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      格賓網在枕頭壩電站導流明渠圍堰管涌應急搶險方案

      時間:2016-07-31 11:21:30 | 來源:晟江格賓網 | 作者:晟江格賓網 206

      摘要:格賓網在 針對枕頭壩一級水電站導流明渠土石子圍堰出現的管涌現象進行了應急搶險施工。搶險施工實踐表明,由于上游巖埂、塑性混凝土防滲墻和黏土心墻三者結合部位是關鍵的軟弱點,因而容易形成管涌滲漏通道,甚至造成土石子圍堰堰體破壞。在對土石子圍堰出現管涌破壞的原因和條件進行分析和研究的基礎上,提出了實施搶險加固處理的應急方案和措施。對枕頭壩一級水電站導流明渠土石子圍堰出現管涌破壞的背景、應急搶險措施及其實施過程和取得的效果等方面的情況進行了介紹。
      格賓網在枕頭壩電站導流明渠圍堰管涌應急搶險方案
      格賓網在枕頭壩電站導流明渠圍堰管涌應急搶險方案
      1、工程背景
         枕頭壩一級水電站為大渡河干流水電梯級調整規劃的第 19 個梯級,位于大渡河中下游樂山市金口河區的核桃坪河段上,上游距離深溪溝水電站大約 25 km,距離漢源為 85 km,距離雅安為 241 km,距離成都為380 km; 下游距離枕頭壩二級水電站 4. 1 km,距離金口河區為 4. 7 km,距離峨邊為 44 km,距離樂山為 138km,距離成都為 260 km。壩址處的控制流域面積為73 057 km2 ,多年平均流量為 1 360 m3 / s,在枯水期,壩址處河面高程為 589 ~ 590 m。該水電站工程規模為大( 二) 型,屬Ⅱ等工程,主要永久性擋水建筑物及泄水建筑物為 2 級,次要建筑物為 3 級,臨時建筑物為 4級。水電站采用堤壩式開發,初擬正常蓄水位為 624m,最大壩高為 86 m,電站裝機容量為 720 MW,多年平均發電量為 32. 90 億 kW·h,正常蓄水位以下庫容為 0. 435 億 m3 ,水庫總庫容為 0. 469 億 m3 ,為徑流式電站。該工程的主要開發任務為發電,同時兼顧下游地區的用水。
         枕頭壩一級水電站壩址位于瀘定 - 銅街子段的大渡河中游金口河鎮附近,流域面積為 73 057 km2 ,主汛期為 6 ~ 9 月,年最大流量多出現在 6 月份和 7 月份,以 7 月份出現的機會最多。該工程壩址處的河谷形態為一相對比較寬緩的“V”形河谷,河流流向由 S55° E漸變為 S84°E。在枯水期,河面高程為 589 ~ 590 m,河面寬度為 70 ~ 130 m,水深為 7 ~ 9 m。水庫正常設計蓄水位為 624 m 時,庫水面的最大寬度為 160 m,壩前最大水深為 42 m。
       
      2、土石子圍堰結構:
         土石子圍堰在擋水期主要用于對導流明渠及縱向混凝土圍堰的施工,同時,完成明渠內右岸的擋水壩段及 3 孔泄洪閘壩段的基礎和底板混凝土施工,河水由原河床過流。根據《水電工程施工組織設計規范》( DL / T5397 - 2007) 中第 4. 3. 1 條的規定,將擋水建筑物級別確定為Ⅳ級,圍堰按全年 10 a 一遇洪水流量設計,相應流量為 6 080 m3 / s[1]。該水電站的土石子圍堰原設計為 2010 年一次度汛,后來因導流明渠存在棄渣場的問題,因此實際上是 2010 年和 2011 年兩次度汛。
         根據該工程地形地質條件,參照相關工程實踐經驗,圍堰堰型選擇為土石子圍堰,采用黏土心墻結合下[2] 。土石子圍堰體型部塑性混凝土防滲墻聯合防滲 結構簡單,堰體的填筑料可就地取材,能夠充分利用壩[3] ; 對圍堰基礎要肩開挖的棄渣,而且后期易于拆除 求不高,不需要開挖河床覆蓋層,施工時可以使用大型機械設備,便于快速施工; 同時,也不需要另外修筑子圍堰,可以節省工程投資。
         堰體施工內容包括塑性混凝土防滲墻施工、土石子圍堰黏土心墻填筑、過渡料填筑和土石渣填筑,以及護坡格賓網籠施工等。
       
