新疆SETH水库导流底孔封堵设计与施工

许玉梅,黄荣佳,蒋小健

(1.阿勒泰地区萨尔托海水库管理处,新疆 阿勒泰 836500;2.四川二滩国际工程咨询有限责任公司,四川 成都 611100)

1 工程概况

新疆SETH水库是一座具有防洪、发电及灌溉功能的大型水利 (枢纽) 工程,其主体建筑物由碾压混凝土重力坝、坝顶溢流表孔、坝身泄水底孔、坝身引水取水建筑物以及引水系统、坝后厂房、右岸过鱼设施等组成[1]。水库主体工程于2017年4月动工兴建,2017年10月完成截流,2021年10月通过下闸蓄水验收,2023年1月并网发电,2023年6月水库水位达到正常蓄水位。

2 封堵体设计标准

2.1 下闸标准

导流底孔下闸标准:在9月,在20%的月均流量(Q=32.80 m3/s)下,下闸水位为972.80 m,闸前水深为1.80 m。

2.2 封堵施工导流标准

封堵时段为2021年9月16日—10月31日,处于枯水期,导流标准为20年一遇洪水,洪峰流量为105 m3/s。导流底孔进口采用平板闸门临时挡水,闸门最高挡水水头为53.5 m。导流明渠出口采用土石围堰挡水,围堰迎水侧水位969.50 m,堰顶高程选定为970.50 m,堰高0.90 m[2]。

2.3 封堵体设计标准

该工程导流底孔布置在左岸 8#非溢流挡水坝段中底部,其进水口底高程为971.00 m,出水口底高程为970.76 m,纵坡 5‰,断面为矩形,尺寸为8 m×5 m×40 m(宽×高×长)。本工程导流底孔作为施工期导流专用,无永久用途,属于临时性泄水建筑物,级别为 4 级,在完成导流任务后进行封堵。导流底孔堵头为永久性水工挡水建筑物,建筑物级别和洪水标准与大坝相同[3],其建筑物级别为 2 级。挡水设计水位为1 027.0 m,校核洪水位为1 029.94 m。

2.4 坝下临时生态放水管封堵设计

导流底孔下闸后,按导流程序,应该由孔口底高程为976.00 m的永久底孔泄水。导流底孔下闸水位为972.80 m,永久底孔孔口高程为976.00 m,高差为3.2 m,相应库容约0.1×107m3,因蓄水而导致的断流时间约为 8.5 h。

为避免出现导流底孔下闸后大坝下游河道断流现象,满足河道基本生态要求,在导流底孔下闸后,采用坝下 DN1 200临时生态放水管进行泄流。当导流底孔下闸,水库蓄至水位977.75 m,永久底孔泄流能力达到 9.99 m3/s 后,即关闭坝下临时埋管阀门并进行封堵作业。坝下临时生态放水管为(坝内部分)全长封堵,长度为 40 m。埋管封堵控制闸阀室布置在坝内,大坝灌浆廊道上方,闸阀控制采用人工操作方式。坝下埋管,封堵工作面位于坝后明渠内,露天施工,坝下临时生态放水管封堵回填灌浆等要求同导流底孔封堵。

2.5 封堵体长度计算

2.5.1 封堵体运用条件

混凝土堵头的最小长度取决于挡水水头,封堵体属于永久坝体的一部分,按水库最高水位(1 000 年一遇校核洪水位)1 029.94 m,即最大水头58.94 m进行封堵设计。

2.5.2 封堵体长度

混凝土堵头长度取决于其挡水水头,其长度必须满足在设计水头的总推力作用下能保持稳定。封堵体最小长度L可根据极限平衡条件求出[4-8],其计算式为

L=P/(Arf/k1+SλC/k2)

(1)

式(1)中:L为封堵混凝土堵头的最小长度,m;P为作用水头推力,t;k1为摩擦力的安全系数,一般为1.05～1.15,取 1.10;k2为凝聚力的安全系数,一般为4.0～6.0,取5.0;A为底孔的断面积,A=40 m2;r为混凝土的容重,在此取2.4 t/m3;f为混凝土与混凝土的摩擦因数,f=1.1;S为底孔的断面周长,S=13 m;λ为抗剪断面积有效系数,一般为 0.70～0.75,取 0.70;C为混凝土与岩石(混凝土与混凝土)接触面的抗剪断凝聚力,C=1.3 MPa。

根据式(1)计算出保持稳定所需的封堵混凝土堵头的最小长度为 8.0 m。考虑到坝体后期稳定和工程运行安全,导流底孔采用全长封堵的方式补全坝体断面,封堵长度为40 m。

2.6 封堵体设计

封堵混凝土采用掺量4%～6%氧化镁的常态二级配微膨胀混凝土分层浇筑回填,混凝土标号 C2820W6F100,浇筑段长 40 m,分4段进行浇筑。为使堵头混凝土与导流底孔顶拱及边墙混凝土之间的接缝有良好黏结性,对底孔周边原结构混凝土保护层进行凿毛处理,同时在导流底孔底板布设间排距2 m×2 m,长度为2 m,直径为28 mm的锚杆,锚杆外露长度为1 m。

