水电站汛期防护分析论文

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1、工程概况

丙村水电站位于梅县丙村镇上游，主要建筑物有挡水坝、泄水闸、电站厂房及船闸等，左岸有梅坎铁路通过。工程分两期施工，一期枯水期低水围堰维护右岸厂房、7孔半泄水闸施工，并开挖左岸滩地船闸基础至58.0m，同时向左拓宽河床形成宽约40m的明渠，进行一期工程导流。

导流明渠在施工过程中，由于各种原因，如征地不够，导致开挖边坡由1:1改为1:0.4，上游边坡坝上0-135处存在一冲沟,受河水冲刷影响,明渠边坡上游出现塌方，同时，开挖的边线距离梅坎铁路最小距离仅25m，严重威胁着梅坎铁路及附近村民的安全，因此，在汛期到来之前，做好左岸边坡的防护尤为重要。

2、明渠边坡防护设计与施工

2.1丁坝的设计与施工

为改变水流流向，减小汛期洪水对边坡的直接冲刷，于坝上0-075~坝上0-150处设一丁坝，丁坝左侧接明渠开挖边坡，右侧接一期纵向低水围堰，平面布置见图1。

图1左岸明渠防护布置图图2丁坝断面图

丁坝采用大块石碾压填筑，块石块度大于40cm，底部宽度为14.6m，高度为4m，顶部宽度为5m，满足坝顶通车要求，丁坝断面见图2。

由于施工临设全部集中在右岸，因此，在梅江水位较低（约▽60高程）时，利用一期低水纵向围堰储存的厂房开挖块石料，由一期纵向围堰（坝上0-75）斜向上填筑一条可供行走的石渣路与左岸明渠边坡（坝上0-150）相接，考虑到在施工期间，一期上横围堰还不能破除，必须在石渣底部埋设涵管（管径1.2m，一节1.0m），每排10m，共10排，石渣路施工期间面上可以过水，左岸护脚和护坡结束后，选用大块石对道路加高扩宽成丁坝设计断面。

2.2模袋砼护坡设计与施工

由于明渠开挖边坡由设计的1:1改为1:0.4，整个边坡头重脚轻，在水流的影响下，边坡脚必然形成掏刷，针对这一问题，对开挖边坡脚进行块石压脚处理，对边坡进行石渣覆盖，护脚和护坡的迎水面均采用模袋砼进行防冲。压脚块石设计边坡为1:1.2，底宽10.5m，填高4m；护坡石渣填筑于压脚块石上，设计边坡为1:1.2，底宽6.3m，顶宽1.5m，填筑至▽68高程，护坡底设一宽1m的检修马道。护坡及压脚处理见图3。

图3护坡断面图

a）模袋砼结构设计

﹡模袋形式的选择

护坡的砼模袋根据工程等级、施工条件、风浪和水流状况、资金和施工设备以及外观要求等确定选用无锡前达工业用布公司的WQC框格带排水点型的机织模袋，其技术指标见表1-1。

表1-1WQC框格型模袋技术参数一览表

材质

重量

G/m2

冲灌材料

成型厚度（平均值）

mm

主要技术参数

抗拉强度N/5cm

延升率

%

等效孔径

垂直渗透系数

cm/s

GBR顶破强度(N)

丙锦纶×

丙锦纶

＞600

砂浆或砼

150~500

经＞2200

纬＞2000

＜30

0.084~0.25

1.0×10-2~5.0×10-3

＞4000

﹡厚度确定

模袋砼护坡主要承受风浪荷载。抗波浪稳定要求的板厚可用式(1-1)计算。

（1-1）

式中：t为模袋砼厚度，m；η为系数，一般开缝板可取0.075；H为计算波高，m(取H1％)；γc为砼容重，kN/m3；B为顺坡方向的砼板长度，m；L为计算波长，m；m为坡比；γw为水的容重，kN/m3。

计算结果：t=0.05m=5cm，考虑到坡面变形，水流冲刷及施工因素，从构造上要求，砼护坡的厚度不宜小于10cm，本工程模袋砼护坡厚度取t=15cm。

﹡抗滑稳定性校核

按极限平衡法计算模袋砼沿坡面的抗滑稳定安全系数：

（1-2）

式中：-安全系数，土基按GB50286—98规定的土堤抗滑稳定安全系数(表1-2)取值；

R、T-模袋沿坡面的抗滑力与滑动力（kN）；

α-坡角；

f-模袋与坡土间的摩擦系数，可取0.5；

L1、L-模袋砼下端水平长度、上端水平长度(m)。

表1-2

护坡安全系数

工程等级

1

2

3

4

5

防洪标准

[重现期（年）]

