南平二水源大坝工程导流底孔封堵施工优化应用

蔡毅荣

(三明市水利水电工程有限公司，福建 三明 365000)



南平二水源大坝工程导流底孔封堵施工优化应用

蔡毅荣

(三明市水利水电工程有限公司，福建 三明 365000)

摘要：大坝导流底孔封堵一般存在封堵闸门体积大、质量重，起吊困难。减小封堵闸门的体积的施工优化有效降低封堵难度，施工工艺简单，大大保证封堵的成功率。文章以南平二水源五星桥水库大坝工程为例，介绍了大坝导流底孔封堵施工优化方案及施工要点。在具体施工中操作简易，下闸顺利，封堵效果好，说明此优化方案合理。

关键词：大坝工程；导流底孔；封堵；闸门设计；施工优化

1工程概况

南平二水源五星桥水库坝址位于峡阳镇五星桥工区下游约0.2km处，控制流域集水面积68.7km2，河长16.5km，河道平均坡降21.4‰，多年平均流量2.35 m3/s 。水库正常蓄水位185.5m, 总库容2 328 万 m3，调节库容1 850.67 万 m3，库容系数26.81%。大坝坝型为细石混凝土砌石拱坝，最大坝高49.7m，坝顶高程为190.50 m，坝顶长度227.18m，坝顶宽度3m，溢洪道设在坝的中部，为WES实用堰，堰顶设4孔闸门，每孔净宽8.0m，闸门为露顶平面钢闸门，其尺寸为8 m×4.8 m(宽×高)。

南平市五星桥水库大坝工程为III等工程，大坝永久性建筑物按3 级建筑物设计，大坝按50 a一遇洪水设计，500 a一遇洪水校核。

本工程施工导流为坝体预留底孔导流，导流底孔尺寸14.5m×5.4m×3.6m(长×宽×高)，根据《水利水电工程施工组织设计规范》，本工程初期导流采用枯水期(10月—次年3月底)导流，其标准为P=33.3%，相应的洪峰流量为5.43m3/s。导流洞封堵前，采用度汛标准为全年10 a一遇洪水，相应的洪峰流量为78.9m3/s。

2下闸时段选择

根据南平二水源供水工程总体工程进度要求，为减少闸门下闸的风险，尽可能选择在流量较小时下闸,大坝底孔导流洞下闸封堵时间选择在2012年11月份下旬进行施工，封堵后的水库渡汛采用已完工的坝体溢流堰进行泄洪,封堵下闸时的设计流量选择11月份5 a重现期的月平均流量，相应的下闸封堵流量为Q=2.39 m3/s。

3下闸封堵施工优化

3.1方案优化

原坝体预留导流底孔尺寸14.5m×5.4m×3.6m(长×宽×高)，拟采用尺寸为5.8m×3.8m×0.5m(长×高×厚)的钢筋混凝土预制闸门进行下闸封堵施工，考虑预埋件、水封等重量，闸门总重量约为28T。为方便闸门下闸及吊装，在底孔进水口两侧设置闸墩及闸门槽，并在底孔上方设置钢筋混凝土框架作为吊架[1]。

原单孔闸门下闸封堵，闸门体积大，质量重，所需的吊装设备吨位高，因此下闸封堵施工难度大，风险系数高。为了方便下闸封堵顺利进行，减少施工难度，拟采用双闸室结构并设置现浇挡水胸墙，减少封堵闸门的宽度和高度，从而减轻闸门重量，方便闸门吊装下闸。优化后两孔闸室净空尺寸为2.2m×0.9m(宽×高)，闸室底高程为148.0m,顶高程为148.9m,闸室后背挡水胸墙尺寸为7.4m×3.3m×0.5m(宽×高×厚)，并在闸墩上设置两跨钢筋混凝土吊装框架，框架净空为3.0m×2.5m(宽×高)，并在框架中间部位预留φ25mm圆钢筋作为吊钩。优化后的闸门尺寸为2.6m×1.1m×0.35m(宽×高×厚)，考虑预埋件、水封等重量，闸门总重量约为2.7T，因此大大减轻了闸门的重量，便于闸门吊装下闸封堵施工。导流底孔封堵墙，底板平面及立面图见图1、图2。

图1导流底孔封堵墙、底板平面图

图2　导流底孔封堵墙、底板立面图

3.2优化后的闸孔过量能力复核计算

1)优化后导流底孔进水口中部增加一个闸墩及后背增加挡水胸墙在10月份初施工，闸墩施工期流量采用枯水期(10月—次年3月底)导流，其标准为P=33.3%，相应的洪峰流量为5.43 m3/s，闸孔过流采用宽顶堰流公式计算：

(1)

式中：Q为下闸封堵时的流量；σs为淹没系数，本工程为非淹没出流，系数取值为1；ξ为侧收缩系数；根据《水闸设计规范》附录公式A.0.1-3/4/5,计算得ξ=0.93；m为流量系数，m=0.385；n为过流闸数，n=2； b为单孔堰宽；b=2.2 m；H0为含行进流速的堰上水头，经计算H0=0.9m，经计算Q=5.95 m3/s>5.43 m3/s,因此优化后的闸孔过流量可以满足导流要求。

3.3闭门力计算

根据上面所述，导流洞下闸时，闸门处水深为0.49m,水位高程为148.49m，当闸门缓慢下沉时，水位开始抬升，作用在闸门上总水压力按水位到达闸门顶部高程149.10m计算，并计算此时的闭门力。