堵头混凝土浇筑在导流底孔下闸后进行。为防止产生温度裂缝,根据封堵混凝土浇筑时导流底孔周边混凝土温度,新老混凝土温差应不超过20 ℃。封堵混凝土施工时埋设直径为30 mm的钢管平行坝轴线布设作冷却水管。仓面冷却水管与上游坝面和下游坝面的距离为2.0～2.5 m,与横缝及孔洞周边的距离为1.5～2.0 m,单根水管长度不大于200 m。埋设完成后进行通水检查,保证管路过流通畅。初期采用河水通水冷却,流量控制在 18～20 L/min,混凝土温度和水温之差应不超过22 ℃,冷却期控制混凝土日降温幅度为0.6～1.0 ℃,每半天改变一次水流方向,均匀冷却混凝土块体。当冷却出水温度为24～26 ℃且通水时间超过10 d时,应进行3～5 d的闷温检查,当闷温低于25.5 ℃时,结束通水。

导流底孔堵头采用分层浇筑,分层厚度为2.5 m。为保证封堵体与坝体混凝土的紧密结合,在整个导流洞洞顶范围内进行回填灌浆。封堵混凝土浇筑前,在顶部预埋直径为72 mm的 PVC 回填灌浆管,在封堵混凝土达到设计强度的70%时,进行回填灌浆施工,灌浆压力为0.3～0.4 MPa。为防止串浆,在封堵段混凝土与周边混凝土之间各布设止水(浆)片 1 道。在封堵混凝土温度降至或接近稳定温度后进行接缝(触)灌浆,在封堵体承受荷载前完成。堵头混凝土浇筑时,在导流洞洞顶及两侧面、封堵混凝土施工分缝处预埋布设 DN30接触(缝)灌浆管路,待封堵温度降低或接近稳定温度后进行接触(缝)灌浆,灌浆压力取 0.3～0.5 MPa。为防止漏浆,在堵头中间及前后两端的封堵混凝土与周边混凝土之间各布设止水(浆)片 1 道。为检测堵头工作情况,在堵头内埋设渗压计、温度计、测缝计、水工电缆、电缆保护管等安全监测仪器。

3 封堵体施工

封堵体施工是在大坝下闸蓄水后进行的一项重要工作,施工进度及质量的统一显得尤其重要,尤其是临近坝前部位的施工,如临时生态放水管和导流底孔第一封堵段施工。

3.1 生态放水管封堵

图1 生态放水管封堵示意图

3.2 导流底孔封堵施工

生态放水管封堵完成后对导流底孔按分仓顺序进行浇筑封堵,分2层浇筑,每层层高均为2.5 m,分仓桩号分别是坝上(0-003.95) m,坝下(0+010.55) m,坝下(0+025.05) m,坝下(0+039.55) m,坝下(0+054.018) m。封堵仓号浇筑顺序如图2所示。

图2 导流底孔封堵仓号浇筑顺序示意图

在闸后布置高0.5 m 的截渗墙与DN200排水钢管,将渗水引排至第一段封堵混凝土下游,并在出口处设置配套阀门。为使结合良好,对原有混凝土表面进行全断面凿毛处理。安装模板时预留好冷却水管通道、回填灌浆进浆管通道、回填灌浆排气管通道、接缝灌浆进浆管通道、接缝灌浆回浆管预留孔通道、封堵闸门渗水排水管预留孔通道,在分缝处设置紫铜片止水。

封堵混凝土由罐车运至导流底孔出口,由混凝土输送泵通过泵管输送至封堵仓号内,在仓内搭设泵管支架,间排距1.5 m,共上下两层。在仓内采用沿洞长方向由远端向近端,再由近端向远端循环,左右以软管进行摆动的方式进行浇筑,采用2.2 kW,70型插入式振捣器进行振捣,混凝土浇筑后即开始通河水进行冷却。在浇筑第二层时,控制仓面混凝土,浇筑到离顶部40 cm位置时使用低坍落度混凝土,从上游左右两侧向下游方向浇筑,尽量减小封堵体顶部空腔,或者使用快硬混凝土填筑顶部,浇筑完成后封堵模板,等待凝结。混凝土入仓后,当封堵混凝土强度达到设计强度70%时,拆除模板。当封堵体达到设计龄期后,进行顶部回填灌浆施工,回填灌浆施工完成后进行接缝灌浆施工。每一段封堵体的灌浆施工均按此类程序进行,灌浆参数按照设计技术要求。当封堵体施工全部完成后,将混凝土表面铁质构件割除至表面以下30 mm,用环氧砂浆充填密实,表面平整。

由于导流洞封堵体作为永久水工建筑物,在导流洞封堵体施工期间应严格控制浇筑混凝土温度,避免后期运行期间产生漏水情况[5]。

4 结 语

1) 新疆SETH工程严格按照设计方案,做好施工组织工作,加强施工管理,落实了工序质量管理制度,确保了工程实体质量满足设计要求。

2) 封堵期间须重视下游河道生活和生态用水。

3) 该工程导流底孔封堵工程,施工难度大,施工工期紧张,从下闸蓄水至灌浆施工完成耗时68 d。蓄水运行2年时间,未发现封堵段有渗水现象,封堵效果良好,可供其他类似导流洞封堵借鉴与参考。