大壩在水利工程中是十分常見的一種構(gòu)造物,主要用于蓄水灌溉。加強(qiáng)其施工過程中的質(zhì)量控制,有利于其正常的運(yùn)行。本文結(jié)合多年的施工經(jīng)驗(yàn)就大壩施工及質(zhì)量控制進(jìn)行敘述!
1 地質(zhì)條件
庫區(qū)為一斜向盤地,地層有中泥盤紀(jì)郁江層砂巖,東崗嶺灰?guī)r,上泥盤紀(jì)榴江組灰?guī)r、頁巖等,地質(zhì)構(gòu)造上處在斜向中南部,褶皺與斷裂大部分為南北,與河流平行。因此庫區(qū)內(nèi)大部分雖處在可溶性碳酸鹽巖石中,水庫畜水后,四周沒有經(jīng)常滲漏地段,加以庫內(nèi)地下水埋藏不深,地面水流豐富,為一良好水庫!
2 設(shè)計(jì)說明
2.1 孔口設(shè)計(jì)
1)泄水方式的選擇
重力壩的泄水主要方式有開敞式溢流和孔口式溢流,前者除泄洪外還可以排除冰凌或其他漂浮物。設(shè)置閘門時(shí),閘門頂高程大致與正常高水位齊平,堰頂高程較低,可利用閘門的開啟高度調(diào)節(jié)水位和下泄流量,適用于大中型工程,、所以為使水庫有較大的泄洪能力,本設(shè)計(jì)采用開敞式溢流。
2)溢流壩段總長(zhǎng)度的確定
初步擬定閘墩厚度,中墩厚d=7m,邊墩厚t=5.5m,則溢流壩段的總長(zhǎng)度B0為:B0=nb+(n-1)d+2t=5×12+(5-1)×7+2×5.5=99m!
3)閘門高度的確定
門高=正常高水位-堰頂高程+(0.1~0.2)=182-176+(0.1~0.2)=6+(0.1~0.2)取6.5m!
4)定型設(shè)計(jì)水頭的確定
堰上最大水頭Hmax=校核洪水位-堰頂高程,即Hmax=184.73-176=8.73m。定型設(shè)計(jì)水頭Hs=(75%~95%)Hmax=6.5475~8.2935m,取7.5m!
5)泄流能力校核
運(yùn)用堰流公式Q=σmmξB(2g)0.5H01.5分情況校核溢流堰的泄流能力,計(jì)算成果知|(Q,-Q)/Q|<5%,說明孔口設(shè)計(jì)符合要求!
2.2 泄水孔設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)中發(fā)電孔設(shè)計(jì)成有壓孔,灌溉孔設(shè)計(jì)成無壓孔,利用發(fā)電尾水供水。有壓泄水孔的設(shè)計(jì)發(fā)電孔的進(jìn)口處設(shè)置攔污柵和事故閘門(兼做檢修閘門用),工作閘門布置在出口,孔的斷面為圓形,孔內(nèi)用鋼板襯砌。發(fā)電孔共設(shè)四條,為單元供水方式!
1)孔徑D的擬定
最大發(fā)電流量87.687m3/s,共有4臺(tái)機(jī)組,由公式D=(4Q/πVp)0.5來計(jì)算!
其中:Q為多個(gè)發(fā)電孔引取的流量,m/s;Vp為孔內(nèi)允許流速,m/s,對(duì)于發(fā)電孔Vp=3m/s~3.6m/s;則D=〔87.687/3.14×3〕~〔87.687/3.14×3.6〕=3.05m~2.785m,取D=3m!
2)進(jìn)水口體形設(shè)計(jì)
進(jìn)水口頂部采用橢圓曲線,方程為x2/a2+y2/b2=1,其中:
a為橢圓長(zhǎng)半軸,圓形進(jìn)口時(shí),a為圓孔直徑;矩形進(jìn)口時(shí),頂面曲線a為孔高h(yuǎn),側(cè)面曲線a為孔寬B;
b為橢圓短半軸,圓形進(jìn)口時(shí),b=0.3a;矩形進(jìn)口時(shí),頂面曲線b=(1/3~1/4)a,側(cè)面曲線b=a/5!
此處a=3,b=0.3a=1,則有x/9+y=1!
3)閘門與門槽
進(jìn)水口設(shè)置攔污柵和平面事故閘門,平面工作閘門。事故閘門緊貼上游壩面布置,門槽尺寸為0.8m×0.5m的矩形閘門槽!
4)漸變段
在進(jìn)水口閘門后設(shè)置漸變段,漸變段采用圓角過渡,其長(zhǎng)度為(1.5~2.0)D,此處取5m!
5)出水口
出水口前采用1:10壓坡段,出口斷面,面積為孔身斷面的85%~95%,由于孔身斷面面積為A=π(D/2)2=7.065m2,故出口斷面面積為6.005m2~6.711m2。出口斷面為方形,其尺寸為2.5m×2.5m,面積為Ac=6.25m!
