水利樞紐廠加固設計研究論文
[摘要]介紹了京南水利樞紐工程及廠房尾水渠左側護坡、擋墻的結構概況，分析了2014年5月廠房尾水渠左側護坡發生坍塌的原因，提出了在坍塌段拋填石塊的應急處理方案，并論述了模袋混凝土護坡永久修復加固設計方案及施工措施。
[關鍵詞]廠房尾水護坡；坍塌；應急處理；模袋混凝土護坡；設計；施工；京南水利樞紐
1工程概況
京南水利樞紐位于梧州市蒼梧縣京南鎮上游約800m處，下游距梧州市68km，為桂江綜合利用規劃中的倒數第二個梯級，是一座以發電為主，兼有航運、灌溉、水產養殖、旅游等綜合利用效益的水利工程。水利樞紐攔河壩壩址以上集水面積17388km2，水庫總庫容2.55億m3，電站裝機容量2×34.5MW。京南水利樞紐船閘布置在左岸，右側為發電廠房，閘室右側與廠房之間采用回填砂卵石或回填土形成30m高程平臺，以平衡或改善船閘結構受力。平臺外側即為廠房尾水渠左側護坡，坡度1∶2.5，在20m高程設寬1.5m馬道。廠房尾水渠左側護坡坡腳設置R28150混凝土擋墻，其中0+057.634～097.034段擋墻頂高程為14m，底高程為4.24～12m；0+097.034～0+155.000段擋墻頂高程為14m，底高程為12m。擋墻與船閘閘室右閘墻之間回填砂卵石，兩者之間形成的邊坡表面以75#漿砌石襯護。0+057.634～097.034段擋墻頂漿砌石護坡坡比為1：2.5，護坡20m高程處設置1.5m寬馬道，20m高程以上漿砌石護坡坡比為1：2.25，護坡頂部30m高程處設置5.87m寬平臺；0+097.034～0+155.000段擋墻漿砌石護坡坡比為1：2.5，護坡頂部20m高程處設置干砌石平臺。
2應急處理方案
[1]2.1應急處理方案2014年5月4日，京南水利樞紐廠房尾水渠左側護坡發生坍塌，坍塌長度約50m。當日晚，梧州市桂江電力有限公司派人潛水探摸水下護坡受損情況，判斷該段護坡腳的混凝土擋墻沒有被淘刷破壞，無異常狀態。2014年5月8日，經現場勘查，廠房尾水渠左側護坡約0+070～0+127段范圍內，20m高程以下的.護坡已出現坍塌破壞，并在廠房發電尾水水流持續沖刷、波浪拍打作用下，護坡回填的砂卵石不斷被水流帶走，沖刷坑附近河水渾濁，呈黃色。現場照片見圖1。圖12014年5月8日現場照片根據現場實際情況，經研究，建議對尾水渠左側護坡坍塌修復提出如下應急處理方案：為防止尾水渠護坡損壞進一步擴大而影響到船閘安全運行，采用在毀損護坡范圍內先拋填塊石應急防護方案處理，避免沖刷坑進一步擴大。應急處理方案主要技術要求如下：
（1）應對電站廠房尾水渠左側護坡坍塌范圍、深度進行勘測，必要時須水下確認護坡擋墻受損情況。
（2）在護坡坍塌范圍內先拋填塊石，拋填形成表面與原設計護坡坡面基本相同，超填不應超40cm；拋填塊石范圍應超出護坡沖刷坑邊緣1～2m。
（3）用于拋填的塊石必須新鮮完整、無風化，塊石粒徑要求20～40cm之間。
（4）在施工中盡量避免拋填塊石進入尾水渠。
（5）應急防護方案（拋填塊石護面）完成后，要求密切注意觀察護坡的變化情況，如果出現新的險情，則應立即實施進一步的搶修措施。2.2應急處理方案實施按照上述應急處理方案，廣西水電工程局基礎工程公司隨即組織施工人員進場、備料，于5月23日對廠房尾水渠左側護坡坍塌范圍進行拋填塊石作業。應急處理方案實施后，據梧州桂江電力有限公司相關技術人員反饋，經連續觀測，護坡坍塌范圍未繼續擴大，拋填塊石表面呈穩定狀態，坍塌部位附近河水也未出現渾濁現象。2014年9月3日上午，梧州桂江電力有限公司向上級主管部門申請停機半天，聘請潛水員對廠房尾水渠護坡坡腳混凝土擋墻、尾水渠底板進行了損毀情況探摸，經過詳細探查，潛水員報告未發現混凝土擋墻、尾水渠底板出現損毀，基本維持原狀，僅發現拋填塊石作業時掉落在尾水渠內的少量塊石。應急處理方案實施后現場照片見圖2。
3永久修復加固設計
3.1設計依據本工程主要永久性擋水建筑物混凝土攔河壩、電站廠房、船閘上閘首為3級建筑物，其余次要建筑物降為4級建筑物，臨時建筑物降為5級建筑物。京南樞紐主要擋水建筑物采用的洪水標準為50年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001）確定工程區地震動峰值加速度為0.05g，相應的地震基本烈度為Ⅵ度。
3.2水文資料
（1）水庫正常蓄水位30.0m；電站下游最低尾水位15.45m；
（2）水庫設計洪水位35.42m（P=2%）；
（3）水庫校核洪水位38.29m（P=0.2%）；
（4）船閘上游最高/最低通航水位30m/26.2m，船閘下游最高/最低通航水位25.9m/15.45m；
（5）洪峰流量（見表1）。