      3、土石子圍堰管涌搶險:
      3.1、管涌險情簡介:
         土石子圍堰基礎地質情況和地層結構相當復雜,地層中夾雜著大量的大塊石、大孤石,包含有漂卵石層、中細砂層,還有人工回填層。進入 2010 年 4 月份汛期以后,受上游降雨深溪溝水電站關閘蓄水實驗的影響,致使大渡河水位出現了劇烈變化,對子圍堰的施工造成了嚴重的影響。
         由于河水水位劇烈變化,河水的反復漲落造成河岸塌陷,受左岸標段施工侵占部分河床的影響,束窄了原有河道,導致水面壅高,流速進一步加大,從而造成主河道向右岸偏移; 土石子圍堰迎水側的局部鋼筋石籠護坡因砂卵礫石基礎無法滿足高速水流的抗沖要求,經水流沖刷淘蝕后發生了塌陷變形。2010 年 5 月 8 日凌晨 4: 00,在塑性混凝土防滲墻、上部黏土心墻及上游巖埂三者的交匯處,發生了管涌破壞。值班人員發現土石子圍堰發生管涌破壞的情況后,立即向項目部指揮機關進行匯報。2008 年,貴州北盤江董箐水電站也是因為右岸岸坡與土石圍堰下部的高噴防滲心墻和上部黏土心墻三者結合處發生嚴重滲漏,從而導致水淹基坑,致使正在施工的廠房被迫停工,而且使工期延誤 1 a,損失慘重。因此,在接到值班人員的情況匯報以后,項目部高度重視,充分認識到事態的嚴重性,迅速制定了應急搶險方案,24 h 不間斷地展開了搶險施工。圖 1 和圖 2 為土石子圍堰管涌的破壞情況。
       
      3.2、管涌搶險施工:
         根據對事故現場情況的查勘與分析,決定依據管涌滲漏點坡腳集水坑內匯水體積的變化,來測定其滲流量。同時,依據降雨、上游來水以及大渡河水位的漲落情況來進行評估和調整。
         ( 1) 立即對土石子圍堰施工的現有臨時建筑物進行改造,主要包括施工道路、施工供電、施工供水以及[4]模板加工廠等臨時建筑物及設施的拆除和改建 。
         ( 2) 迅速加高滲漏部位所對應的碾壓混凝土圍堰,在碾壓混凝土圍堰與土石子圍堰兩者的下游端采用黏土填筑橫堵,以使其形成封閉匯水區,避免管涌滲流進入正在緊張開展各項施工作業的基坑而污染工作面,甚至影響導流明渠底板混凝土的正常澆筑施
      圖 1	土石子圍堰邊坡管涌破壞情況
      圖 1 土石子圍堰邊坡管涌破壞情況
      圖 2	土石子圍堰管涌破壞細部示意
      圖 2 土石子圍堰管涌破壞細部示意

      ( 3) 在匯水坑內拋填塊石,對土石子圍堰背水側邊坡進行壓腳,避免被管涌滲流進一步掏空從而引起
      [6]
      更大程度的塌坍 。
       
      ( 4) 對土石子圍堰迎水側的鋼筋籠進行修復加固,并對滲漏段的鋼筋籠灌注流態混凝土 ( 現場正在進行混凝土底板和閘墩的混凝土澆筑施工,因而具備混凝土的生產條件) ; 灌注完成后鋪設土工膜,并用鋼筋壓條壓緊,將其牢固地綁扎、固定在鋼筋石籠上,最后在土工膜的外部噴混凝土進行放沖保護。
       
