新疆SETH水庫導流底孔封堵設計與施工

許玉梅,黃榮佳,蔣小健

(1.阿勒泰地區薩爾托海水庫管理處,新疆 阿勒泰 836500;2.四川二灘國際工程咨詢有限責任公司,四川 成都 611100)

1 工程概況

新疆SETH水庫是一座具有防洪、發電及灌溉功能的大型水利 (樞紐) 工程,其主體建筑物由碾壓混凝土重力壩、壩頂溢流表孔、壩身泄水底孔、壩身引水取水建筑物以及引水系統、壩后廠房、右岸過魚設施等組成[1]。水庫主體工程于2017年4月動工興建,2017年10月完成截流,2021年10月通過下閘蓄水驗收,2023年1月并網發電,2023年6月水庫水位達到正常蓄水位。

2 封堵體設計標準

2.1 下閘標準

導流底孔下閘標準:在9月,在20%的月均流量(Q=32.80 m3/s)下,下閘水位為972.80 m,閘前水深為1.80 m。

2.2 封堵施工導流標準

封堵時段為2021年9月16日—10月31日,處于枯水期,導流標準為20年一遇洪水,洪峰流量為105 m3/s。導流底孔進口采用平板閘門臨時擋水,閘門最高擋水水頭為53.5 m。導流明渠出口采用土石圍堰擋水,圍堰迎水側水位969.50 m,堰頂高程選定為970.50 m,堰高0.90 m[2]。

2.3 封堵體設計標準

該工程導流底孔布置在左岸 8#非溢流擋水壩段中底部,其進水口底高程為971.00 m,出水口底高程為970.76 m,縱坡 5‰,斷面為矩形,尺寸為8 m×5 m×40 m(寬×高×長)。本工程導流底孔作為施工期導流專用,無永久用途,屬于臨時性泄水建筑物,級別為 4 級,在完成導流任務后進行封堵。導流底孔堵頭為永久性水工擋水建筑物,建筑物級別和洪水標準與大壩相同[3],其建筑物級別為 2 級。擋水設計水位為1 027.0 m,校核洪水位為1 029.94 m。

2.4 壩下臨時生態放水管封堵設計

導流底孔下閘后,按導流程序,應該由孔口底高程為976.00 m的永久底孔泄水。導流底孔下閘水位為972.80 m,永久底孔孔口高程為976.00 m,高差為3.2 m,相應庫容約0.1×107m3,因蓄水而導致的斷流時間約為 8.5 h。

為避免出現導流底孔下閘后大壩下游河道斷流現象,滿足河道基本生態要求,在導流底孔下閘后,采用壩下 DN1 200臨時生態放水管進行泄流。當導流底孔下閘,水庫蓄至水位977.75 m,永久底孔泄流能力達到 9.99 m3/s 后,即關閉壩下臨時埋管閥門并進行封堵作業。壩下臨時生態放水管為(壩內部分)全長封堵,長度為 40 m。埋管封堵控制閘閥室布置在壩內,大壩灌漿廊道上方,閘閥控制采用人工操作方式。壩下埋管,封堵工作面位于壩后明渠內,露天施工,壩下臨時生態放水管封堵回填灌漿等要求同導流底孔封堵。

2.5 封堵體長度計算

2.5.1 封堵體運用條件

混凝土堵頭的最小長度取決于擋水水頭,封堵體屬于永久壩體的一部分,按水庫最高水位(1 000 年一遇校核洪水位)1 029.94 m,即最大水頭58.94 m進行封堵設計。

2.5.2 封堵體長度

混凝土堵頭長度取決于其擋水水頭,其長度必須滿足在設計水頭的總推力作用下能保持穩定。封堵體最小長度L可根據極限平衡條件求出[4-8],其計算式為

L=P/(Arf/k1+SλC/k2)

(1)

式(1)中:L為封堵混凝土堵頭的最小長度,m;P為作用水頭推力,t;k1為摩擦力的安全系數,一般為1.05～1.15,取 1.10;k2為凝聚力的安全系數,一般為4.0～6.0,取5.0;A為底孔的斷面積,A=40 m2;r為混凝土的容重,在此取2.4 t/m3;f為混凝土與混凝土的摩擦因數,f=1.1;S為底孔的斷面周長,S=13 m;λ為抗剪斷面積有效系數,一般為 0.70～0.75,取 0.70;C為混凝土與巖石(混凝土與混凝土)接觸面的抗剪斷凝聚力,C=1.3 MPa。

根據式(1)計算出保持穩定所需的封堵混凝土堵頭的最小長度為 8.0 m?？紤]到壩體后期穩定和工程運行安全,導流底孔采用全長封堵的方式補全壩體斷面,封堵長度為40 m。

2.6 封堵體設計

封堵混凝土采用摻量4%～6%氧化鎂的常態二級配微膨脹混凝土分層澆筑回填,混凝土標號 C2820W6F100,澆筑段長 40 m,分4段進行澆筑。為使堵頭混凝土與導流底孔頂拱及邊墻混凝土之間的接縫有良好黏結性,對底孔周邊原結構混凝土保護層進行鑿毛處理,同時在導流底孔底板布設間排距2 m×2 m,長度為2 m,直徑為28 mm的錨桿,錨桿外露長度為1 m。

