水利枢纽厂加固设计研究

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[摘要]介绍了京南水利枢纽工程及厂房尾水渠左侧护坡、挡墙的结构概况，分析了2014年5月厂房尾水渠左侧护坡发生坍塌的原因，提出了在坍塌段抛填石块的应急处理方案，并论述了模袋混凝土护坡永久修复加固设计方案及施工措施。

[关键词]厂房尾水护坡；坍塌；应急处理；模袋混凝土护坡；设计；施工；京南水利枢纽

1工程概况

[1]京南水利枢纽位于梧州市苍梧县京南镇上游约800m处，下游距梧州市68km，为桂江综合利用规划中的倒数第二个梯级，是一座以发电为主，兼有航运、灌溉、水产养殖、旅游等综合利用效益的水利工程。水利枢纽拦河坝坝址以上集水面积17388km2，水库总库容2.55亿m3，电站装机容量2×34.5MW。京南水利枢纽船闸布置在左岸，右侧为发电厂房，闸室右侧与厂房之间采用回填砂卵石或回填土形成30m高程平台，以平衡或改善船闸结构受力。平台外侧即为厂房尾水渠左侧护坡，坡度1∶2.5，在20m高程设宽1.5m马道。厂房尾水渠左侧护坡坡脚设置R28150混凝土挡墙，其中0+057.634～097.034段挡墙顶高程为14m，底高程为4.24～12m；0+097.034～0+155.000段挡墙顶高程为14m，底高程为12m。挡墙与船闸闸室右闸墙之间回填砂卵石，两者之间形成的边坡表面以75#浆砌石衬护。0+057.634～097.034段挡墙顶浆砌石护坡坡比为1：2.5，护坡20m高程处设置1.5m宽马道，20m高程以上浆砌石护坡坡比为1：2.25，护坡顶部30m高程处设置5.87m宽平台；0+097.034～0+155.000段挡墙浆砌石护坡坡比为1：2.5，护坡顶部20m高程处设置干砌石平台。

2应急处理方案

[1]2.1应急处理方案2014年5月4日，京南水利枢纽厂房尾水渠左侧护坡发生坍塌，坍塌长度约50m。当日晚，梧州市桂江电力有限公司派人潜水探摸水下护坡受损情况，判断该段护坡脚的混凝土挡墙没有被淘刷破坏，无异常状态。2014年5月8日，经现场勘查，厂房尾水渠左侧护坡约0+070～0+127段范围内，20m高程以下的护坡已出现坍塌破坏，并在厂房发电尾水水流持续冲刷、波浪拍打作用下，护坡回填的砂卵石不断被水流带走，冲刷坑附近河水浑浊，呈黄色。现场照片见图1。图12014年5月8日现场照片根据现场实际情况，经研究，建议对尾水渠左侧护坡坍塌修复提出如下应急处理方案：为防止尾水渠护坡损坏进一步扩大而影响到船闸安全运行，采用在毁损护坡范围内先抛填块石应急防护方案处理，避免冲刷坑进一步扩大。应急处理方案主要技术要求如下：（1）应对电站厂房尾水渠左侧护坡坍塌范围、深度进行勘测，必要时须水下确认护坡挡墙受损情况。（2）在护坡坍塌范围内先抛填块石，抛填形成表面与原设计护坡坡面基本相同，超填不应超40cm；抛填块石范围应超出护坡冲刷坑边缘1～2m。（3）用于抛填的块石必须新鲜完整、无风化，块石粒径要求20～40cm之间。（4）在施工中尽量避免抛填块石进入尾水渠。（5）应急防护方案（抛填块石护面）完成后，要求密切注意观察护坡的变化情况，如果出现新的险情，则应立即实施进一步的抢修措施。2.2应急处理方案实施按照上述应急处理方案，广西水电工程局基础工程公司随即组织施工人员进场、备料，于5月23日对厂房尾水渠左侧护坡坍塌范围进行抛填块石作业。应急处理方案实施后，据梧州桂江电力有限公司相关技术人员反馈，经连续观测，护坡坍塌范围未继续扩大，抛填块石表面呈稳定状态，坍塌部位附近河水也未出现浑浊现象。2014年9月3日上午，梧州桂江电力有限公司向上级主管部门申请停机半天，聘请潜水员对厂房尾水渠护坡坡脚混凝土挡墙、尾水渠底板进行了损毁情况探摸，经过详细探查，潜水员报告未发现混凝土挡墙、尾水渠底板出现损毁，基本维持原状，仅发现抛填块石作业时掉落在尾水渠内的少量块石。应急处理方案实施后现场照片见图2。