      ( 5) 對上游巖埂迎水側的表面噴射 C20 混凝土封閉,以減少破碎巖體之間的繞滲。
       
      3.3、施工布置:
          2010 年,枕頭壩一級水電站導流明渠正處于緊張的開挖、支護和混凝土澆筑施工中,而開挖、支護和混凝土澆筑施工程序都離不開風、水、電,閘壩段的消力池基坑抽水必須連續 24 h 不間斷,否則一旦水淹基坑就會影響到開挖和混凝土澆筑施工。原明渠基坑的開挖、支護和混凝土澆筑所使用的風、水、電設施均布置在明渠的土石圍堰上,因此在對土石子圍堰進行搶險修復、加固之前,必須加以改造再連接到各個施工工作面,待土石子圍堰搶險修復加固工作完成以后,再恢復土石子圍堰上的風、水供應設施以及模板加工廠等生產設施。

      3.4、主要施工方法:
         對土石子圍堰實施修復、加固施工的內容主要包括: 采用大塊石護底護腳、防沖鋼筋籠拆除恢復、修復施工、灌注流態速凝混凝土、土工膜鋪設以及噴射混凝土施工等。
       
      3.4.1、背水側大塊石護底護腳:
         對于土石子圍堰管涌段背水側的垮塌部位,首先拋填大塊石,采用反鏟整平,以使其形成鋼筋籠施工平臺,平臺寬為 6 m,高為 4 m( 水下) ; 施工平臺形成后即可進行首層鋼筋籠碼放,采用機械吊裝分層碼放。鋼筋石籠規格為 2 m × 1 m × 1 m,按照設計坡度收坡共擺放 3 層,對于鋼筋籠的內側空洞部位,填筑易透水的砂卵礫石。
       
      3.4.2、背水側護坡施工:
         對于堰體內側,根據設計修復斷面尺寸分層、分臺階地進行土石料填筑。施工道路主要是利用土石子圍堰堰頂道路。在渣場精選的土石料攤鋪厚度應控制在80 cm 左右,采用小型推土機進行攤鋪。18 t 的振動碾適用于對堆石與含有大粒徑的塊石進行壓實,碾壓時采用“進退錯距法”碾壓施工方法,平行于子圍堰的縱軸線碾壓 6 遍。在進行土石料填筑之前,應先將填筑坡面反鏟整理成適合的臺階狀,然后再逐層次填筑,對填筑坡面要比設計斷面超填 30 cm,在適當高程處采用人工配合修整至設計坡度。
       
      3.4.3、迎水側鋼筋籠修復與加固:
         對洪水中由于沖刷、下陷變形、損壞嚴重的鋼筋籠全部予以拆除,鋼筋籠的拆除主要采用人工拆除作業,反鏟配合。對已拆除的鋼筋籠,馬上實施恢復,即采用新的鋼筋籠來替換,人工配合小型反鏟,裝填塊石,填滿后再蓋上鋼筋網蓋子,人工用扎絲與主筋綁扎牢固。對左右相鄰的鋼筋籠迎水面側,用兩道 12 號鋼絲繩連接,上下相鄰的鋼筋籠迎水面側,用一道 12 號鋼絲繩連接成整體。
       
