趙平遠(yuǎn)(陜西省寶雞峽工程局陜西寶雞712001)
溢洪道修復(fù)加固技術(shù)在王家崖水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用
趙平遠(yuǎn)
(陜西省寶雞峽工程局陜西寶雞712001)
本文結(jié)合寶雞峽王家崖水庫實(shí)際,分析了溢洪道運(yùn)行過程中存在的問題、水毀原因、修復(fù)加固技術(shù)應(yīng)用以及實(shí)際效果,可供同類工程借鑒。
王家崖水庫;溢洪道修復(fù)加固;技術(shù)應(yīng)用
王家崖水庫是寶雞峽灌區(qū)最大的蓄調(diào)水工程,在渭河流域防汛排洪減災(zāi)中承擔(dān)重要錯(cuò)峰消峰作用。水庫位于寶雞市陳倉區(qū)千河鎮(zhèn)王家崖村北的千河之上,樞紐由土壩、溢洪道、放水洞、引水洞、壩后抽水站、進(jìn)水道及過壩干渠等建筑物組成。溢洪道位于壩體右岸,由引水渠、閘室段、陡坡、消能段、尾水渠部分組成。溢洪道斷面為梯形開敞式,全長1535m,溢流堰為寬頂堰,堰頂高程596m,堰頂寬70m,堰上設(shè)有6孔10.3m×8.3m開臥式平板鋼閘門,配置卷揚(yáng)式啟閉機(jī)6臺,最大泄水量2370m3/s,溢洪道在水庫抗洪保安中具有重要調(diào)節(jié)保障作用。
2.1溢洪道閘前淤積影響輸水和行洪
根據(jù)現(xiàn)場查勘,溢洪道閘前淤積十分嚴(yán)重,淤積厚度達(dá)3m多,嚴(yán)重影響水庫輸水和溢洪道正常泄洪,給王家崖水庫樞紐運(yùn)行帶來安全隱患。
2.2溢洪道引渠多處塌陷
原溢洪道引渠采用漿砌石砌護(hù),經(jīng)過多年運(yùn)行已大面積脫落、塌陷嚴(yán)重,嚴(yán)重塌陷兩處,其中最大一處塌陷面積達(dá)60m2,最大深度1.5m,嚴(yán)重影響工程安全。
2.3溢洪道設(shè)施破損嚴(yán)重
溢洪道堰面裂縫嚴(yán)重,局部混凝土破損、剝落,溢洪道導(dǎo)流墻鋼筋保護(hù)層開裂、脫落,鋼筋暴露、銹蝕,混凝土表層疏松、剝落、破損;陡坡段出現(xiàn)多處沖坑、裂縫等。
2.4溢洪道消能設(shè)施沖毀嚴(yán)重
尤其2010年汛期發(fā)生特大洪水致使溢洪道消力池及其以下結(jié)構(gòu)全部毀壞,潛壩完全破壞;堰頂裂縫,消力池沖刷破壞嚴(yán)重。上述問題嚴(yán)重影響溢洪道的正常泄洪,從而威脅王家崖水庫樞紐、下游城鎮(zhèn)、交通設(shè)施的安全。
溢洪道進(jìn)口引渠的修復(fù)處理包括進(jìn)口淤泥清理及引渠段邊坡的修復(fù)兩部分。
3.1淤泥清理
本次除險(xiǎn)加固對溢洪道進(jìn)口部位的淤泥進(jìn)行了清理,恢復(fù)了引渠原斷面。清理范圍從溢流堰起向上游260m,兩側(cè)至引渠邊坡坡腳,其中從溢流堰向上200m范圍內(nèi)為一大平臺,清理后平臺底高程595m,比溢流堰堰頂高程低1m,從距溢流堰上游200m至260m范圍內(nèi)為1∶8的斜坡。
3.2引渠邊坡的砌護(hù)
在溢洪道引渠段原漿砌石護(hù)坡表面布設(shè)C20混凝土護(hù)坡,護(hù)坡采用臺階狀,每個(gè)臺階尺寸0.5m×0.25m(寬×高),對其漸變段扭面上澆筑C25鋼筋混凝土;為了使新澆筑混凝土與原漿砌石結(jié)合緊密,在原漿砌石表面布設(shè)單根長L=1.0m的φ25插筋,插筋間排距2.0m×2.0m,梅花型布置。
對于溢流面采用布設(shè)鋼絲網(wǎng)及高性能砂漿的辦法進(jìn)行處理,即在整個(gè)溢流堰面布設(shè)單根長L=0.5m的φ25插筋,插筋間排距2.0m×2.0m,然后布設(shè)鋼絲網(wǎng)片,最后澆筑高性能砂漿。