3永久修复加固设计

[1]3.1设计依据本工程主要永久性挡水建筑物混凝土拦河坝、电站厂房、船闸上闸首为3级建筑物，其余次要建筑物降为4级建筑物，临时建筑物降为5级建筑物。京南枢纽主要挡水建筑物采用的洪水标准为50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）确定工程区地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。3.2水文资料（1）水库正常蓄水位30.0m；电站下游最低尾水位15.45m；（2）水库设计洪水位35.42m（P=2%）；（3）水库校核洪水位38.29m（P=0.2%）；（4）船闸上游最高/最低通航水位30m/26.2m，船闸下游最高/最低通航水位25.9m/15.45m；（5）洪峰流量（见表1）。3.3修复加固方案拟定电站下游最低尾水位为15.45m，而厂房尾水护坡坡脚混凝土挡墙的墙顶高程为14.0m，尾水护坡有局部斜坡段位于水下。考虑这种情况，本次修复加固设计选择“模袋混凝土护坡”和“水下混凝土+常规混凝土护坡”两种方案进行比较。“模袋混凝土护坡”方案不需设置围堰及模板，施工简单方便，尤其是水下部分护坡成型容易，整体性好，施工速度快，对电站发电运行影响较小，非常适合于工期要求较高的护坡加固工程，但造价高于常规混凝土。“水下混凝土+常规混凝土护坡”方案浇筑水下混凝土时，需要立模浇筑，施工工期相对较长，对电站发电运行影响较大，同时由于水下混凝土成型困难，很难控制水下混凝土的浇筑质量，而且造价高于模袋混凝土。两方案经综合比较后，因“模袋混凝土护坡”方案施工速度快、施工质量好的优势明显，本次修复加固设计推荐“模袋混凝土护坡”方案。3.4修复加固方案设计3.4.1模袋混凝土厚度确定因模袋混凝土厚度是不均匀的，本工程所称模图22014年9月3日现场照片袋混凝土厚度均指模袋混凝土平均厚度。根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-1998），抗漂浮所需厚度按下式计算：δ≥0.07cHwLwLr3γwγc-γw1+m2m（1）经计算，并根据其他工程经验，确定本工程模袋混凝土厚度为300mm。3.4.2模袋混凝土护坡抗滑稳定分析根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-1998）6.4.4条规定，模袋混凝土护坡抗滑稳定安全系数按下式计算：Fs=L3+L2cosαL2sinαfcs（2）经计算，厂房尾水渠模袋混凝土护坡抗滑稳定系数Fs=1.25>1.20，满足规范要求。3.4.3厂房尾水渠护坡修复加固设计本次护坡修复加固范围为桩号0+076.5～0+155.0段。（1）14～17m高程段护坡（含20m高程马道）采用模袋混凝土加固，首先按照原设计坡比，对应急处理已抛填块石进行平整、理坡；抛填块石平整完成后，在其表面顺坡预埋充填灌浆50PVC花管，间距2m，接着铺设150mm厚粒径20～40mm的碎石找平层，通过人工摊铺、压实，使碎石充分填充块石间缝隙；随即施工模袋混凝土面层，厚度300mm，混凝土强度等级为C25（1）；最后待模袋混凝土达到设计强度的85%及充填灌浆完成后，用手风钻在模袋混凝土面板表层钻φ50孔至碎石找平层底部，钻孔按梅花形布置，间距3m×3m，在钻孔内填塞φ50塑料盲沟排水管。（2）17m高程以上至距离20m高程马道内侧水平距离5.3m范围内的护坡采用现浇C25（2）混凝土加固，理坡、预埋充填灌浆管、铺设碎石找平层施工顺序及技术要求同14～17m高程段护坡，且要求同步进行；待14～17m高程段护坡模袋混凝土面层施工完毕后，方可施工17m高程以上现浇混凝土面层，厚度300mm，混凝土强度等级为C25（2），混凝土面层沉降缝按5m间距设置，缝内填充沥青木板；在混凝土面层浇筑前，将预埋的50PVC排水管固定到碎石找平层底部，排水管按梅花形布置，间距3m×3m，排水管预埋端用铁丝绑扎土工布反滤袋150mm×150mm×100mm。模袋混凝土、现浇混凝土护坡施工均完成后，混凝土强度达到设计强度70%以上时，即可对护坡面层以下回填料进行充填灌浆。厂房尾水护坡损毁修复加固设计图见图3～4。

4模袋混凝土护坡施工

[1]（1）抛填块石平整、理坡。坡面抛填块石平整、理坡采用汽车轮渡装载长臂挖掘机整平，局部人工配合。用于铺设找平层的碎石料，由20t自卸汽车运到京南镇码头，使用货船转运至厂房尾水护坡处由汽车轮渡上的长臂挖掘机直接卸料、摊铺，再通过人工摊铺、蛙式打夯机压实。（2）模袋混凝土浇筑。模袋铺展由人工自上而下顺坡滚铺，水面上采用定位船进行定位，模袋展开平整到位后，在搭接处进行缝合。在厂房尾水护坡下游20m高程平台布置0.4m3搅拌机集中拌制混凝土，人工胶轮车输送至集料斗，混凝土泵送至模袋灌口，人工配合混凝土充灌、找平，水下施工由潜水员在水下负责连接模袋充灌口和混凝土软管口、混凝土踩压。（3）充填灌浆施工。充填灌浆施工在混凝土强度达到设计强度的70%后进行，充填灌浆通过预埋的φ50PVC花管、HB80型灌浆泵灌浆。（4）塑料盲沟排水管施工。待护坡混凝土强度达到设计强度的85%后，使用手风钻造孔，人工填塞塑料盲沟排水管。

5结语

厂房尾水护坡损毁产生原因是护坡在厂房发电尾水水流持续冲刷、波浪拍打作用下，浆砌石护坡局部产生破坏，致使回填的砂卵石不断被水流带走，坍塌范围不断扩大。鉴于桂江正处在汛期，电站尾水位较高，先进行抛填块石临时应急防护处理，避免护坡坍塌进一步扩大，待枯水期再全面永久修复加固处理。应急处理方案实施后，经反馈，护坡坍塌范围未继续扩大，抛填块石表面呈稳定状态，也未发现坍塌部位附近河水出现浑浊现象。模袋混凝土护坡永久修复加固方案不需设置围堰及模板，施工简单方便，尤其是水下部分护坡成型容易，整体性好，施工速度快，对电站发电运行影响较小，对工期要求较高的护坡加固工程是非常好的设计方案。

作者:蓝爱姣 单位:广西水利电力勘测设计研究院

参考文献

[1]广西水利电力勘测设计研究院.广西桂江京南水利枢纽厂房尾水护坡损毁修复加固工程初步设计报告（报批稿）[R].南宁：广西水利电力勘测设计研究院，2014.