾 板上游 方 向开 挖成 长 9 5 m、 深 0 5 m、 上 口宽 l m、 下 口宽 0 5 m、 边坡 比为 1 ： 1的齿槽 ，齿槽内回填混凝土以减小变形差异 。 在趾板后延的填筑 区 1 5 m范围内采用 浇筑 3 0 c m 厚钢 筋混凝 土 连接板 ， 达到延 长 渗径 的 目的 。 3 反 向排水设计 3 1 坝 体渗 水 坝基最低部位为河床趾板基础 4 8 0 。 O O m高程 最高部位为坝轴线上游 1 1 5 m处 4 8 6 O O m高程 ， 坝 下游坡角处河床高程 4 8 3 O O m，上游围堰基础高程 为 4 8 8 O 0 ， 下游围堰基础高程 4 8 3 O O m。在施工时 坝区存在着多方面的来水 。 主要包括 ： 雨季坝区的 大量积水、 围堰及基岩渗水及坝体施工用水等。这 些水源中 ， 一部分将流向下游 ， 其余部分将汇流到 河床的最底位置 ( 即河床趾板建基面高程位置 ) 。 收 稿 日期 2 0 1 2 0 3 1 2 作者 简介 王海秋 ( 1 9 7 2 一)男， 吉林桦 句人 ， 大专 ， 工程师 ， 现 从事水利 工程管理与施工工作。 2 2 吉林水利 双沟大坝反向排水及封堵技术应用 王海秋等2 0 1 2年 5月 如不及时排出 。在河床趾板处将会对 固坡砂浆或 面板形成反渗水压力 ，使其呈受弯构件状态产生 裂缝， 甚至会发生抬动 ， 破坏垫层料上游坡面砂浆 防护层或周边缝止水系统 ， 为此必须进行排水 ， 并 适时封堵排水管。 3 2 反 向排 水设计 在河床趾板 内设置 3根 1 5 9纵向 ( 垂直“ X” 线方 向) 排水管 ， 分别布置在第 2 0 # 、 1 7 #和 1 6 #趾 板混凝土处的 4 8 0 O O m高程上。 排水管上游端伸出 趾板 0 5 m， 在端头处设集水坑。下游端延伸至主堆 石区 1 5 m并在端头设置 1 根长 8 0 m的 1 5 9花 管作为横 向( 平行“ X” 线方 向) 排水体 。花管是在 1 5 9钢管管壁钻孔径 l O m m、间排距 l O mm的进 水孔 ， 花管外包裹 滤网， 并在周 围从里向外依次包 裹 中石( 2 4 c m) 、 小石( O 5 2 c m ) 各 2 5 c m厚做为反 滤体。排水设计见图 1 。 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 图 1 反 向排水管平面布置图 ( 说 明： 图中尺寸均 以 mm计 ) 图 2反向排水剖面图 ( 说 明 ： 图 中尺寸高程以 m计外其他均 以 m m计 ) 设 置上述反 向排水 系统后 ，坝体渗水能 自由 排至趾板上游集水坑 ， 用水泵排走。为大坝顺利填 筑和混凝土面板施工创造条件。 4 反 向排水封堵 本工程有 3根排水管 封堵时间、 封堵方法及 封堵顺 序的确定 ，要对面板上游辅助防渗体 的填 筑进度、 面板下游渗透水的上升速度 、 固坡砂浆及 混凝土面板可承受的反 向水 压力等因素进行综合 分析和研究 。 4 1 渗水 流 量的确 定 经长时间对河床趾板齿槽 的来水量进行观察 分析， 确定渗水流量为 5 m 3 h 。 4 2 面板 下游 渗透 水 的上升 速 度 排水 系统 封堵完 成后 面板下 游水量 开始 聚 集 ， 水位基本是从 4 8 0 m高程沿齿槽下游 l ： 3的开 挖边坡上升并在轴线上游 1 l O m处 ( 高程 4 8 6 O O m) 与河 床相连 假定 岩石不透水 ，当水 位上 升至 4 8 6 O O m高程后再上升部分将沿河床排向下游 ， 所 以水位可基本维持在 4 8 6 O O m高程。 并且左右岸趾 板走向及开挖基本对称 因此可以认为此处 的集 水形状为一三角体 ， 河道方向为宽 2 7 5 m、 高 6 m的 三角形 ， 三角体长 9 5 m。再根据前 面确定的渗流速 一 2 3 吉林水利 双沟大坝反向排水及封堵技术应用 王海秋等2 0 1 2年 5月 度 5 m S h及通过实验确定填筑的砂砾 料孔 隙率为 0 1 8 7 。可得 到时间 t 与水位上升高度 h的函数关 系如下 ： t = O 7 9 h 0 0 6 h 。 4 3 封堵施工安排 根据面板下游侧的水位上升速度 ，按最大来 水量计算 。如果边封堵边进行辅助防渗体填筑施 工 ， 以此 来 抵 抗 反 向水 压力 ， 则 需 要 在 l O h内 ( 即 水位上升至 4 8 3 O O m高程以前 ) 将辅助防渗体填筑 至高程 4 8 8 O O m。填筑强度较高 且考虑现场作业 条件、 天气等影响因素， 恐难保证。为稳妥起见 ， 决 定采用先填筑辅助防渗体 ，对排水孔部位进行预 留的方案 ， 待趾板上部全部填筑结束后 ( 填高 3 m) ， 然后再进行排水管封堵施工 ，同时继续填高辅助 防渗体。如此既保证了辅助防渗体的填筑速度 。 也 给封 堵施工 赢得 了充裕 的 时间 。 封堵 施 工选 择 晴天 进行 尽 可能 抽 于基 坑 积 水 ， 停止 坝 区施 工 用水 。首 先 封堵 左 岸侧 l 群排水 管 ， 然 后依 次封 堵 2 # 、 3 #排水 管 。 4 4封 堵方 法 先用 竹杆 裹 纱 布清洗 反 向排水 管 内壁 ，然后 塞入 3 0 c m厚用 白麻包裹的 G B填料 。填塞密实 后 ， 马上接上灌浆泵和灌浆管开始灌浆 ， 回填灌浆 采用 M2 5膨胀水泥砂浆 ( 掺膨胀剂) ，灌浆压力为 0 2 一O 5 MP a 。 当孔周围都出现浆液后 ， 再次检查并 扎紧灌浆嘴继续灌浆 。直至孔周 围都 出浆并稳定 ( 稳定时间 3 m i n ) 后停止灌浆。清除孔外周围砂浆 割掉灌浆嘴 ， 再在排水管孑 L IS l 浇筑 2 0 m 2 O mx I 5 m( 长X 宽X 厚) 的 C 2 5混凝土墩封 口， 混凝土墩应 覆 盖至趾板以上 ， 用以包裹孔 口， 混凝土结合面打毛 处理 ， 保证结合 良好。 5 结语 通过 设置 反 向排水 系 统 。