      3.4.4、灌注流態速凝混凝土:
         受上游暴雨影響,大渡河水位急劇上漲,流量增大,致使土石子圍堰巖埂與塑性混凝土防滲墻結合處出現管涌滲漏。根據現場情況,預計在大渡河主汛期,枕頭壩會出現流速在 8 m / s 以上的洪水,這樣就會超過子圍堰迎水側鋼筋石籠的防沖設計允許流速 ( 7 m / s) 。鋼筋石籠外側護底護腳的大塊石,雖然直徑達1 m 以上,但是仍有被沖刷淘挖的可能,甚至會危及到鋼筋石籠護坡的安全穩定。因此,提前用 C20 的流態速凝混凝土對鋼筋石籠護坡進行灌注,使其固結成一體,這樣既能提高抗沖能力,同時也增加了整個護坡鋼筋籠的穩定性和抗滲性能。流態速凝混凝土用灌車進行運輸,通過管道進行灌注。
       
      3.4.5、迎水側噴混凝土施工:
         在鋼筋籠表面給予覆蓋土工膜防護的基礎上,為了降低鋼筋石籠表面的糙率,盡可能地減小高速水流對鋼筋石籠的沖刷破壞,在鋼筋石籠的迎水面上噴射C20 混凝土,噴射厚度為 20 cm。這樣處理具有以下 2個目的。
       
      ( 1) 利用土工布的迅速鋪設,快速提高土石子圍堰整體抗滲性能,滿足管涌搶險施工需要。
       
      ( 2) 在土工膜表面噴射混凝土后,能夠提高防沖的能力。
         土工膜提供柔性防滲,是為了適應鋼筋石籠的沉降、塌陷變形,彌補噴射混凝土變形能力的不足,因為一旦開裂就會造成滲漏的缺陷。此外,對上游巖埂的迎水側表面也實施了噴射混凝土進行封閉,以防止發生破碎巖體裂隙滲漏和繞滲。在噴射混凝土的工作面附近,布置有空壓機和噴射機,利用小型拌和機按配合比拌料,人工進行噴射。
       
      4、土石子圍堰整體加固:
         對土石子圍堰進行的搶險加固施工所包含的( 如鋼筋籠的鋪設、黏土心墻的填筑以及土石料的填筑等) 全部搶險項目基本上要求同時完成。管涌險情得到控制以后,在匯水基坑內開挖集水井進行抽排,避免水位漫過二期碾壓混凝土圍堰的堰頂。在渣場內選用滲透性、穩定性較好的開挖土石渣料,恢復土石子圍堰內側的設計開挖坡度,并局部埋設加勁鋼筋進行防護。對上游巖埂、塑性混凝土防滲墻以及黏土心墻三者結合交匯部位的管涌滲漏點,則采用控制性灌漿進行完全封堵。
         由于土石子圍堰地質結構為砂卵礫石以及黏土心墻,利用其他鉆機成孔比較困難、效率比較低下,因此,采用的是 351 潛孔鉆跟管鉆進的方式,因而大大提高[7 - 8] 。施工前期,在堰頂分 3 序布置雙排了成孔效率 孔,孔距為 1 m、排距為 0. 8 m,而且以原混凝土防滲心墻為軸線,兩側呈梅花型布孔。
      ( 1) 灌漿次序。根據自下游至上游先施工背水排,再施工迎水排的順序,按照Ⅰ序孔→ Ⅱ序孔→Ⅲ序孔先后進行施工。
      ( 2) 灌漿方法。采用套管護壁自下而上、分段 ( 段長為 1. 5 m) 的純壓式灌漿。
         稻草、鋸末作為骨料,同時視情況摻入較少量的水玻璃。鑒于普通灌漿泵無法滿足送漿要求,因此,對灌漿泵選用了螺桿灌漿泵。實踐證明,選擇螺桿泵灌漿是完全正確的。
         此次共完成搶險防滲灌漿 45 孔,共計 427. 5 m; 注漿凈消耗干水泥( P. O42. 5 水泥) 427 t。從后期灌漿的情況來看,3 序孔的吸漿量已經很小,而且只能灌注濃度較低、不加外加劑的純水泥漿,才能滿足防止滲漏的要求。
       
