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1、上虞市山塘水库大坝除险加固中涵管处理方法探讨第23卷第2期2011年6月浙江水利水电专科学校J.ZhejiangWat.Cons&Hydr.CollegeVo1.23No.2Jun.2011上虞市山塘水库大坝除险加固中涵管处理方法探讨陈君利,沈坚(1.杭州湾上虞工业园区管委会,浙江上虞312300;2.浙江水利水电专科学校,浙江杭州310018)摘要:在水库除险加固工程中,大坝内部埋设涵管的有效处理是较为核心和复杂的问题,也是除险加固工程能否实现正常效益的重要基础.本文结合上虞市现有水库实际情况,对水库大坝除险加固工程中涵管处理的四种常用的方法进行了论述,比较了各种方案的优点和缺点,并
2、对几种方法进行了经济性,可行性的分析,说明了各自的适用范围和最为经济合理的方案.关键词:水库;除险加固;涵管处理中图分类号:TV697.3文献标志码:A文章编号:1008536X(2011)02006203DiscussiononCulvertDisposalinDamReinforcementCHENJun.1i,SHENJian(1.ShangyuIndustrialArea,HangzhouBay,Shangyu312300,China;2.ZhejiangWaterConservancyandHydropowerCollege,Hangzhou310018,China)Abstract
3、:Theculvertdisposalofreservoirdamsisthecoreandcomplexprobleminreinforcementproject,whichisalsoregardedasthecrucialfactorinexpectedbenefitrealization.Fouruniversaltechnicaltreatmentsofculvertdisposalinreservoirreinforcingarestatedinthispaper,basedonthecaseofShantangReservoirinShangyuCounty.Theadvanta
4、gesandthedisadvantagesoftherespectivetreatmentarecomparedineconomicalandpracticalperspectives,anddifferentapplyingscopeforeachschemeissuggested,aswellasthemostreasonableoption.Keywords:reservoir;reinforcement;culvertdisposal1问题的提出2对涵管的处理方法上虞市现有山塘水库1000余座,其中有小型水库52座,这些水库大多数建于20世纪五,六十年代,建成运行后,对上虞市国民经济
5、的持续稳定发展发挥了重要的作用.但由于技术水平和管理等方面的历史原因,普遍存在设计标准偏低,施工质量不稳定,存在隐患较多的问题.特别是水库的放水涵管,大多数都存在管身沉陷导致开裂,漏水逐渐严重等普遍问题,还有的由于外侧填土不实,长期漏水带走泥土.很有可能会危及土坝安全.而水库放水涵管担负着灌溉,供水和发电等多项任务,是水库的重要建筑物之一,当出现险情时是很难抢修的,如不及早进行除险加固处理,后果将不堪设想.收稿日期:20110311作者简介:陈君利(1978一)男,浙江上虞人,工程师.主要从事水利工程管理_T作.上虞市从2003年开始实施千库保安工程建设以来,截止2010年共计完成水库除险加固
6、26座,投入资金6500余万元,有效的解决一大批隐患较大的水库安全问题,充分发挥了水库的经济和社会效益.在实施过程中,根据有关要求对涵管的处理是除险加固工程的重点内容之一,根据已经实施的情况统计,对涵管的处理上虞市目前基本采用以下几种方法:(1)开挖破坝重建;如岭南奈何畈水库,驿亭状元岙水库等;(2)放弃和堵塞原涵管,在两侧山体开挖输水隧洞;如陈溪乌桐水库,长塘谢岙水库;(3)放弃和堵塞原涵管,改用虹吸式钢管;如上浦倪马湖水库;(4)利用原涵管内套HDPE管,原涵管与新钢管之问空隙采用灌浆充填,如陈溪背向水库,章镇第2期陈君利等:上虞市山塘水库大坝除险加固中涵管处理方法探讨63米岙水库.上述4