坝 体 渗水 能 自由排 至趾板上游集水坑 ， 用水泵排出。可使坝体填筑和 混凝土面板施 工有序进行 ，避免 了由于反 向水压 力对 面板 及 止水 系 统 的破 坏 实 践 证 明双 沟大 坝 反 向排水 及封 堵 技术 的研 究 与应 用 是成 功 的 。但 在高寒地 区，要做好冬季集水坑的排水 、除冰工 作 ， 防止反 向排水 系统 因冻 涨导 致於堵 或破 坏 。口 ( 上接 第 l 5页) 参 考 文献 ： 1 成都科 学技 术大学水力学教 研室编 水力 学 M 北京： 人民教 育 出版 社 1 98 0 2 武汉水利 电力学院水力学教研 室编 水力计算手册 M 北京 ： 水 利 水 电 出版 社 1 98 3 3 汪胡桢 水工 隧洞 的设计理论和 计算 M 北 京： 水利水 电 出版 社 1 99 0 4 韩会玲 ， 孟庆芝 非满流圆管均 匀流水力计 算的近似数值 解法 J 给水排水 。 1 9 9 4 ( 1 0 ) ： 2 5 2 6 5 陈水锑 排 水管道 纯公式水力计 算 J 给水排 水 ， 1 9 9 5 ( 1 ) ： l 6 1 7 6 王正中， 冷畅俭 ， 娄宗科 圆管均 匀流水 力计 算近似 公式 J 给 水排水 ， 1 9 9 7 ( 9 ) ： 2 7 2 9 7 吕宏 兴 ， 把 多铎 。 宋松 柏 无压 流 圆形 断面水 力计算 的迭代 法 J 长江科 学院院报 2 0 0 3 ， 2 0 ( 5 ) ： l 5 1 7 8 文辉 ， 李凤玲 ， 黄寿生 圆管 明渠均匀流的新近似计 算公式 J 人 民黄河 2 O 0 6 ， 2 8 ( 2 ) ： 6 7 6 8 9 赵延风 。 芦琴 ， 张宽地圆形过 水断面均匀流水深的近似计算公 式 J 西北农 林科技 大学 学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 5 ) ： 2 2 5 2 28 1 O 张宽地 ， 吕宏兴 ， 赵延风 明流条件下 圆形隧洞正常水深与 临界 水深的直接计 算 J 农业工程学报， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 3 ) ： 1 5 1 1 赵延风 ， 祝晗英， 王正中 一种新的 圆形过水断面正常水深近似 计算公 式 J 河海大学学报 ： 自然科学版， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 1 ) ： 6 8 7 1 The f u r t he r pr e d i g e s t i o n o f t he n o r ma l wa t e r de pt h c a l c u l a t i o n o f Ci r c ul a r c r o s s s e c t i o n W a n g Zh i y un， Te n g Ka i Ab s t r a c t ： Un i f o r i l l fl o w d e p t h c a l c u l a t i o n o f c i r c u l a r c r o s s s e c t i o n n e e d t o c o mp l e t e l y s o l v e t h e i mp l i e d t ri g o n o me t ric f u n c t i o n s ， i t c a n n o t b e g e t t h e d i r e c t s o l u t i o n I n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m o f c o mp u t a t i o n a l c o mp l e x i t y o f t r a d i t i o n a l a l g o rit h ms a n d a p p r o x i ma t i o n a l g o ri t h ms e x i s t ，o r a c c u r a c y i s n o t h i g h ，t h e u n i f o r m fl o w d e p t h e q u a t i o n i s t r a n s f o r ma t e d b y ma t h e ma t i c ， w i t h o p t i mi z a t i o n fi t t i n g me t h o d ， t a k i n g a s t a n d a r d r e s i d u a l d i f f e r e n c e a s a m i n i m u m o b j e c t i v e f u n c t i o n ； t h e a p p r o x i m a t e f o r m u l a w a s o b t a i n e d b y fi t t i n g ， w h i c h c a l c u l a t i o n i s r e l a t i v e l y s i mp l e ，t h e r e s u l t s t h e ma x i mu m r e l a t i v e e r r o r o f t h e r e s u l t s l e s s tha n 0 4 4 i t h a s s o me p r a c t i c a l s i g n i fic a n c e o f pr o mo t i o n Ke ywo r d s： c i r c ul a r c r o s s s e c t i o n； u n i f o rm flo w d e p t h； o pt i mi z e fit t i n g； a p p r o x i ma t e c alc u l a t i o n； r e s e a r c h 一 2 4