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1、人民长江? ! #凡% 水利水电工程 的引水系统施工支洞和导流隧洞在完成使命后,都要用永久性混凝土堵头进行封堵。在运行过程中堵头同周围岩石或混凝土连成整体,共同承担 由作用水头产生 的水压力。虽然堵头的工程量相对较小,但对水利水电工程的运行安全和工程效 益有着 极其重 要 的作用,故将堵头设计等级和相应的水工建筑物的等级等同对待。由于堵头的重要性和所占的投 资比重较小,加上直到目前的水工建筑物规范中还没有堵头设计的条款可循以及 在多数情况下工期较紧等多种原因,造成多数堵头设计过分偏 于安全,不仅毫无必要地增加了工程造价,也使本来相对短暂的工期更趋紧张。本人根据设计经验及掌握的部分资料,对堵头
2、的设计原则、合理长度、体形和相应措施等方面进行了分析和探讨。力作用下,周界上产生的抗剪断力,在有效长度内大体上是均匀分布:在水压力作用下产生的剪断力超过抗剪断力,堵头失稳,是沿周界发生脆性破坏。4堵头的设计原则和假定条件由于堵头设计在水工建筑物设计规范中没有相应条款可循,设计者往 往根据各工程的具体情况,拟定出堵头 的设计原则,并作出相应的假定进行计算。多数设计者 采用的原则和假定 如下6?堵头属于永久建筑物,设计和校核标准与相应的水工建筑物相 同? 堵头应安全可靠,稳定性和防渗性必须满足使用要求,导 流洞的堵头应与大坝的防渗帷幕连成整体?!水头产生的压力必要时再计人浮托力#是作用于堵头上的唯
3、一外荷载?堵头是水荷载沿周界产生静剪力的刚性体,剪应力 沿周边均匀分布?%堵头 混凝土的抗压强度是安全的,只作抗滑稳定计算?.二一二一一介一一,产 ?占为堵头横断面面积:?为作用水头:1 3了,为水的密 度:6为堵头周界接触 面上 的允许剪应力:?为 有效接触系数1多数工程取?二5一50 3:为堵头横断面周长。修正的圆柱冲压剪切公式的表达形式比较简洁、概念明确,应用起来较方便,对于既定工程,决定堵头长度的唯一变 量是?;86十1,3若考虑浮托力作用时,修正 的抗剪断公式表达形式为6;?. 一,1,十,43艺?1+3式中为安全系数1 设计二+5、校核=,0 3:.为混凝土的密度:为堵头抗剪断摩擦
4、系数: 为堵头周界接触面的抗剪断凝聚力:为堵头横断面部位的界长:?、为部位界长上有效接触系数1顶部4汾范围取。,底部取4,其它部位取5 3:其它符号意义同前。公式1+ 3较全面地体现了影响堵头长度的各有关要素,受力概念明确,计算结果比较符合客观实践,也与有限元计算结成果拟合得较好。,7通过三维有限元计算确定堵头长度随着计算理论、计算方法的发展和计算手段的不断更新,应用大型电子计算机和大型结构分析程序,对一 些大型工程堵头及一定范围的围岩进行三维有限元应力分析计算所需堵头的长度,在一些工程已经得到应用。如鲁布革导流洞堵头长, +#式中口为渗水量?为渗透系数?为渗流断面 面积?.为作用水头?为渗径
5、 长度。计算时对堵头和围岩的渗水量分别计算再叠加。围岩的渗水量计算时,渗流影 响区的半径可取堵头等效半径的+一,倍。灌浆和温控措施()灌浆压力设计为使堵头周界能够和围岩或衬砌混凝土紧密结合,确保接触面上所提供的抗剪断凝聚力和不产生沿堵头周界渗漏,通常+ 人民长江,1 2 34年对堵头顶部必须进行回填灌浆:并对侧墙和顶部进行接触1缝3灌浆。当堵头所在位置 的围岩不 良时,还应对岩体进行固结灌浆。在以往的设计中回填灌浆压力一般都没有超过50 ?,接触1缝3灌浆压力 多数采用50一5 、,随着施工设备性能 的提高和施工技术的改进,宜将堵头顶部约好一4汾范围内 的回填灌浆压力提高到5一45 ?1有 的
