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土工模袋砼在丙村水电站左岸汛期防护中的应用

2010-02-26 17:02    【  【打印】【我要纠错】

  1、工程概况

  丙村水电站位于梅县丙村镇上游,主要建筑物有挡水坝、泄水闸、电站厂房及船闸等,左岸有梅坎铁路通过。工程分两期施工,一期枯水期低水围堰维护右岸厂房、7孔半泄水闸施工,并开挖左岸滩地船闸基础至58.0m,同时向左拓宽河床形成宽约40m的明渠,进行一期工程导流。

  导流明渠在施工过程中,由于各种原因,如征地不够,导致开挖边坡由1:1改为1:0.4,上游边坡坝上0-135处存在一冲沟,受河水冲刷影响,明渠边坡上游出现塌方,同时,开挖的边线距离梅坎铁路最小距离仅25m,严重威胁着梅坎铁路及附近村民的安全,因此,在汛期到来之前,做好左岸边坡的防护尤为重要。

  2、明渠边坡防护设计与施工

  2.1丁坝的设计与施工

  为改变水流流向,减小汛期洪水对边坡的直接冲刷,于坝上0-075~坝上0-150处设一丁坝,丁坝左侧接明渠开挖边坡,右侧接一期纵向低水围堰。

  丁坝采用大块石碾压填筑,块石块度大于40cm,底部宽度为14.6m,高度为4m,顶部宽度为5m,满足坝顶通车要求,丁坝断面见图2。

  由于施工临设全部集中在右岸,因此,在梅江水位较低(约▽60高程)时,利用一期低水纵向围堰储存的厂房开挖块石料,由一期纵向围堰(坝上0-75)斜向上填筑一条可供行走的石渣路与左岸明渠边坡(坝上0-150)相接,考虑到在施工期间,一期上横围堰还不能破除,必须在石渣底部埋设涵管(管径1.2m,一节1.0m),每排10m,共10排,石渣路施工期间面上可以过水,左岸护脚和护坡结束后,选用大块石对道路加高扩宽成丁坝设计断面。

  2.2模袋砼护坡设计与施工

  由于明渠开挖边坡由设计的1:1改为1:0.4,整个边坡头重脚轻,在水流的影响下,边坡脚必然形成掏刷,针对这一问题,对开挖边坡脚进行块石压脚处理,对边坡进行石渣覆盖,护脚和护坡的迎水面均采用模袋砼进行防冲。压脚块石设计边坡为1:1.2,底宽10.5m,填高4m;护坡石渣填筑于压脚块石上,设计边坡为1:1.2,底宽6.3m,顶宽1.5m,填筑至▽68高程,护坡底设一宽1m的检修马道。护坡及压脚处理见图1。

  

图1护坡断面图

  a)模袋砼结构设计

  模袋形式的选择

  护坡的砼模袋根据工程等级、施工条件、风浪和水流状况、资金和施工设备以及外观要求等确定选用无锡前达工业用布公司的WQC框格带排水点型的机织模袋,其技术指标见表1-1。

  厚度确定

  模袋砼护坡主要承受风浪荷载。抗波浪稳定要求的板厚可用式(1-1)计算。

  (1-1)

材质 重量
G/m2 
冲灌材料 成型厚度(平均值)
mm 
主要技术参数 
抗拉强度N/5cm 延升率
% 
等效孔径 垂直渗透系数
cm/s 
GBR顶破强度(N) 
丙锦纶×
丙锦纶 
>600 砂浆或砼 150~500 经>2200
纬>2000 
<30 0.084~0.25 1.0×10-2~5.0×10-3 >4000 

  式中:t为模袋砼厚度,m;η为系数,一般开缝板可取0.075;H为计算波高,m(取H1%);γc为砼容重,kN/m3;B为顺坡方向的砼板长度,m;L为计算波长,m;m为坡比;γw为水的容重,kN/m3

  计算结果:t=0.05m=5cm,考虑到坡面变形,水流冲刷及施工因素,从构造上要求,砼护坡的厚度不宜小于10cm,本工程模袋砼护坡厚度取t=15cm。

  抗滑稳定性校核

  按极限平衡法计算模袋砼沿坡面的抗滑稳定安全系数:

  (1-2)

  式中:-安全系数,土基按GB50286—98规定的土堤抗滑稳定安全系数(表1-2)取值;

  R、T-模袋沿坡面的抗滑力与滑动力(kN);

  α-坡角;

  f-模袋与坡土间的摩擦系数,可取0.5;

