1、工程概況
丙村水電站位于梅縣丙村鎮(zhèn)上游,主要建筑物有擋水壩、泄水閘、電站廠房及船閘等,左岸有梅坎鐵路通過。工程分兩期施工,一期枯水期低水圍堰維護右岸廠房、7孔半泄水閘施工,并開挖左岸灘地船閘基礎至58.0m,同時向左拓寬河床形成寬約40m的明渠,進行一期工程導流。
導流明渠在施工過程中,由于各種原因,如征地不夠,導致開挖邊坡由1:1改為1:0.4,上游邊坡壩上0-135處存在一沖溝,受河水沖刷影響,明渠邊坡上游出現(xiàn)塌方,同時,開挖的邊線距離梅坎鐵路最小距離僅25m,嚴重威脅著梅坎鐵路及附近村民的安全,因此,在汛期到來之前,做好左岸邊坡的防護尤為重要。
2、明渠邊坡防護設計與施工
2.1丁壩的設計與施工
為改變水流流向,減小汛期洪水對邊坡的直接沖刷,于壩上0-075~壩上0-150處設一丁壩,丁壩左側(cè)接明渠開挖邊坡,右側(cè)接一期縱向低水圍堰。
丁壩采用大塊石碾壓填筑,塊石塊度大于40cm,底部寬度為14.6m,高度為4m,頂部寬度為5m,滿足壩頂通車要求,丁壩斷面見圖2。
由于施工臨設全部集中在右岸,因此,在梅江水位較低(約▽60高程)時,利用一期低水縱向圍堰儲存的廠房開挖塊石料,由一期縱向圍堰(壩上0-75)斜向上填筑一條可供行走的石渣路與左岸明渠邊坡(壩上0-150)相接,考慮到在施工期間,一期上橫圍堰還不能破除,必須在石渣底部埋設涵管(管徑1.2m,一節(jié)1.0m),每排10m,共10排,石渣路施工期間面上可以過水,左岸護腳和護坡結(jié)束后,選用大塊石對道路加高擴寬成丁壩設計斷面。
2.2模袋砼護坡設計與施工
由于明渠開挖邊坡由設計的1:1改為1:0.4,整個邊坡頭重腳輕,在水流的影響下,邊坡腳必然形成掏刷,針對這一問題,對開挖邊坡腳進行塊石壓腳處理,對邊坡進行石渣覆蓋,護腳和護坡的迎水面均采用模袋砼進行防沖。壓腳塊石設計邊坡為1:1.2,底寬10.5m,填高4m;護坡石渣填筑于壓腳塊石上,設計邊坡為1:1.2,底寬6.3m,頂寬1.5m,填筑至▽68高程,護坡底設一寬1m的檢修馬道。護坡及壓腳處理見圖1。
圖1護坡斷面圖
a)模袋砼結(jié)構(gòu)設計
模袋形式的選擇
護坡的砼模袋根據(jù)工程等級、施工條件、風浪和水流狀況、資金和施工設備以及外觀要求等確定選用無錫前達工業(yè)用布公司的WQC框格帶排水點型的機織模袋,其技術指標見表1-1。
厚度確定
模袋砼護坡主要承受風浪荷載?共ɡ朔(wěn)定要求的板厚可用式(1-1)計算。
。1-1)
材質(zhì)
重量
G/m2 沖灌材料
成型厚度(平均值)
mm 主要技術參數(shù)
抗拉強度N/5cm
延升率
% 等效孔徑
垂直滲透系數(shù)
cm/s GBR頂破強度(N)
丙錦綸×
丙錦綸 >600
砂漿或砼
150~500
經(jīng)>2200
緯>2000 <30
0.084~0.25
1.0×10-2~5.0×10-3
>4000
式中:t為模袋砼厚度,m;η為系數(shù),一般開縫板可取0.075;H為計算波高,m(取H1%);γc為砼容重,kN/m3;B為順坡方向的砼板長度,m;L為計算波長,m;m為坡比;γw為水的容重,kN/m3。
計算結(jié)果:t=0.05m=5cm,考慮到坡面變形,水流沖刷及施工因素,從構(gòu)造上要求,砼護坡的厚度不宜小于10cm,本工程模袋砼護坡厚度取t=15cm。
抗滑穩(wěn)定性校核
按極限平衡法計算模袋砼沿坡面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù):
。1-2)
式中:-安全系數(shù),土基按GB50286—98規(guī)定的土堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)(表1-2)取值;
R、T-模袋沿坡面的抗滑力與滑動力(kN);
α-坡角;
f-模袋與坡土間的摩擦系數(shù),可取0.5;
L1、L-模袋砼下端水平長度、上端水平長度(m)。
表1-2 護坡安全系數(shù)
