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格宾网石笼在拦河水闸消能工抢险工程中的应用

作者:时泰丝网   发布:2014-11-12 20:54   阅读:2,554次  

摘 要:该文通过介绍格宾网石笼在潮州供水枢纽拦河水闸消能工抢险工程中的成功应用,有效地证明了格宾网石笼这种新消能护底材料具有塑性变形能力大、抵御破坏能力强、施工简便及消能防护效果好等优点,值得在水利工程中推广应用。
关键词:格宾网石笼;消能工;应用

潮州供水枢纽坝址位于韩江下游东、西溪口附近,它是以合理调配东、西、北溪水资源为主,结合航运、水环境保护的综合性水利枢纽工程。潮州供水枢纽工程由拦河闸、发电厂房、船闸、土坝等建筑物组成。拦河水闸为闸门控制的平底开敞式水闸,东、西溪各布置了孔泄水闸,水闸采用底流式消能,消力池长为25.5 m。

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东溪右岸及西溪左岸各布置1座发电厂房,装机容量分别为1.6万kW和2.4万kW,船闸布置在西溪右岸。
东、西溪拦河水闸的消能工原设计为混凝土消力池、浆砌石海漫、后接干砌石海漫及抛石棱体,在混凝土消力池后采用连体搅拌桩。海漫水平段为浆砌石,长为18 m,厚为800 mm,后接干砌石海漫长为36 m,坡比为1:10。厚为600 mm(见图1)。

图1 拦河闸坝原消能工剖面
图1 拦河闸坝原消能工剖面

该枢纽工程于2005年底正式蓄水发电,但由于供水枢纽下游河床下切使下游水面线下降,破坏了原消能设计的水力学条件,消能达不到原设计的效果,使水流出池时流态紊乱,流速明显增大,导致了海漫大面积损毁:2006年3月上旬,西溪海漫水平段在河床中部有3
个冲坑,面积合计约100 m。;3月27日,潮州供水枢纽通过了2006年的第1次洪水,被洪水破坏的部分主要发生在西溪消力池后的水平段海漫,这次冲刷破坏范围已远远大于3月上旬出现的冲坑,冲坑面积发展到约2200 m。 其中主河床段18 m长的浆砌石水平段基本被冲毁,平均冲深约3 m,最大冲深4.3 m;4月29日,潮州供水枢纽通过了2006年的第2次洪水,洪水过后发现两侧的海漫边缘也有损毁的痕迹。

1 拦河水闸消能工抢险

潮州供水枢纽西溪海漫出现了大面积的冲刷坑后,业主与设计单位为制定出消能工抢险方案进行了仔细的研究和对比。

1.1 拦河水闸消能工抢险方案

潮州供水枢纽的具体抢险方案如下(见图2):

①将原一级消力池下游浆砌石海漫、干砌石海漫和抛石棱体修改为钢筋混凝土二级消力池和钢筋混凝土海漫,将原有的一级消力池的尾坎加高1.0 m。钢筋混凝土二级消力池形式为1:4斜坡段与水平段连接,底板厚为1.1 m,消力池池底高程为一3.3 m,尾坎高为
1.0 m,并设置一排消力墩。

②增设格宾石笼护垫海漫和雷诺护垫海漫。格宾石笼护垫抗冲流速可达到6 m/s,护垫为1:30的缓坡,长40 m,厚50 cm,内装填120~250 mm粒径块石。由于电站、船闸下游导流墙建基面高程为一1.3 m,因此海漫后接30 cm厚、60 m长的雷诺护垫以防护下游河床免遭冲刷。

③在二级钢筋混凝土消力池和格宾护垫海漫末端采用连体混凝土搅拌桩,防止海漫损毁时基底被淘刷。

图2 拦河闸坝二级消力池及格宾护垫剖面
图2 拦河闸坝二级消力池及格宾护垫剖面

1.2 经济评价

为了制定出经济合理的抢险替代方案,设计拟定了4种方案,并进行了经济比较(见表1)。从表1的比较可知,浆砌石海漫及混凝土海漫成本较高而且为刚性结构,当遇到基底被掏空时,混凝土与浆砌石极易出现断裂、冲毁等不利情况。干砌石海漫虽然成本相对较低,但其结构稳定性极差,遇较高流速的水流时会将块石间的小石翻动甚至冲走,导致海漫被破坏。格宾护垫海漫这种柔性护底材料不仅具有消能防护效果好,而且工程成本较低。

表1  水闸消能工抢险方案评价
表1 水闸消能工抢险方案评价

注:以潮州2006年当地材料市场价作为参考
单位;高程/ha长度/mm

2 格宾网石笼施工

2.1 格宾网石笼简介

格宾是由机编双绞合六边形金属网面构成的箱形结构,格宾的钢丝是由厚镀锌低碳钢丝制造而成的。为了提高格宾结构的强度,所有的钢丝网面板边端都采用直径更大的钢丝,对格宾的钢丝可进行厚镀高尔凡处理来提高钢丝的耐久性。当用于土壤或水呈酸性的污染
环境中时,还可对钢丝采用覆塑等措施进行保护。格宾网是由间隔1 m的隔板分成若干单元格,格宾石笼即在格宾网里填充石头,形成了具有柔性、透水性及整体性的结构。格宾的规格及格宾网石笼如表2及图3、图4所示。