7、个方案进行比较,有不同的适用范围和优缺点,现结合上虞市工程实施的具体情况对四种涵管处理方案进行论述和比较.2.1开挖破坝重建方案该方案在上虞市早期实施水库除险加固设计中采用的较多,如梁湖沈公岙水库,北岙水库,上浦新窑水库,章镇钱村水库,白水水库,岭南苕花岭水库,奈何畈水库,驿亭状元岙水库等等.大坝开挖重建新的放水涵管的方案,优点就是比较直观和彻底,因为这些水库都修建于上世纪五,六十年代,不但没有详细的设计资料,当时施工条件和材料使用上更是就地取材,运行使用几十年来不同程度都存在各种隐患,坝体开挖就可以比较彻底的清理掉老涵管,并能按设计要求重新铺设符合水库运行条件的压力涵管,确保能在涵管使用寿命
8、内解决埋设在坝体中的这个隐患.该方案的技术要求简单,一般对开挖面根据土质状况边坡控制在1:1左右,回填土方按0.3m每层夯填,压实度不低于0.96.在工程实施中最主要可能出现的是涵管基础开挖时出现的偏差,不过解决方法也比较简单,除了直接开挖到强风化岩基,浇筑埋石砼基础,也可以在开挖基础上直接浇筑钢筋砼底板再铺设压力涵管.当坝体两侧山体不适宜于开挖隧洞,而且坝高又超过10131,坝下老涵管管径较小,走向弯曲,就只能采取破坝开挖的方案,但采用这个方案的缺点是土方开挖和回填量大,需要工期长,投资大.按开挖坝高15m,开挖边坡1:1,坝顶宽5m计算,需开挖坝体1万m左右,加上回填土方1万m,这两项投资
9、约在25万元左右.同时施工期间容易受天气状况影响,新回填土方与老坝体土方存在沉降量,容易出现土方结合不好,产生不均匀沉降和裂缝等现象.2.2封堵老涵管,在两侧山体中新建输水隧洞封堵老涵管的处理措施在上虞市的水库除险加固工程中采用的也较为普遍,如长塘天靠溪岙水库,天打石水库,谢岙水库,陈溪乌桐水库,章镇甘大水库等都采用了封堵老涵管,在两侧山体中新建输水隧洞的方案.上虞市水库主要分布在虞南山区,大部份库区地质岩石为抗渗性良好的火山碎屑岩和花岗岩,岩石完整性较好,无较大断层通过,适宜于在两侧山体中新建输水隧洞.方案的明显有点是效果可靠,新建涵管的质量远远优于老涵管.但新建隧洞施工技术较复杂,要求高,
10、需要有专业的施工爆破队伍和施工机械,工程实施前需对两侧山体进行必要的地质勘探和安全评估,进水口开关设施需要重建,原涵管要作封堵处理,施工期较长,投资较大,如开挖一个长度150m,断面为2m2m的隧洞,隧洞开挖和进出口衬砌两项投资约在20万元左右.相比较坝体大开挖方案,该方案最大的优点是隧洞施工和主坝体除险加固工程可以分开实施,平行作业,同时水库除险加固后可永久解决坝下埋管对坝体的影响.2.3封堵老涵管.新建虹吸管在水库除险加固中采用封堵老涵管,新建虹吸管的方案在上虞市的倪马湖水库中得到了应用.该方案对虹吸管的真空值和安装高度有一定要求,虹吸管最高点与进水口低水位的高差一般8m,下游出水口低于进
11、水口2m以上,所以较适用于坝高小于10m的水库.虹吸管一般采用DN300mm钢管,在上下游水位差达到5m时池水量可以达到0.21ITI/s,在低水位上下游水位差1m时流量也可以达到0.1m/s.可以说完全能满足小型水库的灌溉和泄洪要求.同时采用虹吸管方案也可彻底消除土坝放水涵管的隐患,节约工期和投资.按虹吸长度70m计算,计算造价约在10万元左右.相比大坝开挖和隧洞方案,造价方面有较为明显的优势.但采用虹吸管道施工要求较高,重点是做到管道的严密性良好,各种阀门无漏气,保持管道的真空度.在实际运用中为避免空气跑人管道,可以考虑在最高点设置一个液体交换箱,该液体交换箱的功能就是把跑人管道中的空气与
