大型灌区渠道供水期的边坡防护技术

钟一桢

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510170)



大型灌区渠道供水期的边坡防护技术

钟一桢

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510170)

青年运河改造工程主河段在改造期间要求不间断供水，主河段内约3Km填方渠道由于施工期运河放水流量大,渠内水位太高,钢板桩围堰施工困难。采用水下模袋混凝土代替了钢板桩围堰干地施工的方案,并提出模袋混凝土的施工工艺。

大型渠道;不间断供水;模袋混凝土;边坡防护

1 工程概况

鹤地水库建成于1960年,位于廉江市河唇镇鹤地村附近,控制九洲江上游流域集雨面积为1 495 km2,总库容为11.44亿m3,正常蓄水位为40.5 m,死水位为34.0 m,死库容为2.96亿m3,兴利库容为4.99亿m3,多年平均产水量为14.8亿m3,是一座以灌溉为主结合防洪、航运、发电、旅游等综合性利用的大(1)型水利枢纽工程。

雷州青年运河灌区以鹤地水库为水源地,原设计灌溉面积为13.33万hm2,是全国重点大型灌区之一,主河全长78.073 km,主河自河首至东海河分水口段,长度32.777 km,全部为明渠输水。渠首设计引水流量为110.0 m3/s,加大引水流量为121.0 m3/s,主河除灌溉外,还承担为廉江市区、遂溪县城、湛江市赤坎区、麻章区及霞山区生活及工业用水供水任务,节水改造工程施工期间要求渠道不间断供水。

2 原初步设计方案

主河25+890～26+164、27+039～28+500、30+000～31+293段原渠道为梯形输水断面,渠道整治设计底宽26 m,渠道内坡1∶1.5,渠堤右岸顶设计宽为2.5 m,渠堤左岸顶宽为3.5 m,如果渠道原堤顶宽大于设计宽度,则保留原堤顶宽度。渠道内侧采用0.10 m 厚C20砼进行防渗衬砌,渠道砼衬砌每3 m设一道横向伸缩缝,两侧堤脚设纵缝,缝内用闭孔泡沫板填缝,石油沥青聚氨酯封顶。外坡进行填土培厚,堤脚做贴坡排水。施工采用钢板桩围堰干地施工。

3 方案变更缘由

湛江市雷州青年运河灌区续建配套与节水改造工程主河25+890～26+164、27+039～28+500、30+000～31+293段是2013年度计划实施项目。该段为填方渠段,经调查,是主河历年险情多发渠段。

原初步设计批复的导流流量为10.0 m3/s,该段渠道水深约1.8～2.0 m,采用单根6 m长拉森Ⅲ型钢板桩围堰围护基坑,形成渠道底板、边坡砼的干地施工条件。随着城市发展,沿线供水不断增加,导致主河放水流量增加,运河一直处于高水位运行。根据2011年至今施工期间的情况了解,该段的实际运行水深约3.5～4.3 m,比原初步设计的水深增加较多。

参建单位根据现场实际情况,经过反复论证研究,提出了钢板桩围堰改进方案,由6 m长钢板桩改为 9～12 m长钢板桩,并增加板桩顶部钢绞线拉杆的钢板桩围堰进行导流、基坑内干地施工。但该段渠道施工期水深较深,经过多次施打试验钢板桩均未能成功,钢板桩围堰的稳定、基坑渗水问题的未能有效解决。为此,针对该段渠道的加固方案结合水下施工条件提出新的加固改造方案。

渠道原设计的加固改造方案的主要功能是渠道防渗、内坡的加固以及渠道糙率的降低。现提出的改造方案也要尽量确保以上功能的实现。

通过对渠道地质情况分析,三段渠道未见透水层,因此渠道的防渗可以通过堤身设置防渗墙的方式解决,而渠道的内坡由于常年通水,水位变动区基本上都有内坡塌滑的情况,为保护渠道内坡,采用可水下施工的模袋混凝土护坡措施。因此,新的加固改造方案为施工期不采用围堰干地施工,不断流的情况下采用内坡模袋砼护坡。填方河段新设计标准断面见图1。

图1 填方河段新加固标准断面示意

4 渠道内坡防护设计

根据测量的平面图与断面图,在保持原设计渠底高程和确保过水断面面积的情况下,对桩号25+890～26+164、27+039～28+500、30+000～31+293段内坡进行水下修整,渠道内坡设模袋混凝土防护。河床底部均宽10 m左右,坡面长约8.0～9.0 m,河床坡角约33.5°。初选模袋的尺寸为长16 m,宽4 m。垂直水流方向模袋在河底平段的铺设长度L3为6 m ,沿渠道横断面方向铺设,模袋每4 m设200 mm搭接面,搭接处底部铺设500 mm宽复合土工膜。模袋岸顶嵌入1 m深的凹槽内进行嵌固,以回填土进行压顶。中间4 m宽河床采用模袋混凝土顺水流铺设,拼接形式连接。

4.1 模袋混凝土厚度确定

模袋混凝土护坡主要是承受浮托力和风浪荷载,土工模袋混凝土厚度按抗漂浮所需要的厚度可用公式(1)进行计算,

(1)