工程等級 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
防洪標準 [重現(xiàn)期(年)] |
〉100 | 〈100且≥50 | 〈50且≥30 | 〈30且≥20 | 〈20且≥10 | ||
非常運用條件 | 1.2 | 1.15 | 1.1 | 1.05 | 1.05 |
計算時取模袋與坡面土之間的界面為滑動面進行,計算結(jié)果=1.38,滿足要求。
排滲核算
機織模袋的每個排水點面積僅4c㎡,其排滲能力應滿足下式1-3、1-4要求:
qg≥Fsq(1-3)
qg=naKgi(1-4)
式中:qg為每延米寬度模袋排水點的單寬排水量,m3/s;Fs為安全系數(shù),可取Fs≥1.2;q為每延米坡長的單寬出流量,m3/s;n為每延米有效排水的排水點個數(shù);a為排水點的面積,㎡;Kg為排水點的滲透系數(shù),m/s;i為排水點處的作用平均水力比降。
計算結(jié)果:qg=2×10-7m3/s,F(xiàn)sq=7.5×10-7m3/s,排水點的排水能力不足,應加設排水孔。排水孔的間距取4m,孔徑取Ф50mm,孔底設土工織物濾層。
頂部和底部結(jié)構(gòu)
在梅江水流和雨季匯水沖刷下,護坡側(cè)面邊界、底部邊界形成掏空,會影響模袋護坡整體穩(wěn)定性,直接影響護坡安全,因此,模袋頂部、側(cè)邊采取順坡挖溝、模袋折角及回填砼處理,底部邊界作大塊石壓腳處理,邊界處理見圖4。
b)護坡施工
塊石壓填施工
護坡塊石壓填采用分層施工,每層厚1.5m,▽65.5高程以下采用自卸汽車直接卸渣到施工面,按照設計邊坡,推土機推平,公路碾振動壓實,▽65.5高程以上采用自卸汽車直接卸渣到施工面附近,挖掘機鋪填,公路碾振動壓實,塊石壓填完成后,選用細渣鋪填在坡面上,對突出的塊石予以清除,人工修坡至設計坡度。
模袋砼施工
施工準備:包括備足所需材料和設備、平整坡面、現(xiàn)場就位、放線定位、開挖頂腳基槽、測量水下施工水深和流速等。泵送施工主要設備是砼攪拌機和砼泵等,見表1-3。由于模袋尺寸須根據(jù)設計坡面進行確定,在石渣壓填前根據(jù)設計邊坡按岸線上游~下游方向劃分單元,然后根據(jù)編制單元進行定制加工。
鋪設模袋:邊坡修整完畢后,開挖頂部邊界和側(cè)面邊界溝槽,并按岸線施工方向鋪設模袋單元,有異型單元要對號入座,鋪設模袋時,坡頂平段溝槽前設錨墩或可回收鋼錨體,用手動葫蘆收緊模袋。模袋應在各片連接的底面鋪非織造土工織物。各片間連接底面的非織造土
工織物采用縫接,土工織物在坡頂處可用8號鐵絲制成的n形釘固定。順水流方向鋪土工織
圖2邊界處理圖
物時,搭接帶亦應固定。
按預定位置順坡準確展開模袋,扎緊下口,上下兩端設樁固定。機織模袋上沿連接松緊器,掛在固定樁上,如圖5所示。
充灌砼:充灌攪拌機的內(nèi)壁和模袋內(nèi)事先用水適當潤濕,再按要求的配比裝料攪拌。拌和好的砼應測定坍落度,合格后才能灌入模袋內(nèi)。
模袋砼用砼泵充填。充填按自下而上和左、右、中的順序進行。
模袋在充填過程中模袋的收縮可由松緊器控制,模袋在灌上部2m模袋時松開上端的固定樁,讓模袋沿坡面充分收縮,然后再灌至坡頂。排水管,在充灌完成1h后將排水管按設計要求插入。
模袋砼充灌過程中應注意和解決如下幾個問題:
防止堵塞事故,應隨時檢查砼級配和坍落度;防止過粗骨料進入和堵塞管道;防止泵入空氣,造成堵管或氣爆;充灌應連續(xù),停機時間一般不得超過20min。
圖3機織模袋鋪設示意圖
。╝)平面圖;(b)斷面圖
泵與充灌操作人員之間應隨時聯(lián)系,緊密配合,充灌到位后及時停機,以防充灌過程產(chǎn)生鼓包或鼓破。出現(xiàn)鼓脹時,應及時停機,查找原因并處理。
隨時檢查坡頂鋼樁是否牢固,以防充灌過程中模袋下滑。
灌完一片后,移動設備,按上述步驟進行下一片的充灌施工。應特別注意兩片間的聯(lián)接、靠緊。
施工過程中做好記錄和取樣、成形,然后進行強度測定。