3.3修復加固方案擬定電站下游最低尾水位為15.45m，而廠房尾水護坡坡腳混凝土擋墻的墻頂高程為14.0m，尾水護坡有局部斜坡段位于水下。考慮這種情況，本次修復加固設計選擇“模袋混凝土護坡”和“水下混凝土+常規混凝土護坡”兩種方案進行比較。“模袋混凝土護坡”方案不需設置圍堰及模板，施工簡單方便，尤其是水下部分護坡成型容易，整體性好，施工速度快，對電站發電運行影響較小，非常適合于工期要求較高的護坡加固工程，但造價高于常規混凝土。“水下混凝土+常規混凝土護坡”方案澆筑水下混凝土時，需要立模澆筑，施工工期相對較長，對電站發電運行影響較大，同時由于水下混凝土成型困難，很難控制水下混凝土的澆筑質量，而且造價高于模袋混凝土。兩方案經綜合比較后，因“模袋混凝土護坡”方案施工速度快、施工質量好的優勢明顯，本次修復加固設計推薦“模袋混凝土護坡”方案。
3.4修復加固方案設計
3.4.1模袋混凝土厚度確定因模袋混凝土厚度是不均勻的，本工程所稱模圖22014年9月3日現場照片袋混凝土厚度均指模袋混凝土平均厚度。根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225-1998），抗漂浮所需厚度按下式計算：δ≥0.07cHwLwLr3γwγc-γw1+m2m經計算，并根據其他工程經驗，確定本工程模袋混凝土厚度為300mm。
3.4.2模袋混凝土護坡抗滑穩定分析根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225-1998）6.4.4條規定，模袋混凝土護坡抗滑穩定安全系數按下式計算：Fs=L3+L2cosαL2sinαfcs經計算，廠房尾水渠模袋混凝土護坡抗滑穩定系數Fs=1.25>1.20，滿足規范要求。
3.4.3廠房尾水渠護坡修復加固設計本次護坡修復加固范圍為樁號0+076.5～0+155.0段。14～17m高程段護坡（含20m高程馬道）采用模袋混凝土加固，首先按照原設計坡比，對應急處理已拋填塊石進行平整、理坡；拋填塊石平整完成后，在其表面順坡預埋充填灌漿50PVC花管，間距2m，接著鋪設150mm厚粒徑20～40mm的碎石找平層，通過人工攤鋪、壓實，使碎石充分填充塊石間縫隙；隨即施工模袋混凝土面層，厚度300mm，混凝土強度等級為C25
（1）；最后待模袋混凝土達到設計強度的85%及充填灌漿完成后，用手風鉆在模袋混凝土面板表層鉆φ50孔至碎石找平層底部，鉆孔按梅花形布置，間距3m×3m，在鉆孔內填塞φ50塑料盲溝排水管。
（2）17m高程以上至距離20m高程馬道內側水平距離5.3m范圍內的護坡采用現澆C25混凝土加固，理坡、預埋充填灌漿管、鋪設碎石找平層施工順序及技術要求同14～17m高程段護坡，且要求同步進行；待14～17m高程段護坡模袋混凝土面層施工完畢后，方可施工17m高程以上現澆混凝土面層，厚度300mm，混凝土強度等級為C25，混凝土面層沉降縫按5m間距設置，縫內填充瀝青木板；在混凝土面層澆筑前，將預埋的50PVC排水管固定到碎石找平層底部，排水管按梅花形布置，間距3m×3m，排水管預埋端用鐵絲綁扎土工布反濾袋150mm×150mm×100mm。模袋混凝土、現澆混凝土護坡施工均完成后，混凝土強度達到設計強度70%以上時，即可對護坡面層以下回填料進行充填灌漿。廠房尾水護坡損毀修復加固設計圖見圖3～4。
4模袋混凝土護坡施工
（1）拋填塊石平整、理坡。坡面拋填塊石平整、理坡采用汽車輪渡裝載長臂挖掘機整平，局部人工配合。用于鋪設找平層的碎石料，由20t自卸汽車運到京南鎮碼頭，使用貨船轉運至廠房尾水護坡處由汽車輪渡上的長臂挖掘機直接卸料、攤鋪，再通過人工攤鋪、蛙式打夯機壓實。
（2）模袋混凝土澆筑。模袋鋪展由人工自上而下順坡滾鋪，水面上采用定位船進行定位，模袋展開平整到位后，在搭接處進行縫合。在廠房尾水護坡下游20m高程平臺布置0.4m3攪拌機集中拌制混凝土，人工膠輪車輸送至集料斗，混凝土泵送至模袋灌口，人工配合混凝土充灌、找平，水下施工由潛水員在水下負責連接模袋充灌口和混凝土軟管口、混凝土踩壓。
（3）充填灌漿施工。充填灌漿施工在混凝土強度達到設計強度的70%后進行，充填灌漿通過預埋的φ50PVC花管、HB80型灌漿泵灌漿。
（4）塑料盲溝排水管施工。待護坡混凝土強度達到設計強度的85%后，使用手風鉆造孔，人工填塞塑料盲溝排水管。
5結語
廠房尾水護坡損毀產生原因是護坡在廠房發電尾水水流持續沖刷、波浪拍打作用下，漿砌石護坡局部產生破壞，致使回填的砂卵石不斷被水流帶走，坍塌范圍不斷擴大。鑒于桂江正處在汛期，電站尾水位較高，先進行拋填塊石臨時應急防護處理，避免護坡坍塌進一步擴大，待枯水期再全面永久修復加固處理。應急處理方案實施后，經反饋，護坡坍塌范圍未繼續擴大，拋填塊石表面呈穩定狀態，也未發現坍塌部位附近河水出現渾濁現象。模袋混凝土護坡永久修復加固方案不需設置圍堰及模板，施工簡單方便，尤其是水下部分護坡成型容易，整體性好，施工速度快，對電站發電運行影響較小，對工期要求較高的護坡加固工程是非常好的設計方案。
參考文獻
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