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低液限粉土类基础橡胶坝工程

一、工程概况苍龙涧河拦河工程,位于苍龙涧河入黄河河口,工程北岸为三门峡市黄河游览区鸡足岛,南岸为规划黄河游览区服务区。
苍龙涧河拦河工程由2跨坝高为4. 5m橡胶坝、三孔进水闸以及土坝和交通桥等建筑物组成。工程运用特点是蓄清排洪,即纳蓄黄河清水排泄苍龙河洪水。当黄河水位高于苍龙涧河水位时,开启进水闸门,向库内充水;待黄河达到最高水位时,充坝、落闸蓄水;当汛期苍龙涧河出现洪水时,开闸、塌坝泄洪;该工程兴建的目的是纳蓄河水形成人工湖,将昔日裸露的杂草丛生的荒滩,变成碧波荡漾、水光相映的水上乐园,为三门峡市人民提供娱乐、休闲场所,促进三门峡市旅游业的进一步发展。
二、工程规模及总体布置
苍龙涧河拦河工程,由橡胶坝、进水闸、土坝和交通桥四部分组成,其中以土坝为主要挡水段,拦河控制段是2跨橡胶坝和3孔进水闸,总长59. 6m,其中橡胶坝段长38.0m,进水闸段长21. 6m。
橡胶坝共2跨,分别置于进水闸两侧。正常蓄水位高程321. Om。回水长1.0km,可形成水面80k㎡,最大蓄水量约400m³。
本文着重介绍拦河橡胶坝工程部分,即橡胶坝袋、充排水系统、锚固系统、上游防渗工程、下游消能防冲工程等。
三、橡胶坝工程设计
(一)坝袋设计及胶布选用
该工程采用枕式双锚固充水式坝袋。
(二)坝袋锚固结构
锚固结构采用穿孔螺栓压板式。上游锚固线距离坝底上游边为1.5m,下游锚固线坝底板下游边为4. 73m。上、下游锚固螺栓均为M30。螺栓间距20cm;坝袋两端锚固螺M24,间距亦采用20cm。