具體方法是:①采用電動角磨機(jī),將基層混凝土破損部位,切割成直角邊,深度至少保證2cm。②將切割的破損部位打磨干凈,徹底清除表層的浮灰、松散的混凝土、破損部位、苔蘚、污泥等。③銹蝕鋼筋處理:將暴露鋼筋表面的銹跡打磨干凈,涂刷UGD-3110水泥基鋼筋阻銹劑2遍。④采用鑿毛機(jī),輕微鑿毛基層混凝土。⑤按照每平方米5個(gè)點(diǎn)的密度,在溢流面原基層混凝土上植入鋼筋,平面部分鋼筋暴露于基層混凝土達(dá)到1cm上下;在溢流面曲線部位,鋼筋暴露于基層混凝土達(dá)到2cm上下,沿坡度找高程;對所有暴露的鋼筋頭涂刷UGD-3110水泥基鋼筋阻銹劑2遍。⑥將鐵絲網(wǎng)綁扎于暴露的鋼筋頭上,鐵絲網(wǎng)應(yīng)該距離地面有一定距離。⑦用清水徹底沖洗基層混凝土,確?;鶎踊炷燎鍧?、濕潤(手壓無明水)。⑧將攪拌好的高性能砂漿均勻攤鋪于清潔、堅(jiān)固、濕潤的基層混凝土上,用抹刀用力抹平、壓少;抹平時(shí),一定要用力將高性能砂漿壓入鋼絲網(wǎng)網(wǎng)格內(nèi),使其緊緊擠壓基層混凝土,堅(jiān)決、嚴(yán)格避免空鼓現(xiàn)象。⑨高性能砂漿施工結(jié)束后,按排專人檢查是否存在空鼓現(xiàn)象,一旦發(fā)現(xiàn)有,應(yīng)立刻切開空鼓部位,重新填入新的高性能砂漿。⑩高性能砂漿抹面厚度,從溢流面頂端的2cm開始,到溢流面尾部的5cm為止,根據(jù)坡度的變化,厚度不斷變化。
對于溢洪道導(dǎo)流墻亦采用高性能砂漿進(jìn)行處理。①采用電動角磨機(jī)配帶金剛石磨片,將導(dǎo)流墻基層混凝土全部打磨干凈,徹底清除表層的浮灰等,打磨到清潔、堅(jiān)固的基層混凝土。②銹蝕鋼筋處理:采用電動角磨機(jī)配帶鋼絲刷刷頭,將暴露筋表面的銹跡打磨干凈,涂刷UGD-3110水泥基鋼筋阻銹劑2遍。③用清水徹底沖洗、濕潤基層混凝土。④抗沖磨保護(hù):采用高性能砂漿修補(bǔ)破損部位,恢復(fù)結(jié)構(gòu)輪廓,同時(shí)在結(jié)構(gòu)混凝土表面涂抹2cm厚的抗沖刷保護(hù)層。⑤在高性能保護(hù)砂漿上,涂刷UGD-3510憎水型混凝土保護(hù)劑2遍。
對于溢洪道陡坡段出現(xiàn)的多處沖坑、裂縫等采用在陡坡段底板和側(cè)墻表面布設(shè)厚度為0.3m的C25F100鋼筋混凝土;為了使新、舊混凝土結(jié)合緊密還布設(shè)單根長L=1.0m的φ25插筋,梅花型布置;在新混凝土表面布設(shè)φ6的鋼絲網(wǎng)(150mm× 150mm),新混凝土分縫分塊與舊混凝土相同,變形縫寬度20mm,內(nèi)填651型橡膠止水帶及厚度為20mm的低發(fā)泡聚乙烯塑料泡沫板,過流面再用彈性密封膏封口。
5.1消能設(shè)施水毀原因分析
2010年7月23日,千河流域發(fā)生大洪水,溢洪道下泄流量Q=735m3/s,致使溢洪道消能設(shè)施嚴(yán)重?fù)p毀。經(jīng)組織水利專家現(xiàn)場勘查、綜合分析,具體原因如下:
(1)由于受地形條件的限制,溢洪道陡坡段上游布置一個(gè)較大的彎道,轉(zhuǎn)彎半徑R=100m,轉(zhuǎn)角=240°,而且從溢洪道實(shí)際現(xiàn)狀看,彎道段左右存在高差,右岸明顯高于左岸,導(dǎo)致水流呈現(xiàn)三維流態(tài),流態(tài)復(fù)雜而且將主流導(dǎo)向溢洪道消力池的左側(cè)。
(2)原消力池在布置上呈擴(kuò)散狀,擴(kuò)散角=13°9′3.42″,這種布置形式以前很常見,隨著幾十年工程實(shí)踐,人們逐漸認(rèn)識到其存在不足之處,即消能效果不夠理想,目前這種擴(kuò)散式布置逐漸被矩形形式所代替。
(3)由于上游修建的馮家山、王家崖水庫,將可以用來補(bǔ)充河道沖刷的固體徑流截?cái)啵瑢?dǎo)致河道只有沖刷沒有相應(yīng)的固體徑流補(bǔ)充,從而不能形成沖於平衡;另外由于王家崖溢洪道泄洪時(shí)泄掉的一般都是清水,對河床沖刷作用更大;隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展,對建筑材料需求量越來越大,致使河道下游人工采砂量越來越大,直接導(dǎo)致河道下切速度加快,從而導(dǎo)致王家崖水庫下游河床已下切5m~6m深。
(4)從沖毀的消力池左岸護(hù)坦現(xiàn)狀看,原消力池護(hù)坦齒墻深度明顯不夠,而且該護(hù)坦部位整個(gè)基礎(chǔ)為砂卵石,其抗沖能力很差。