6)泄流能力驗(yàn)算
泄水能力按管流公式Q=μAc(2gH)計(jì)算。式中
μ為流量系數(shù);
Ac為泄水孔出口斷面面積,m2;
H為庫水位與出口水面之間的高差。取流量系數(shù)μ=0.85,則Q=0.85×6.25×(2×9.8×39)0.5=146.878m3/s。
7)無壓泄水孔設(shè)計(jì)灌溉孔的工作閘門布置在進(jìn)水口,工作閘門后的孔口頂部升高形成無壓流。進(jìn)水口體形設(shè)計(jì)進(jìn)水口由進(jìn)口曲線段、檢修閘門槽和壓坡段組成,進(jìn)口曲線也用1/4橢圓曲線,其后接一段直線壓坡段,坡度為1:5,長(zhǎng)度為6m。
3 施工工藝
3.1 壩頂構(gòu)造
1)閘門的布置
工作閘門布置在溢流壩段處稍微偏向下游一些,以防閘門部分開啟時(shí)水舌脫離壩面而形成負(fù)壓。采用平面鋼閘門,門的尺寸為5m×12m,工作閘門的上游設(shè)有檢修閘門,二門之間的凈距為2m。
2)閘墩
閘墩的墩頭形狀為上游采用半圓形,下游采用流線型。其上游布置工作橋,頂部高程取非溢流壩壩頂高程即176m。中墩厚度為7m,邊墩厚度為5.5m,溢流壩的分縫設(shè)在閘孔中間,故沒有縫墩。工作閘門0.532槽深1m,寬1m,檢修閘門槽深0.5m,寬0.8m!
3)導(dǎo)水墻
邊墩向下游延伸成導(dǎo)水墻,其長(zhǎng)度延伸到挑流鼻坎的末端。邊墩的高度應(yīng)高出摻氣后水深0.5m~1.5m,平直段摻氣后水深估算公式為:hb=h(1+ξv/100)。式中:
h、hb為摻氣前、后的水深,m;
v為摻氣前計(jì)算斷面的平均流速,m/s;
ξ為修正系數(shù),一般為1.0~1.4m/s,v>20m/s時(shí),取較大值!
則導(dǎo)水墻高度為代入數(shù)據(jù)得hb=1.8×(1+1.4×22.887/100)=2.377m,2.377+0.6=2.977m,導(dǎo)水墻需分縫,間距為17m,其橫斷面為梯形,頂寬取0.7m!
3.2 壩體分縫與止水
1)橫縫垂直于壩軸線布置,縫距為19m,縫寬2cm,內(nèi)有止水!
2)止水
壩體設(shè)有兩道止水片和一道防滲瀝青井。止水片采用1.0mm厚的紫銅片,第一道止水片距上游壩面1.0m。兩道止水片間距為1m,中間設(shè)有直徑為20cm的瀝青井,止水片的下部深入基巖30cm,并與混凝土緊密嵌固,上部伸到壩頂!
3)縱縫
縱縫為臨時(shí)性縫,縫內(nèi)設(shè)有鍵槽,待混凝土充分冷卻后,水庫蓄水前進(jìn)行灌漿?v縫與壩面正交,縫距為20cm。
4)水平施工縫混凝土澆筑塊厚度為4m,縱縫兩側(cè)相鄰壩塊的水平縫錯(cuò)開布置,上下層混凝土澆筑間歇為5d,上層混凝土澆筑前對(duì)下層混凝土鑿毛,并沖洗干凈,鋪2cm厚的水泥砂漿!
3.3 廊道系統(tǒng)
1)基礎(chǔ)廊道
廊道底部距壩基面4m,廊道底部高程為147m,上游側(cè)(中心點(diǎn))距上游壩面4m;形狀為城門洞形,底寬2m,高3.5m,內(nèi)部上游側(cè)設(shè)排水溝,并在最低處設(shè)集水井。平行于壩軸線方向廊道向兩岸沿地形逐漸升高,坡度不大于40!
2)壩體廊道
自基礎(chǔ)廊道沿壩高每隔18m設(shè)置一層廊道,共設(shè)兩層。底部高程分別為161m,179m,形狀為城門洞形,其上游側(cè)(中心點(diǎn))距上游壩面4m,底寬2m,高3m,左右岸各有一個(gè)出口!
3.4 壩體防滲與排水
1)壩體防滲
在壩的上游面、溢流面及下游面的最高水位以下部分,采用一層厚2m且具有防滲性能的混凝土作為壩體的防滲設(shè)施!
2)壩體排水
距離壩的上游面5m沿壩軸線方向設(shè)一排豎向排水管幕。管內(nèi)徑為20cm,間距為2.5m,上端通至壩頂,下端通至廊道,垂直布置。排水管采用無砂混凝土管!
3.5 壩體混凝土的強(qiáng)度等級(jí)
壩體混凝土應(yīng)滿足強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、抗沖刷、低熱、抗裂、硬化時(shí)體積變小等性能的要求。為了合理使用材料,壩體混凝土可按不同部位、不同工作條件采用不同的強(qiáng)度等級(jí),上游面的厚度比下游面大,基礎(chǔ)混凝土(Ⅳ區(qū))厚度為0.1B(B為壩體底寬),并不小于3.9m,不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土之間要有良好的接觸帶。
3.6 地基處理
1)壩基的防滲處理
在基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)鉆設(shè)防滲帷幕和排水孔幕,其中心線距上游壩踵處分別為3m和5m。防滲帷幕采用膨脹水泥漿做灌漿材料,其位置布置在靠近上游壩面的壩基及兩岸。帷幕的深度取10m~30m,河床部位深,兩岸逐漸變淺,灌漿孔直徑取80mm,方向豎直,孔距取2m,設(shè)置一排!
2)壩基排水壩基的排水孔幕在防滲帷幕的下游,向下游傾斜,與灌漿帷幕的夾角為10°,孔距取3m,孔徑為130mm,孔深為10m~15m,沿壩軸線方向設(shè)置一排!
在施工前,一定要對(duì)工程進(jìn)行認(rèn)真的分析,根據(jù)工程的實(shí)際情況綜合考慮選擇最佳的施工方法。同時(shí)在施工時(shí),施工的管理人員一定要做好協(xié)調(diào)與安排,對(duì)施工工藝進(jìn)行嚴(yán)格的把控,施工人員做好質(zhì)量控制及關(guān)鍵工序的驗(yàn)收工作,確保工程的質(zhì)量。