堵頭混凝土澆筑在導流底孔下閘后進行。為防止產生溫度裂縫,根據封堵混凝土澆筑時導流底孔周邊混凝土溫度,新老混凝土溫差應不超過20 ℃。封堵混凝土施工時埋設直徑為30 mm的鋼管平行壩軸線布設作冷卻水管。倉面冷卻水管與上游壩面和下游壩面的距離為2.0～2.5 m,與橫縫及孔洞周邊的距離為1.5～2.0 m,單根水管長度不大于200 m。埋設完成后進行通水檢查,保證管路過流通暢。初期采用河水通水冷卻,流量控制在 18～20 L/min,混凝土溫度和水溫之差應不超過22 ℃,冷卻期控制混凝土日降溫幅度為0.6～1.0 ℃,每半天改變一次水流方向,均勻冷卻混凝土塊體。當冷卻出水溫度為24～26 ℃且通水時間超過10 d時,應進行3～5 d的悶溫檢查,當悶溫低于25.5 ℃時,結束通水。

導流底孔堵頭采用分層澆筑,分層厚度為2.5 m。為保證封堵體與壩體混凝土的緊密結合,在整個導流洞洞頂范圍內進行回填灌漿。封堵混凝土澆筑前,在頂部預埋直徑為72 mm的 PVC 回填灌漿管,在封堵混凝土達到設計強度的70%時,進行回填灌漿施工,灌漿壓力為0.3～0.4 MPa。為防止串漿,在封堵段混凝土與周邊混凝土之間各布設止水(漿)片 1 道。在封堵混凝土溫度降至或接近穩定溫度后進行接縫(觸)灌漿,在封堵體承受荷載前完成。堵頭混凝土澆筑時,在導流洞洞頂及兩側面、封堵混凝土施工分縫處預埋布設 DN30接觸(縫)灌漿管路,待封堵溫度降低或接近穩定溫度后進行接觸(縫)灌漿,灌漿壓力取 0.3～0.5 MPa。為防止漏漿,在堵頭中間及前后兩端的封堵混凝土與周邊混凝土之間各布設止水(漿)片 1 道。為檢測堵頭工作情況,在堵頭內埋設滲壓計、溫度計、測縫計、水工電纜、電纜保護管等安全監測儀器。

3 封堵體施工

封堵體施工是在大壩下閘蓄水后進行的一項重要工作,施工進度及質量的統一顯得尤其重要,尤其是臨近壩前部位的施工,如臨時生態放水管和導流底孔第一封堵段施工。

3.1 生態放水管封堵

圖1 生態放水管封堵示意圖

3.2 導流底孔封堵施工

生態放水管封堵完成后對導流底孔按分倉順序進行澆筑封堵,分2層澆筑,每層層高均為2.5 m,分倉樁號分別是壩上(0-003.95) m,壩下(0+010.55) m,壩下(0+025.05) m,壩下(0+039.55) m,壩下(0+054.018) m。封堵倉號澆筑順序如圖2所示。

圖2 導流底孔封堵倉號澆筑順序示意圖

在閘后布置高0.5 m 的截滲墻與DN200排水鋼管,將滲水引排至第一段封堵混凝土下游,并在出口處設置配套閥門。為使結合良好,對原有混凝土表面進行全斷面鑿毛處理。安裝模板時預留好冷卻水管通道、回填灌漿進漿管通道、回填灌漿排氣管通道、接縫灌漿進漿管通道、接縫灌漿回漿管預留孔通道、封堵閘門滲水排水管預留孔通道,在分縫處設置紫銅片止水。

封堵混凝土由罐車運至導流底孔出口,由混凝土輸送泵通過泵管輸送至封堵倉號內,在倉內搭設泵管支架,間排距1.5 m,共上下兩層。在倉內采用沿洞長方向由遠端向近端,再由近端向遠端循環,左右以軟管進行擺動的方式進行澆筑,采用2.2 kW,70型插入式振搗器進行振搗,混凝土澆筑后即開始通河水進行冷卻。在澆筑第二層時,控制倉面混凝土,澆筑到離頂部40 cm位置時使用低坍落度混凝土,從上游左右兩側向下游方向澆筑,盡量減小封堵體頂部空腔,或者使用快硬混凝土填筑頂部,澆筑完成后封堵模板,等待凝結?；炷寥雮}后,當封堵混凝土強度達到設計強度70%時,拆除模板。當封堵體達到設計齡期后,進行頂部回填灌漿施工,回填灌漿施工完成后進行接縫灌漿施工。每一段封堵體的灌漿施工均按此類程序進行,灌漿參數按照設計技術要求。當封堵體施工全部完成后,將混凝土表面鐵質構件割除至表面以下30 mm,用環氧砂漿充填密實,表面平整。

由于導流洞封堵體作為永久水工建筑物,在導流洞封堵體施工期間應嚴格控制澆筑混凝土溫度,避免后期運行期間產生漏水情況[5]。

4 結 語

1) 新疆SETH工程嚴格按照設計方案,做好施工組織工作,加強施工管理,落實了工序質量管理制度,確保了工程實體質量滿足設計要求。

2) 封堵期間須重視下游河道生活和生態用水。

3) 該工程導流底孔封堵工程,施工難度大,施工工期緊張,從下閘蓄水至灌漿施工完成耗時68 d。蓄水運行2年時間,未發現封堵段有滲水現象,封堵效果良好,可供其他類似導流洞封堵借鑒與參考。