      5、應急搶險效果評價:
      5.1、控制性灌漿施工:
         控制性防滲灌漿施工是采用的 CM351 高風壓鉆機鉆孔、套管跟進,螺桿泵注漿臨時防滲,灌漿材料為水泥、黏土、稻草以及外加劑等。從完成的鉆孔灌漿段防滲效果來看,在洪峰水位( 595. 6 m 高程) 時,該段未出現滲水,說明灌漿防滲效果良好。
       
      5.2、土石料填筑壓腳護坡施工:
         采取用渣場挖運回來的土石料進行壓腳護坡,土石料為玄武巖土石料,粒徑小于 800 mm; 土石料具有透水性,壓實后的滲透系數大于 10 - 2 cm / s 量級。實際施工時,所填筑的坡比接近 1∶ 2,護坡高程達到高程602 m。土石子圍堰安全穩定地度過了整個汛期。
       
      5.3、迎水側鋼筋石籠加固施工:
         在灌注混凝土和噴射混凝土的雙重保護下,整個汛期安全過流,未出現被高速水流撕裂的破壞狀況,鋼筋石籠整體安全穩定。由于增加了土工膜防滲層,土石子圍堰整體沒有發生滲漏。
       
      6、經驗教訓:
         在原設計水力條件下,原設計的土石子圍堰方案因局部砂卵礫石地基抗沖能力不足而發生了塌陷變形; 同時由于左岸標段施工侵占了河床,導致河床束窄,流速加快,致使主河床向右岸堆移,從而對右岸土石子圍堰堰腳的掏刷程度進一步加劇,使原有土石子圍堰設計水力學條件發生極大的改變; 同時,由于上游瀑布溝和深溪溝 2 座水電站發電的需要,使枕頭壩一級水電站導流明渠段的水位無法恢復到 2010 年前期的枯水位,致使護坡鋼筋石籠及大塊石護腳絕大部分被掩埋在水面線以下,甚至部分被沖走,從而導致發生局部管涌破壞的情況。

      7、結 論:
         綜上所述,枕頭壩一級水電站導流明渠土石子圍堰工程施工工作面狹窄、項目多、工序繁雜、交叉作業、相互干擾大以及工期緊,而且統籌規劃要求高。通過對枕頭壩一級水電站土石子圍堰搶險加固施工的實踐,可以歸納總結如下。
       
      ( 1) 上游巖埂、塑性混凝土防滲墻、黏土心墻三者結合部位為關鍵的軟弱點,在其交匯處,由于三者的材料性能和結構應力應變不一致,因此對細部處理施工方面的要求比較高。根據坍塌部位的照片可以看出,由于對三者結合部位的施工質量沒有進行強化處理,因而使該部位的大量原始砂卵礫石料基礎沒有給予置換。而砂卵礫石料滲透性強,特別是在三者的結合部位,普通夯碾設備難以壓實致密,因而穩定性差,造成的后果是三者結合處的軟弱部位的黏土心墻在滲透水的壓力下首先發生破壞性形變,最終導致土石子圍堰發生局部集中滲漏、管涌,并在管涌破壞后造成土石子圍堰邊坡坍塌。
       
      ( 2) 各參建單位需要時刻保持與水文和氣象部門的緊密聯系,實時互動,做到水情、汛情先知道,度汛物資材料提前準備好; 施工排水早規劃( 因為在實際施工過程中,對于度汛要求增加的電線管路等,會對正常的施工生產布置產生很大的干擾,必須提早布置,及時遷改) ,電力線路雙回路,抽水能力強布置; 建設、設計、施工多方參與,深入施工第一線,及時研究,共同謀劃,施工組織、專題方案必須精益求精,分析問題應深入完善,細節問題必須盯緊盯牢,時刻謹記“千里之堤毀于蟻穴”的道理,重視圍堰防滲體的結合面,對于接頭部位、工序銜接等施工重點必須實施標準化處理,把好質量驗收關,做到能以較小的施工投入,保障整個工程的總體功能和效益的如期實現。




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