式中 C为面板系数,大块混凝土护面,c=1；护面上有滤水点,c=1.5；Hw、Lw为波浪高度与长度,m； Lr为垂直于水边线的护面长度,m,本工程Lr取9m；m为坡面a的余切；a为33.5°； γc为混凝土有效容重,kN/m3,取24kN/m3； γw为水的容重,kN/m3；

经计算,模袋混凝土充填厚150mm。从结构上的要求,混凝土护坡厚度不宜少于100mm；本工程模袋混凝土厚度取计算值150mm,满足要求。

4.2 抗滑稳定性校核

计算模袋混凝土的抗滑稳定安全系数可按公式(2),抗滑计算公式如下：

(2)

式中L3、L2为长度,m,见图2；a为坡角(°),本标段坡角约33.5°；fcs为模袋与坡面摩擦系数,一般取0.5；FS为安全系数；

经计算,FS=1.35。对比《堤防工程设计规范》(GB 50286—98)规范规定,计算结果大于2级堤防抗滑稳定安全系数1.25,满足要求。

5 施工工艺

采用简易浮箱滑道法浇筑模袋砼,施工工艺流程为：准备工作→测量放样→浮箱定位→模袋布敷设→排头固定→充灌混凝土→模袋沉放。

1) 准备工作

设计充填水泥砼厚度为15 cm,模袋宽度为4 m,长度按设计的整体条带长度加工成卷运到现场。0.75 m3移动式拌和机拌制砼,混凝土泵送、浮箱等相关设备进场。

2) 浮箱定位

采用简易浮箱2个,在2个浮箱的中间布设滑道。模袋混凝土施工前,先将浮箱定位。

3) 模袋布敷设

将模袋从浮箱、滑道板牵引至渠顶上模袋平台固定,将整个模袋布铺平拉展,预留灌口以便灌注砼。排头固定：在渠顶平台上的锚固槽内,将Ф100钢管穿入模袋排头穿管布中,采用4根Ф79钢管制成的管桩打入沟槽底部将排头固定,有防渗墙位置可利用墙端固定。施工时要确保已施工的模袋混凝土不得下滑移动,固定桩待该幅模袋灌铺结束后再行拔除,用作下次周转。

4) 充灌及铺放

采用HBT30A型砼泵、充灌管路向模袋内充灌混凝土。陆上部分的模袋砼采用泵送管道接驳至各充灌口进行充灌。水下部分的模袋混凝土在滑道上部平台上进行充灌,充灌砼的同时人工踩动助流,保证模袋混凝土充灌饱满,满足设计的质量要求,模袋充灌好后,控制浮箱后移,将充灌好的模袋沉放就位。厚充灌过程中随时用探针检查度是否达到设计要求,并能及时进行调整。潜水员配合检查施工质量。

5) 施工注意事项

① 土工模袋质量必须选用符合土工材料的规范要求；模袋质量保证才能保证施工的出现的断线、破裂等问题

② 为了使模袋混凝土更加平顺,施工前,利用长臂挖机对坡面的坑洼、坑洞、塌方严重部位进行简单平整；对水上坡面除杂。

③ 模袋混凝土应按照先上游后下游的顺序施工,充灌自下而上。每个灌注口控制灌浆面积为6 m2。模袋块体之间的通道处要有专人负责踩压,以使混凝土顺利通过通道。模袋拼接采用现场缝接,相邻2块模袋接缝处,垫设无纺土工织物,土工织物与模袋混凝土搭接长度不宜小与50 cm。

④ 水下施工由潜水员配合控制模袋混凝土施工质量,特别是水下块与块之间的连接平整,缝接紧密。

6 结语

本标段采用模袋混凝土护坡新方案后,无须围堰,无须断水,避免了高水钢板围堰施工安全问题,也大大加快了施工速度。模袋混凝土配合防渗墙方案实施后,水流流态改善,防渗效果明显。该施工方法在工程中应用是成功的,也是适合各大引水、供水渠道改造工程推广的施工技术。

[1] 广东省水利电力勘测设计研究院.广东省湛江市雷州青年运河灌区主河25+890～26+164、27+039～28+500、30+000～31+293段渠道整治设计变更报告[R].广州:广东省水利电力勘测设计研究院,2015.

[2] 谭文彪.土工模袋混凝土在蕉门河内河堤抢险工程中的应用[J].广东水利水电,2012(5):32-34.

(本文责任编辑 马克俊)

Slope Protection Technology in Large Irrigation Channel in the Water Supply Period

ZHONG Yizhen

(Guangdon Hydropower Planning and Design Institute , Guangzhou 510635，China)

Main river of Youth canal reconstruction project is requested continuous water supply during the period of transformation. About 3 km fill in the main river channel; because the large canal water flow during canal water level is too high, the steel sheet pile cofferdam construction difficulties. Scheme of the steel sheet pile cofferdam in the dry land is replaced the mold bag concrete construction, and the construction technology of mold bag concrete is put forward.

large channel； continuous water supply； mold bag concrete；slope protection

2016-04-28;

2016-05-26

钟一桢(1982),男,本科,工程师,从事工程管理工作。

U617.8

B

1008-0112(2016)06-0034-03