砼施工中,根據(jù)模袋的部位設三組配合比和漸變坍落度,底部水下平段采用自流平水下不擴散水下砼,斜坡段采用常規(guī)泵送砼,坡頂平段采用加大坍落度砼。砼設計參數(shù)見表1-4。
砼澆筑過程中,需人工沿砼流線腳跺模袋體,防止砼堵塞模袋體,從而使模袋鼓起破壞,砼轉(zhuǎn)段時(平段轉(zhuǎn)斜段或斜段轉(zhuǎn)平段),應適時調(diào)整配合比,通過改動砼坍落度增加砼內(nèi)摩擦
力或流動性,砼灌填坡頂平段時,須專人跟進,砼灌滿一角時,及時割除模袋錨鏈,使模袋砼拐進溝槽中,灌滿單元模袋后,在轉(zhuǎn)泵管前將該單元回填砼澆筑完,從而確保砼施工質(zhì)量。
表1-3 主要施工機械
設備名稱
數(shù)量
單位
規(guī)格
用途
砼輸送泵
1
臺
37Kw HB30A型
自動攪拌輸送
砼攪拌機
2
臺
515kW JZC350
砼攪拌
葫蘆導鏈
10
個
100kg
模袋定位
鋼管
20
根
Ф60,6m
模袋定位
槽鋼
10
根
1.5m
模袋定位
砼輸送管
25
根
3m,2m,1m
輸送砼
高強度輸送膠管
2
根
3m
輸送砼
表1-4 模袋砼設計參數(shù)表
砼 設計標號 |
水灰比 % |
坍落度 cm |
配合比(重量比) (水泥:粉煤灰;碎石;粗砂) |
級配/骨料粒徑(mm) | 砼 澆筑部位 |
C20 | 0.6 | 自流平 | 1:0.5:2.5:2.5 | 一級配/<15 | 水下平段 |
C15 | 0.65 | 21~23 | 1:0.7:3:3 | 一級配/<15 | 斜坡段 |
C20 | 0.62 | 25 | 1:0.6:2.8:2.8 | 一級配/<15 | 坡頂平段 |
砼澆筑過程中,需人工沿砼流線腳跺模袋體,防止砼堵塞模袋體,從而使模袋鼓起破壞,砼轉(zhuǎn)段時(平段轉(zhuǎn)斜段或斜段轉(zhuǎn)平段),應適時調(diào)整配合比,通過改動砼坍落度增加砼內(nèi)摩擦
力或流動性,砼灌填坡頂平段時,須專人跟進,砼灌滿一角時,及時割除模袋錨鏈,使模袋砼拐進溝槽中,灌滿單元模袋后,在轉(zhuǎn)泵管前將該單元回填砼澆筑完,從而確保砼施工質(zhì)量。
養(yǎng)護:全部護坡施工完成后,進行坡頂、坡腳和上下游兩側(cè)接頭的回填處理,同時進行護面砼的養(yǎng)護。一般養(yǎng)護期為7天,要求在此期間護坡表面處于潤濕狀態(tài)。
3、幾點總結(jié)
模袋砼水下平段根據(jù)施工實際需要采用自流平水下不擴散砼,其強度遠超過C15;
泵機的管道與模袋的聯(lián)接宜采用膠管,模袋灌口的直徑與膠管外徑匹配,為了便于灌注時膠管與模袋的聯(lián)接,有時為避免模袋的灌口經(jīng)受不住填充料的摩擦而破損,需在膠管與模袋聯(lián)接處做好附件,以保證連續(xù)灌注。
模袋砼水下沖填時,應采用流動性較好的砼,可使砼較易充灌到位,同時注意水下模袋布的錨固牢靠,在水深較大或水下流速較快時,可借助潛水員水下定位和輔助砼充灌。
模袋施工采用砼一次灌注成形,具有整體性好,施工簡便,速度快,防護面不需要常年維修,成形后的坡面美觀大方。
模袋施工時無須圍堰,可水上水下直接施工,機械化程度較高,施工的坡面面積大,穩(wěn)定性好。但同時,應注意砼充入模袋時水分較多,經(jīng)過2~3h后,水分排出,易造成砼厚度不足,致使護坡面厚度不均勻,同時縱橫方向均會發(fā)生收縮,使坡頂?shù)哪4怕袢霚喜鄣纳疃葴p少。因此,充灌過程中應充分保證砼的充灌飽滿而又不至于使模袋鼓爆。
由于采用模袋砼護坡,左岸導流明渠搶在汛前完成護坡加固,保證了電站施工安全渡汛和梅坎鐵路的安全運行,比原施工單位提出的方案節(jié)省了大約100萬元;鑒于此,右岸雷公坑300多m渠道兩側(cè)邊坡也采用模袋砼,搶在汛前完成了護襯加固。
模袋砼在丙村水電站的成功應用,也是在梅州地區(qū)的首次應用,引起了當?shù)厮⒐、煤礦、鐵路等部門的重視,對模袋砼技術的推廣普及,無疑起了推動作用,必將越來越發(fā)揮出它巨大的社會和經(jīng)濟效益。