  L1、L-模袋砼下端水平长度、上端水平长度(m)。

  表1-2  护坡安全系数

工程等级 1 2 3 4 5 
防洪标准
[重现期(年)] 
〉100 〈100且≥50 〈50且≥30 〈30且≥20 〈20且≥10 
非常运用条件 1.2 1.15 1.1 1.05 1.05 

  计算时取模袋与坡面土之间的界面为滑动面进行,计算结果=1.38,满足要求。

  排渗核算

  机织模袋的每个排水点面积仅4c㎡,其排渗能力应满足下式1-3、1-4要求:

  qg≥Fsq(1-3)

  qg=naKgi(1-4)

  式中:qg为每延米宽度模袋排水点的单宽排水量,m3/s;Fs为安全系数,可取Fs≥1.2;q为每延米坡长的单宽出流量,m3/s;n为每延米有效排水的排水点个数;a为排水点的面积,㎡;Kg为排水点的渗透系数,m/s;i为排水点处的作用平均水力比降。

  计算结果:qg=2×10-7m3/s,Fsq=7.5×10-7m3/s,排水点的排水能力不足,应加设排水孔。排水孔的间距取4m,孔径取Ф50mm,孔底设土工织物滤层。

  顶部和底部结构

  在梅江水流和雨季汇水冲刷下,护坡侧面边界、底部边界形成掏空,会影响模袋护坡整体稳定性,直接影响护坡安全,因此,模袋顶部、侧边采取顺坡挖沟、模袋折角及回填砼处理,底部边界作大块石压脚处理,边界处理见图4。

  b)护坡施工

  块石压填施工

  护坡块石压填采用分层施工,每层厚1.5m,▽65.5高程以下采用自卸汽车直接卸渣到施工面,按照设计边坡,推土机推平,公路碾振动压实,▽65.5高程以上采用自卸汽车直接卸渣到施工面附近,挖掘机铺填,公路碾振动压实,块石压填完成后,选用细渣铺填在坡面上,对突出的块石予以清除,人工修坡至设计坡度。

 模袋砼施工

  施工准备:包括备足所需材料和设备、平整坡面、现场就位、放线定位、开挖顶脚基槽、测量水下施工水深和流速等。泵送施工主要设备是砼搅拌机和砼泵等,见表1-3。由于模袋尺寸须根据设计坡面进行确定,在石渣压填前根据设计边坡按岸线上游~下游方向划分单元,然后根据编制单元进行定制加工。

  铺设模袋:边坡修整完毕后,开挖顶部边界和侧面边界沟槽,并按岸线施工方向铺设模袋单元,有异型单元要对号入座,铺设模袋时,坡顶平段沟槽前设锚墩或可回收钢锚体,用手动葫芦收紧模袋。模袋应在各片连接的底面铺非织造土工织物。各片间连接底面的非织造土

  工织物采用缝接,土工织物在坡顶处可用8号铁丝制成的n形钉固定。顺水流方向铺土工织

  图2边界处理图

  物时,搭接带亦应固定。

  按预定位置顺坡准确展开模袋,扎紧下口,上下两端设桩固定。机织模袋上沿连接松紧器,挂在固定桩上,如图5所示。

  充灌砼:充灌搅拌机的内壁和模袋内事先用水适当润湿,再按要求的配比装料搅拌。拌和好的砼应测定坍落度,合格后才能灌入模袋内。

  模袋砼用砼泵充填。充填按自下而上和左、右、中的顺序进行。

  模袋在充填过程中模袋的收缩可由松紧器控制,模袋在灌上部2m模袋时松开上端的固定桩,让模袋沿坡面充分收缩,然后再灌至坡顶。排水管,在充灌完成1h后将排水管按设计要求插入。

  模袋砼充灌过程中应注意和解决如下几个问题:

  防止堵塞事故,应随时检查砼级配和坍落度;防止过粗骨料进入和堵塞管道;防止泵入空气,造成堵管或气爆;充灌应连续,停机时间一般不得超过20min。

  