1)闭门力计算公式为：

Fw=nT(Tzd+Tzs)+Pt- nG G

(2)

式中：FW为闭门力，kN；nT为摩擦阻力的安全系数，一般取1.2；Tzd为支承摩擦阻力，kN；Tzs为止水摩擦阻力，kN；nG为计算闭门力时的采用的门重修正系数，取0.9；Pt为上托力，kN；G为闸门活动部分的自重(KN)；G=27 kN。

2)本次闸门下闸为滑动支承摩擦，对于滑动支承摩擦阻力计算公式为：

Tzd=f2P

(3)

式中：f2为滑动支承的摩擦系数，钢板和橡胶取0.65；P为作用在闸门上总水压力，kN；本次下闸封堵，作用在闸门上的静水总压力按水位到达闸门顶进行计算，H=1.1 m,P=1/2γHBL=1/2×9.8×1.1×2.6×1.1=15.42 kN。

支承摩擦阻力为：Tzd=15.42×0.65=10.02 kN。

3)对于止水摩擦阻力计算公式为：

Tzs=f3Pzs

(4)

式中：f3为止水与止水座的滑动摩擦系数，橡胶对水泥砂浆面为0.7；Pzs为作用在止水上的水压力，t，为侧止水的顶止水的总长度乘以止水橡胶作用的宽度，再乘以平均水头得出；Pzs=(0.96×2+2.43)×0.45×(9.8×0.55)=1.1kN;

止水摩擦阻力为：Tzs=0.7×1.1=0.77kN。

4)上托力计算公式：

Pt=γβHD1BZS

(5)

式中：γ为水的容重，取9.8 kN/m3;β为上托力系数，取β=1.0；H为设计水头，H=1.1m；D1为闸门底部投影宽度，D1=0.35 m;BZS为两侧止水距离，BZS=2.43 m。

上托力为：Pt=9.17 kN。

根据以上公式及数据计算出闭门力为：

Fw=nT(Tzd+Tzs)+Pt- nG G-2.18kN<0

(6)

闭门力结果计算表明，闸门依靠自身重量就可关闭。

因此将原单闸室下闸封堵优化为双闸胸墙式下封堵施工方案可行。

4施工要点

1)在具备封堵条件的前一个月进行闸门启吊排架钢筋混凝土浇筑、两扇2600mm×1000mm×350mm(长×高×厚)钢筋混凝土闸门预制、高程148.9～152.2 m的导流底孔(封堵底板及封堵墙)现浇钢筋混凝土封堵。

2)制作闸门必须搭设制作平台，用方木铺垫，上布平板调平。所有模板与混凝土的接触面必须刨光。保证模板表面的平整度，闸门的构件尺寸必须按照设计要求精确制作。闸门预埋件预埋位置应做到准确无误差，止水片压板直接套入螺栓浇筑。在闸门浇筑制作中不得出现因模板支撑加固不牢而移位的现象。闸门浇筑后应按施工规范要求养护至规定龄期后方可使用。为保证闸门的尺寸精度，在制作前应对闸门槽的结构尺寸进行校核[2]。

3)闸门吊装在预先浇筑好的钢筋混凝土启吊排架上进行，为保证吊装作业的安全性与准确性，应对排架的承载能力进行多方计算复核。本工程起吊设备拟采用4台3 t的手动葫芦起吊，其最大吊距为3m。

4)利用3t手动葫芦，把门叶提起，悬挂正确位置，下方摆置枋木垫块，提升约40 cm，滞留10 min，再放下，连续试吊3次，全面检查吊装系统安全可靠性。

5)最后一次派人清理门槽底部，清除障碍物。在确定一切正常后，下令下闸封堵。稍微提升门叶，抽出底部垫木，开始下闸。在下闸时，必须保持门叶平行匀速下落，保持前后左右的间隙基本一致。以确保橡胶止水能有效地与门槽的予埋槽钢接触。

6)下闸封堵后，洞内下游水位迅速降低，立即进行出口段临时围堰清基工作，应清到底部的基岩，围堰若有漏水处，应进行局部堵漏处理加固，可采用袋装混凝土，贴坡，黄黏土闭气。

7)先行排干孔内积水，再进行底部淤积物清理工作。清理工作结束后，底孔全断面进行冲洗凿毛处理。若闸门与闸门槽止水不严密出现渗水现象，可在闸门后约30cm处选用预制块进行砌筑，底孔内靠孔壁侧墙底脚处可埋设钢管将渗水引向底孔外，孔内混凝土封堵段采用分层分块法施工。本工程孔内封堵混凝土采用C15等级混凝土，在完成混凝土封堵施工以后，在其强度达到70%时，应对导流底孔内顶部进行回填灌浆。封堵混凝土达到规定龄期后即可将引排水钢管阀门关闭。

5结语

导流底孔封堵闸门由单扇重28T，优化为两扇重2.7T。在具体施工中操作简易、下闸顺利、封堵效果好，说明本优化方案合理。为以后类似工程施工提供有益的借鉴经验。

参考文献：

[1]张黎明.八峰水库大坝导流底孔封堵的施工技术[J].珠江水运，2015(13)：32-33.

[2]柳进军,王忠民.三峡二期工程导流底孔封堵试验的实施及质量控制[J].施工技术，2006(S2)：56-58.

中图分类号：TV551.13

文献标识码：B

[作者简介]蔡毅荣(1971-)，男，福建漳州人，工程师，从事水利水电工程施工工作。

[收稿日期]2015-10-28

文章编号：1007-7596(2016)01-0116-03