在2010年7月泄洪過程中,先是由于左岸護(hù)坦齒墻被沖毀,由于護(hù)坦基礎(chǔ)砂卵石抗沖能力很低,也很快被沖走,導(dǎo)致左岸護(hù)坦被沖毀,引起連鎖反應(yīng)導(dǎo)致左側(cè)墻毀壞,而且損壞護(hù)坦部位不停地向四周發(fā)展,從而導(dǎo)致了整個(gè)護(hù)坦破壞。
經(jīng)洪水過后組織技術(shù)專家現(xiàn)場查看,原溢洪道消力池底板基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降,最大沉降量40cm,底板局部砼破損嚴(yán)重,共發(fā)現(xiàn)15處破損點(diǎn),最大破損面積2m2,深度達(dá)0.48m,修補(bǔ)難度很大,因此決定將溢洪道消力池連同損毀護(hù)坦等拆除重建。
5.2消能設(shè)施的布設(shè)
樁號0+308.640m以前維持不變,將原消力池拆除,根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果重新確定消力池的深度和長度,采用一級消能方式,達(dá)到一次消耗掉多余能量。
陡坡段,坡比1:3,長24m,寬70m,底板厚0.8m,采用C25F100鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),底板分為10m×10m的澆筑塊,塊與塊之間預(yù)留寬度20mm變形縫,縫內(nèi)填加651型橡膠止水帶及低發(fā)泡聚乙烯塑料泡沫板。為了減小揚(yáng)壓力陡坡段底板下布設(shè)10m×10m的縱橫向排水盲溝,盲溝內(nèi)埋設(shè)土工布包裹碎石體,盲溝斷面為倒梯形,底寬0.4m,頂寬1.0m,高0.6m。
陡坡段邊墻采用懸臂式鋼筋混凝土擋墻,墻高由8.5m漸變至11.6m,墻頂高程由△587.5m漸變至△582.6m,擋墻混凝土標(biāo)號為C25F100,底板和邊墻布置間排距3.0m×3.0m的排水孔,邊墻每9.5m預(yù)留一寬度20mm的變形縫,縫內(nèi)填加651型橡膠止水帶及低發(fā)泡聚乙烯塑料泡沫板。邊墻每一澆筑段布設(shè)2道肋板,肋板厚度40cm,以增加其整體剛度。
陡坡段底板和邊墻均布置間排距3.0m×3.0m的排水孔。
消力池長度67m,寬度70m,池深4.0m,底板底板頂面高程572.0m,底板厚度0.8m,采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),混凝土標(biāo)號C25F100。消力池、消力池護(hù)坦施工方法與陡坡段相同。
海曼段布置厚度為1.0m的鋼筋石籠,兩側(cè)護(hù)岸采用M7.5漿砌石砌護(hù),護(hù)岸底部深入河床以下2.6m,高于河道沖刷深度2.0m,以提高防水流沖刷效能。
溢洪道工程是防御調(diào)節(jié)洪水確保水庫大壩安全的重要建筑物。王家崖水庫溢洪道修復(fù)加固工程,積極采用新科技,采取消力池一級消能等辦法盡可能減小水流沖力,然后通過陡坡段、海曼段改造抗沖加固措施把水安全輸送到下游河床,以確保水庫安全防汛泄洪。經(jīng)過近5年時(shí)間實(shí)際運(yùn)行,工程未出現(xiàn)明顯問題,證明工程設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理,實(shí)施良好,為同類工程除險(xiǎn)加固提供了重要借鑒。陜西水利
[1]寶雞峽王家崖水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R],陜西省水利水電勘測設(shè)計(jì)院. 2011.5.
[2]《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》[S](SL253-2000).
[3]《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[S](SL274-2001).
(責(zé)任編輯:唐紅云)
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