  图3机织模袋铺设示意图

  (a)平面图;(b)断面图

  泵与充灌操作人员之间应随时联系,紧密配合,充灌到位后及时停机,以防充灌过程产生鼓包或鼓破。出现鼓胀时,应及时停机,查找原因并处理。

  随时检查坡顶钢桩是否牢固,以防充灌过程中模袋下滑。

  灌完一片后,移动设备,按上述步骤进行下一片的充灌施工。应特别注意两片间的联接、靠紧。

  施工过程中做好记录和取样、成形,然后进行强度测定。

  砼施工中,根据模袋的部位设三组配合比和渐变坍落度,底部水下平段采用自流平水下不扩散水下砼,斜坡段采用常规泵送砼,坡顶平段采用加大坍落度砼。砼设计参数见表1-4。

  砼浇筑过程中,需人工沿砼流线脚跺模袋体,防止砼堵塞模袋体,从而使模袋鼓起破坏,砼转段时(平段转斜段或斜段转平段),应适时调整配合比,通过改动砼坍落度增加砼内摩擦

  力或流动性,砼灌填坡顶平段时,须专人跟进,砼灌满一角时,及时割除模袋锚链,使模袋砼拐进沟槽中,灌满单元模袋后,在转泵管前将该单元回填砼浇筑完,从而确保砼施工质量。

1-3                主要施工机械

设备名称 数量 单位 规格 用途 
砼输送泵 1 台 37Kw HB30A型 自动搅拌输送 
砼搅拌机 2 台 515kW JZC350 砼搅拌 
葫芦导链 10 个 100kg 模袋定位 
钢管 20 根 Ф60,6m 模袋定位 
槽钢 10 根 1.5m 模袋定位 
砼输送管 25 根 3m,2m,1m 输送砼 
高强度输送胶管 2 根 3m 输送砼 

  表1-4                  模袋砼设计参数表


设计标号 
水灰比
% 
坍落度
cm 
配合比(重量比)
(水泥:粉煤灰;碎石;粗砂) 
级配/骨料粒径(mm) 
浇筑部位 
C20 0.6 自流平 1:0.5:2.5:2.5 一级配/<15 水下平段 
C15 0.65 21~23 1:0.7:3:3 一级配/<15 斜坡段 
C20 0.62 25 1:0.6:2.8:2.8 一级配/<15 坡顶平段 

  砼浇筑过程中,需人工沿砼流线脚跺模袋体,防止砼堵塞模袋体,从而使模袋鼓起破坏,砼转段时(平段转斜段或斜段转平段),应适时调整配合比,通过改动砼坍落度增加砼内摩擦

  力或流动性,砼灌填坡顶平段时,须专人跟进,砼灌满一角时,及时割除模袋锚链,使模袋砼拐进沟槽中,灌满单元模袋后,在转泵管前将该单元回填砼浇筑完,从而确保砼施工质量。

  养护:全部护坡施工完成后,进行坡顶、坡脚和上下游两侧接头的回填处理,同时进行护面砼的养护。一般养护期为7天,要求在此期间护坡表面处于润湿状态。

  3、几点总结

  模袋砼水下平段根据施工实际需要采用自流平水下不扩散砼,其强度远超过C15;

  泵机的管道与模袋的联接宜采用胶管,模袋灌口的直径与胶管外径匹配,为了便于灌注时胶管与模袋的联接,有时为避免模袋的灌口经受不住填充料的摩擦而破损,需在胶管与模袋联接处做好附件,以保证连续灌注。

  模袋砼水下冲填时,应采用流动性较好的砼,可使砼较易充灌到位,同时注意水下模袋布的锚固牢靠,在水深较大或水下流速较快时,可借助潜水员水下定位和辅助砼充灌。

  模袋施工采用砼一次灌注成形,具有整体性好,施工简便,速度快,防护面不需要常年维修,成形后的坡面美观大方。

  模袋施工时无须围堰,可水上水下直接施工,机械化程度较高,施工的坡面面积大,稳定性好。但同时,应注意砼充入模袋时水分较多,经过2~3h后,水分排出,易造成砼厚度不足,致使护坡面厚度不均匀,同时纵横方向均会发生收缩,使坡顶的模袋砼埋入沟槽的深度减少。因此,充灌过程中应充分保证砼的充灌饱满而又不至于使模袋鼓爆。

  由于采用模袋砼护坡,左岸导流明渠抢在汛前完成护坡加固,保证了电站施工安全渡汛和梅坎铁路的安全运行,比原施工单位提出的方案节省了大约100万元;鉴于此,右岸雷公坑300多m渠道两侧边坡也采用模袋砼,抢在汛前完成了护衬加固。

  模袋砼在丙村水电站的成功应用,也是在梅州地区的首次应用,引起了当地水利、公路、煤矿、铁路等部门的重视,对模袋砼技术的推广普及,无疑起了推动作用,必将越来越发挥出它巨大的社会和经济效益。

延伸阅读:水电站 砼浇筑 防护
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