〉100

〈100且≥50

〈50且≥30

〈30且≥20

〈20且≥10

非常运用条件

1.2

1.15

1.1

1.05

1.05

计算时取模袋与坡面土之间的界面为滑动面进行，计算结果=1.38，满足要求。

﹡排渗核算

机织模袋的每个排水点面积仅4cm2，其排渗能力应满足下式1-3、1-4要求：

qg≥Fsq(1-3)

qg＝naKgi(1-4)

式中：qg为每延米宽度模袋排水点的单宽排水量，m3/s；Fs为安全系数，可取Fs≥1.2；q为每延米坡长的单宽出流量，m3/s；n为每延米有效排水的排水点个数；a为排水点的面积，m2；Kg为排水点的渗透系数，m/s；i为排水点处的作用平均水力比降。

计算结果：qg=2×10-7m3/s‹Fsq=7.5×10-7m3/s，排水点的排水能力不足，应加设排水孔。排水孔的间距取4m，孔径取Ф50mm，孔底设土工织物滤层。

﹡顶部和底部结构

在梅江水流和雨季汇水冲刷下，护坡侧面边界、底部边界形成掏空，会影响模袋护坡整体稳定性，直接影响护坡安全，因此，模袋顶部、侧边采取顺坡挖沟、模袋折角及回填砼处理，底部边界作大块石压脚处理，边界处理见图4。

b)护坡施工

﹡块石压填施工

护坡块石压填采用分层施工，每层厚1.5m，▽65.5高程以下采用自卸汽车直接卸渣到施工面，按照设计边坡，推土机推平，公路碾振动压实，▽65.5高程以上采用自卸汽车直接卸渣到施工面附近，挖掘机铺填，公路碾振动压实，块石压填完成后，选用细渣铺填在坡面上，对突出的块石予以清除，人工修坡至设计坡度。

﹡模袋砼施工

施工准备：包括备足所需材料和设备、平整坡面、现场就位、放线定位、开挖顶脚基槽、测量水下施工水深和流速等。泵送施工主要设备是砼搅拌机和砼泵等，见表1-3。由于模袋尺寸须根据设计坡面进行确定，在石渣压填前根据设计边坡按岸线上游~下游方向划分单元，然后根据编制单元进行定制加工。

铺设模袋：边坡修整完毕后，开挖顶部边界和侧面边界沟槽，并按岸线施工方向铺设模袋单元，有异型单元要对号入座,铺设模袋时,坡顶平段沟槽前设锚墩或可回收钢锚体,用手动葫芦收紧模袋。模袋应在各片连接的底面铺非织造土工织物。各片间连接底面的非织造土

工织物采用缝接，土工织物在坡顶处可用8号铁丝制成的n形钉固定。顺水流方向铺土工织

图4边界处理图

物时，搭接带亦应固定。

按预定位置顺坡准确展开模袋，扎紧下口，上下两端设桩固定。机织模袋上沿连接松紧器，挂在固定桩上，如图5所示。

充灌砼：充灌搅拌机的内壁和模袋内事先用水适当润湿，再按要求的配比装料搅拌。拌和好的砼应测定坍落度，合格后才能灌入模袋内。

模袋砼用砼泵充填。充填按自下而上和左、右、中的顺序进行。

模袋在充填过程中模袋的收缩可由松紧器控制，模袋在灌上部2m模袋时松开上端的固定桩，让模袋沿坡面充分收缩，然后再灌至坡顶。排水管，在充灌完成1h后将排水管按设计要求插入。