12、箱中的水体进行交换,一箱200L的水一般可维持3040d正常使用,箱中水位减少至1/3左右,可由人工添加箱中水量,保持虹吸管的正常使用.采用虹吸管对日常有运行管理要求较高,相对于坝下涵管或输水隧洞来说,虹吸管的启闭用阀门控制,所以对阀门的维修保养要求较高,要避免Et晒雨淋.同时要落实专人管理和操作,经常要对虹吸管和液体交换箱进行检查,发现水位低于1/2时要及时补充,防止管道中真空条件的破坏.2.4在原涵管内套HDPE管,老涵管和HDPE管间用水泥砂浆充填老涵管内套t/DPE管方案在近两年才逐步在上虞市水库除险加固的实际工程中得到应用,如陈浙江水利水电专科学校第23卷溪背向水库和章镇米岙水库都采
13、用了这个方案,从工程运行情况来看效果较为理想,这个方案的主要特点是技术较简单,不用开挖土方,施工期短,可以利用原涵管,工程投资小.在采用原涵管内套管的方案时主要考虑是原涵管的管径和走向,同时考虑套管管径能否满足下游的用水需求.上虞市很多建造于20世纪五,六十年代的小型水库坝下涵管为浆砌条石,管径在0.600.80m左右,如果原涵管走向顺直,完全可以采用在原涵管内套管,老涵管与套管之间用水泥砂浆充填的方案.在内套管材的选项用上,可以选用内套钢管和HDPE管两种材料,其中HDPE管作为传统钢管的替代产品,具有重量轻,耐腐蚀,水流阻力小,节约能源,安装简便迅速,造价较低等显着优势,得到了广泛应用,主
14、要在于其具有其它管道所无法比拟的优点:(1)易于对口焊接和电熔焊接而形成完成封闭的防渗系统;(2)重量轻而易于安装处理,具有适当的挠曲度;(3)强耐磨性和优异的液压性,在埋地管道可无需外层保护;(4)耐化学腐蚀,抗内,外部及微生物腐蚀,耐腐蚀性强,具有健康性;(5)良好的环境适应性和抗冻性;(6)使用年限长,具有超过几乎50年的使用寿命;(7)易回收使用.按照上虞市相关工程采用老涵管内套HDPE管并灌浆充填的方案,主要包括以下步骤:一般先挖除老涵管进口段5m左右,然后现场边焊边套.安装完成后在老涵管和HDPE管之间浇好砼堵头,在进口断面上侧安装2根65omm的镀锌管,长度约为套管长的1/3以上
15、,出口断面上侧安装2根,/,25mm的排水管,下侧安装两根直径50mm的镀锌管,长度约为套管长度的1/3.灌浆采用孔口封闭式循环灌浆法.每孔要求复灌3次,每次间歇时间不少于3d.第1次,第2次和第3次灌浆的压力要求为0.1MPa,0.15MPa和0.2MPa当每次灌浆达到设计压力后开动回浆阀,并保持其设计压力,当每分钟吸浆量小于1L/min时再继续灌注30min才停止该孔灌浆.第1次灌注时采用水泥沙浆,细粉砂掺入量为干料量的20%,第2次和第3次灌注时采用纯水泥浆.浆液的配比一般采用3:1,2:1,1.5:1,1:1等四级.第1次灌注时采用较浓的浆液,第2次和第3次则采用较稀的浆液_3.进口段
16、5m的HDPE管进行砼包管,并回填黄泥压实.由于一般小型水库放水涵管除险加固处理要求工期短,采用内套HDPE管和灌浆处理比较合适,只要施工前做好充分准备,选择素质高的施工队伍,精心做好施工组织设计,使整个施工能够按计划紧凑有序进行,一般用2030d左右的时间就可以保质保量完成任务j.同时相比较其它方案,一条80m涵管采用内套HDPE管加水泥砂浆灌浆处理的方案在造价约在6万元左右,经济效益上非常明显.3结论综上所述,对坝下涵管处理的方案有多种选择,也各有利弊.我们只有在具体的工程实施中,结合除险加固水库的实际情况,根据坝型,地质条件,原涵管情况以及工程投资,工期,施工,管理等方面采用多种方案比较,才能选择出最能符合工程实际需要的大坝除险工程方案,这样既能确保水库大坝的安全运行,又能达到工程投资的经济效益最大化,推动上虞市水库除险加固工作更快更好的完成.参考文献:1梁绍良_水库放水涵管除险加固的处理J.水利科技与经济,2002(4):248249.2洪张其,赵微人,俞新雄,等.虹吸管在小型水库泄水涵管改造中的应用J.大坝与安全,2005(5):7375.3蔡朝晖.中小型水库涵管除险加固的处理方法J.广东水利水电,2009(5):6869.4徐项.PE管处理技术方案在解放水库放水涵管除险加固中的应用J.中国高新技术企业,2010(3):5860.