橡胶坝上游立视图

(三)充排水系统
在左、右两跨坝袋的左、右端对称布置一控制阀门竖井,两竖井结构型式相同。井口高程321. 8m,加设盖板,为封闭箱形结构,井口尺寸2m×3m,井底高程315, 8m,底板厚0. 6m,边墙厚0.4m。阀门井内设置集水井,集水井面积0.8m×0.8m。其底高程314. 7m,井中集水用潜水泵抽排。阀门井内部设爬梯。
两跨橡胶坝袋充水立坝、排水塌坝由左、右阀门井中一个手动充水阀门和一个排水阀门控制,充坝水源为市区自来水。充排管为同一根水管,管径+400mm。在阀门井安装三通管,立坝时,关闭排水阀门,开启充水阀门自来水直接充胀坝袋;塌坝时,关闭充水阀门,开启排水阀门,坝内水体直接泄入下游河道。
(四)坝袋底板
坝袋底板和上、下游齿墙,均采用钢筋混凝土现场浇筑,混凝土标号为C20。底板顺水流方向长15. 5m,底板厚1.2m,上、下游齿墙深1.8m,齿墙底宽1.5m,下游齿墙预留水孔。坝底板基础采用桩端压力注浆钻孔灌注桩,桩径80cm,桩平均长度10. 5m,桩体伸入第④层级醌不良圆砾层1. 2m。桩间距2.1~2.4m,桩数6 3×2根。桩端压力注浆要求在桩底形成直径1. Im的结晶球体,以满足单桩设计承载力835kN/mz。
(五)扶壁式挡墙
下游消能防冲工程的扶壁式挡墙高6. 6~9. 6m,墙长11. 25m,底宽9m,其中前趾宽1.0m。隔3.2m设一扶壁,扶壁厚0.4m,底厚0.6m。扶壁式挡墙底板基础亦采用桩端压力注浆钻孔灌注桩,桩径80cm,桩平均长度11.0m,桩体伸入第④层级配不良圆砾层1. 2m.桩间距2.0~2. 7m,桩数24×2根。桩端压力注浆要求在桩底形成直径1.3m的结晶体,以满足单桩设计承载力1200 kN/㎡。
(六)下游扭面
下游消能防冲段扭面为M7.5浆砌行,水泥砂浆抹面,其底座采用C20钢筋混凝土现浇,高50cm,与桩端压力注浆钻孔灌注桩相连。桩径70cm,桩平均长度12. 2m,桩体伸入第④层级配不良圆砾层1. 2m,桩间距2.1~3.5m,桩数4×2根。桩端压力注浆要求在桩底形成直径1. 02m的结晶球体,以满足单桩没计承载力727. 4kN/㎡。
(七)消能防工程
橡胶坝运行特点,非汛期立坝蓄水,汛期立坝泄洪,但坝顶溢流水深超过0. 5m,即泄流量超过20.4m³/s时,则开闸泄流,以保证坝顶溢流水深不超过0.5m。水位达322. 0m,橡胶坝塌落,进水闸闸门全部开启时,橡胶坝段可泄流708m³/s,进水闸段可泄洪372m³/s,合计总共可泄流1080m³/s,基本满足宣泄50年一遇洪水流量1208m³/s要求。为了防止下游水位影响坝袋振动,按50年一遇洪水流量l208rr13/s和30年一遇洪峰流量1031m³/s及坝顶溢流水深0. 5m时等情况,分别进行消能计算,确保下游均产生远驱式水跃,则需设置深1. 8m、长25m的消力池。下游消能防冲设施总长度62. 2m。其中陡坡段长17. 2m,坡度1:3,底层为厚30cm的浆砌块石,面层为厚50cm的C25钢筋混凝土;消力池底高程为310. 2m,底板为厚70cm的C25钢筋混凝土,末端设C25混凝土防冲齿墙,墙高1. 8m,顶宽Im;海漫段长20m,前10m底层采用M7.5浆砌石,厚50cm,上、下游设齿墙,后10m底层采用50cm厚的铅丝笼块石,末端设齿墙深1.5m,底宽1. 5m。距陡坡末端3. 2m处设消能墩20个,墩间距1.5m,墩高2m,顶宽0.4m,底宽2. 4m,墩宽1.5m。C20钢筋混凝土结构。
(八)上游防渗工程
坝上游采用二布一膜土工防渗布铺盖,铺设长度为坝前80m,铺设高程314. 5m。铺盖上游设混凝土防冲齿墙深1. 5m,底宽0.7m,每10m设三油两毡伸缩缝一道。防渗布上面铺一层厚5.0cm的粗砂,防渗布下面铺垫30cm厚黏土,基底垫层应整平压实。复合膜上游端压C15混凝土板;宽1.0m,厚0.3m,每10m设三油两毡伸缩缝一道。复合膜上面设C15混凝土压条,压条断面20cm×20cm,间距纵横均为2m网格状,每10m设三油两毡伸缩缝一道。铺盖上覆盖厚1.0m的砂卵石保护层。复合膜铺盖与坝底板及两岸齿墙连接均采用压板螺栓连接,螺栓直径16mm,间距50cm。二布一膜复合布中间膜厚0.4mm,两侧无防布均为200g/m2。复合膜接缝搭接带宽10cm,采用热熔挤压焯接法拼接。
四、施工导流
施工导流设计主要考虑主体工程拦河橡胶坝及进水闸施工。
(一)导流标准
本工程属Ⅲ等,主要建筑物为3级,其临时建筑物为5级,导流工程属临时工程为5级。其设计洪水标准按SL 252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》规定,5级临时工程土石建筑物5~1 0年一遇,本工程导流洪水标准采用5年一遇,导流流量为397m³/s。
(二)导流方式及洪水流量
采用原河道导流方式,根据施工布置拦河枢纽分二期导流施工。一期围堰先施工橡胶坝、进水闸、交通桥及上游防渗工程与下游防冲工程,利用河道主槽进行导流,主槽底高程314. 5m,导流槽20m;二期围堰施工主槽土坝段,利用已建进水闸及橡胶坝段导流。上游横向围堰,位于坝轴线上游侧lOOm,堰顶宽2m,迎水坡1:1 0,采用编织袋土护坡;背水面边坡1:1.5,围堰上游顶高317. 5m,堰体为土料。
五、主要工程施工
(一)橡胶坝基坑开挖及坝段工程
基坑开抗,以机械施工为主,深层小断面及排水集水沟可用人工开挖。先进行灌注桩造孔和桩基浇筑;然后开挖上游齿墙基坑,浇筑上游齿墙钢筋混凝土并配合回填铺设上游铺盖;再开挖下游齿墙基坑,浇筑下游齿墙钢筋混凝土,并铺谩排水滤体等;完成坝底板下部砂卵石回填,同时埋设充排水管道安装预埋件,最后浇筑底板钢筋混凝土。
(二)坝袋安装
坝袋安装由橡胶坝袋制造厂家进行现场指导。先清扫底板及周围场地,准确安装底垫片和进、出口水帽,再将坝袋就位并进行安装,然后分级充水试坝交付使用。
六、桩端压力注浆施工工艺
(1)钻空、泥浆固壁。
(2)利用声测管,作为注浆管、溢浆管、备用管。在孔底采用3个互相连通的φ150mm圆形压力注浆室,压力注浆室由两块打孔的圆形钢板和若干定距块所组成,上、下两钢板间距40mm;上钢板和注浆管、溢浆管及备用管的下端连接。整个压力注浆室用两层密封层,里层是麻布,外层是塑料布包裹,压力注浆室放置在孔底。
(3)按常规方法灌注混凝土,24h后通过注浆管进行注水试验,检查注浆管是否通畅。
(4)压力注浆。当桩身混凝土强度达到70%后,即可通过注浆管向压力注浆室预灌注水泥浆,待溢浆管冒浆后,堵住溢浆管,进行高压注浆,随着水泥浆的不断灌入,密封层破裂,下钢板与上钢板分离,上钢板仍固定在钢筋上,下钢板随着压力的增大而下沉,使水泥浆不断的渗透到持力层中。在桩端形成水泥,碎石与土的扩大头。注浆结束,采用机械方法封堵注浆管闭浆,以防止浆液流失。
(5)注浆设备和参数。
1)注浆泵采用SNC – H300型水泥车,其最大工作压力为30MPa。
2)注浆压力为2~6MPa。
3)灌注浆液为525号普通硅酸盐水泥,水灰比(重量比)为0.5的水泥浆掺人10%的UEA膨胀。
4)注浆咐对桩顶上抬量进行观测,控制不超过2cm。
5)注浆顺序采用先周边桩,后中间桩的注浆顺序。
6)在桩基础施工前,位于基础范围以外,必须进行试桩,通过试验确定满足设计要求的压浆参数;进行单桩竖向承载力静载试验;并在桩基完成后,对所有桩进行低应变动力检测。

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