模袋砼充灌过程中应注意和解决如下几个问题：

•防止堵塞事故，应随时检查砼级配和坍落度；防止过粗骨料进入和堵塞管道；防止泵入空气，造成堵管或气爆；充灌应连续，停机时间一般不得超过20min。

图5机织模袋铺设示意图

(a)平面图；(b)断面图

•泵与充灌操作人员之间应随时联系，紧密配合，充灌到位后及时停机，以防充灌过程产生鼓包或鼓破。出现鼓胀时，应及时停机，查找原因并处理。

•随时检查坡顶钢桩是否牢固，以防充灌过程中模袋下滑。

灌完一片后，移动设备，按上述步骤进行下一片的充灌施工。应特别注意两片间的联接、靠紧。

施工过程中做好记录和取样、成形，然后进行强度测定。

砼施工中，根据模袋的部位设三组配合比和渐变坍落度，底部水下平段采用自流平水下不扩散水下砼，斜坡段采用常规泵送砼，坡顶平段采用加大坍落度砼。砼设计参数见表1-4。

砼浇筑过程中，需人工沿砼流线脚跺模袋体，防止砼堵塞模袋体，从而使模袋鼓起破坏,砼转段时(平段转斜段或斜段转平段)，应适时调整配合比，通过改动砼坍落度增加砼内摩擦

力或流动性，砼灌填坡顶平段时，须专人跟进，砼灌满一角时，及时割除模袋锚链，使模袋砼拐进沟槽中，灌满单元模袋后，在转泵管前将该单元回填砼浇筑完，从而确保砼施工质量。

表1-3主要施工机械

设备名称

数量

单位

规格

用途

砼输送泵

1

台

37KwHB30A型

自动搅拌输送

砼搅拌机

2

台

515kWJZC350

砼搅拌

葫芦导链

10

个

100kg

模袋定位

钢管

20

根

Ф60，6m

模袋定位

槽钢

10

根

1.5m

模袋定位

砼输送管

25

根

3m,2m,1m

输送砼

高强度输送胶管

2

根

3m

输送砼

表1-4模袋砼设计参数表

砼

设计标号

水灰比

%

坍落度

cm

配合比（重量比）

（水泥:粉煤灰;碎石;粗砂）

级配/骨料粒径（mm）

砼

浇筑部位

C20

0.6

自流平

1:0.5:2.5:2.5

一级配/＜15

水下平段

C15

0.65

21~23

1:0.7:3:3

一级配/＜15

斜坡段

C20

0.62

25

1:0.6:2.8:2.8

一级配/＜15

坡顶平段

•养护：全部护坡施工完成后，进行坡顶、坡脚和上下游两侧接头的回填处理，同时进行护面砼的养护。一般养护期为7天，要求在此期间护坡表面处于润湿状态。

3、几点总结

•模袋砼水下平段根据施工实际需要采用自流平水下不扩散砼，其强度远超过C15；

•泵机的管道与模袋的联接宜采用胶管，模袋灌口的直径与胶管外径匹配，为了便于灌注时胶管与模袋的联接，有时为避免模袋的灌口经受不住填充料的摩擦而破损，需在胶管与模袋联接处做好附件，以保证连续灌注。

•模袋砼水下冲填时，应采用流动性较好的砼，可使砼较易充灌到位，同时注意水下模袋布的锚固牢靠，在水深较大或水下流速较快时，可借助潜水员水下定位和辅助砼充灌。

•模袋施工采用砼一次灌注成形，具有整体性好，施工简便，速度快，防护面不需要常年维修，成形后的坡面美观大方。

•模袋施工时无须围堰，可水上水下直接施工，机械化程度较高，施工的坡面面积大，稳定性好。但同时，应注意砼充入模袋时水分较多，经过2～3h后，水分排出，易造成砼厚度不足，致使护坡面厚度不均匀，同时纵横方向均会发生收缩，使坡顶的模袋砼埋入沟槽的深度减少。因此，充灌过程中应充分保证砼的充灌饱满而又不至于使模袋鼓爆。

•由于采用模袋砼护坡，左岸导流明渠抢在汛前完成护坡加固，保证了电站施工安全渡汛和梅坎铁路的安全运行，比原施工单位提出的方案节省了大约100万元；鉴于此，右岸雷公坑300多m渠道两侧边坡也采用模袋砼，抢在汛前完成了护衬加固。

•模袋砼在丙村水电站的成功应用，也是在梅州地区的首次应用，引起了当地水利、公路、煤矿、铁路等部门的重视，对模袋砼技术的推广普及，无疑起了推动作用，必将越来越发挥出它巨大的社会和经济效益。