格宾网石笼的优点有:①有很强的抵御自然破坏、耐腐蚀和抗恶劣气候影响等能力;②柔性结构,具有很好的适应变形能力,可以承受大范围的变形;③具有良好的渗透性,可防止由流体静力造成的损害;④具有延展性,能够紧密地结合形成一体;⑤具有透水性;⑥成本较低;⑦施工简便,不需特殊技术。

表2 带隔板的格宾规格
表2 带隔板的格宾规格

施工完成的格宾网石笼
图4 施工完成的格宾网石笼

2.2 格宾石笼的施工工艺

格宾石笼的施工工艺简单,易于操作,主要开挖及反滤料铺设一组合并连接格宾单元一块石填充一加盖并有钢丝绞合。

2.2.1 开挖及反滤料铺设

为了防止水流对基础冲刷程度加大,格宾石笼施工对基础开挖的平整度要求较高,在基础开挖后铺上砂石垫层和土工布,形成一道反滤体。具体做法如下:①铺设10 cm厚的粗砂,其质地应坚硬,不应含有草根等有机杂质,以免草根等腐烂造成基础塌陷;②铺设无纺土工布,土工布起到排水、反滤、隔离、加固和补强等作用,土工布应垂直水流方向从下游往上游铺设,后铺的土工布应搭接、覆盖在下游土工布之上,并保证有20~30 cm的搭接长度,铺设时从一端向另一端进行,端部先铺填,中间后铺填,端部必须锚固,铺设松紧适度,保持连续性和完整性;③铺设10 cm厚的粗砂反滤层;

④铺设10 cm厚的级配碎石,碎石选用强度均匀、级配适当的未风化石料,其最大粒径均不大于垫层厚度的2/3,表面空隙以粒径为5~25 mm的细石子填补。

砂、碎石垫层应摊铺均匀,压实前须洒水使砂碎石表面保持湿润,并用小型压路机碾压或采用平板振动器振动,直至砂、碎石不再松动为止。

2.2.2 组合并连接格宾单元

先将片状式的格宾网运输到工地,在现场进行拼装、组合。格宾网石笼的施工首先铺设石笼底层的格宾网,两片格宾网之间采用14 铁丝按50 cm的间距,将两片格宾网边缘较粗的铅丝绑扎牢固。竖向长条隔宾网与底层格宾网应垂直水流方向,并与底层格宾网相连绑扎牢固,单片竖直隔网安装时需借助钢筋支架来支撑,以保持隔网的垂直度。长条形大格宾网内部的隔板网片安装是按照1 m左右的间距,分别与两侧竖直隔板网连接并牢固。在连接时保持石笼隔板为竖直状,以免对格宾网盖面的耐久性造成影响(见图5)。

图5 格宾石笼施工示意
图5 格宾石笼施工示意

2.2.3 块石填充

格宾石笼对填充块石的粒径有较高的要求,块石粒径一般为120~250 mm,块石过小会在水流冲刷时从网格中流失,若块石过大则会造成格宾护垫的充填量不密实而难于满足抗冲刷要求。

填充块石施工时采用履带式吊机吊运块石,块石吊运时与反滤垫层采用同步后退的施工方法。施工时先铺设一条反滤垫层,格宾网的填充工作便可以在反滤垫层上进行。块石基本充填饱满时,要人工捡拾进行平整,块石面以不高出格宾网箱侧挡板高度的20~30 mm
为宜,以免造成格宾网盖板施工困难。

2.2.4 加盖并用钢丝绞合

格宾石笼加盖是格宾网石笼海漫施工中最后一道工序。盖板格宾网为长短不限的成捆状,宽度为2~3m。在施工现场将格宾网展开直接试验编号A的配合比能满足抗压强度、弹模和渗透 系数的设计要求。

表2 防渗墙塑性混凝土性能试验结果编号
表2 防渗墙塑性混凝土性能试验结果编号

4 结语

塑性混凝土利用膨润土(或粘土)取代普通混凝土中的部分水泥,降低了混凝土的强度、弹性模量,同时渗透性亦能满足设计要求,是水工地基、土坝和堤防工程良好的防渗墙体材料。

采用固定水泥用量变化膨润土用量和固定膨润土用量变化水泥用量进行试验的方法,对塑性混凝土配合比设计是合适的。当水泥用量一定时,塑性混凝土的抗压强度随膨润土掺量增加而降低,两者呈线性关系;当膨润土用量一定时,塑性混凝土的抗压强度随水泥用量增加而提高,两者亦呈线性关系;弹性模量随水泥用量的增加而提高;渗透系数则随水泥用量的增加而变小。

塑性混凝土砂率大,当坍落度过大时,粗骨料容易分层,造成不均匀性。因此,混凝土坍落度宜控制在l8~20cm之间。

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