6、设计者建议为5倍堵头上的作用水头3:接触1缝3灌浆压力提高到45一40 / 、1有人建议取4,一40倍堵头上 的作用水头3,使堵头周界上产生附加径向应力,同周围岩体间出现相互作用的弹性抗力,使设计假定得到保证和加强。对于接触1缝3灌浆,可推广东风 电站 的经验,在堵头混凝土中掺人复合膨胀剂或氧化镁,对堵头混凝土的膨胀量进行有效控制,以便取消接触1缝3灌浆。7,温度控制措施堵头属大体积混凝土,通常都要进行堵头温度控制措施设计,其目的是为了防止堵头产生裂缝和确定达 到接触1缝 3灌浆温度时所需要的时 间。由于堵头所处的环境比较特殊,大量 的温度和温度应力分析成果以及堵头运行实践说明,采取一定 的温
7、控措施后1没 有必要对每一个堵头都进行温度应力分析计算3,堵头不会产生沿洞轴线的纵向贯穿裂缝,也不会发生横向贯穿裂缝。对堵头温控问题所采用的比较普遍的措施主要有6?采用水化热比较低的水泥,并限制每方混凝土中的水泥用量,适当掺加粉煤灰? 选择低温时段浇筑堵头 混凝土?!在堵头内埋设冷却水管通水冷却? 在堵头内埋人温度计和测缝计。随着科学技术的发展和新技术的推广应用,可采取对堵头施工速度有较大影响的温控措施,如在堵头混凝土内掺人氧化镁,利用氧化镁延迟性微膨胀与大体积混凝土降温收缩变形大 体协调的特性来防止堵头产生裂缝和提高堵头与围岩的相互接触,并取消冷却水管,为加快堵头施工和减少部分灌浆工程量创造
8、条件。编辑7喻伟#上接第) 页#形试验。另外,对这两种代表性层位的防渗墙体各进行了一组试样 的抗渗试验。两组水泥土样 品的抗压强度和变形模量都比较接近。抗压强度分别为( 一)(+ +=和( ,一)(, +=0?变形模量分别为( 9一)( )和( 一(5 。素混凝土墙部位样品的抗压强度为 (9一+ ( = ,变形模量(, ,一)(。根据抗渗试验,渗透系数均小于)一而2,抗渗比降均大于, 。所以,全部试验结果均满足设计要求见表)、表#。,(防渗加 固处理效果初步检验)9 望#年汛前,在主 泡泉区完成了+ 3长 的防渗墙施工。)9哭#年月,堤外都阳湖水位仅比)9 9年的最高水位低约(3,而已做防渗墙
9、的堤段内原有的泡泉群已不再现,表明用此工法所造的防渗墙能有效地解决堤基深部的渗漏问题。关于钻孔压浆成墙施工法的讨论钻孔压浆成墙法与现有 的其它堤防加固工法比较,归纳起来有以下特点70 #对 地层 的适应性较强。根据该工 法已有的工程实例看,此工法可适用于填土、淤泥、流沙、砂砾石等各种堤基,对软岩也 有成功的实例。 #施工过程中不需要进行泥浆护壁,且 不受地下水位影响。+#防渗墙连续性好。该工法除保证钻具在地上的倾斜度()5以外,地下墙体连续性主要靠两方面控制7?+个在钻头部位互相连接的创 :钻杆组成的钻具,刚度明显比其它深层搅拌工法高? 槽孔之间搭接施工,搭接部位土层已经注浆搅松,钻具自然有
10、向上一槽孔倾斜的趋势实际观察也如此#。#防渗墙深度在 一2 13范围时,该工法具有 明显 的优势。当防渗墙深度在 3以内时,已有多种 工法在经济指标及质量上能满足要求,如多头小口径深层搅拌工法等。但当防渗墙深度达到+ 3或更深,则经济可靠的施工 工法非常有限。从防渗质量及经济指标方面看,钻孔压浆成墙法应该具有很好的应用前景。,#施工过程中材料浪费少。钻孔压浆成墙法 是利用螺旋钻成槽,并向孔内注人水泥浆,利用钻杆上 的螺旋叶片将水泥浆与粘土和砂土就地搅拌均 匀形成墙体。各槽孔连续作业,基本上无水泥浆从孔口流失,这比高喷工法优越。 #施工效率快。根据绵牛墩堤段的施工效率统计,平均每台班可完成防渗墙
11、 8 #一 时。如果钻机钻进过程顺利,则工作效率可提高到+ 耐/台班或更快。通过本次施工,也发现该工 法有值得改进的地方,主要是解决卡钻问题以提高工效。在绵牛墩堤段的施工过程中,曾发生了几次严重 的卡钻现象。其中二次卡钻,不 得不将埋人堤基下部的钻具部分丢弃。卡钻也 影 响施工进度。通过现场施工,已总结出一些解决办法70 # 尽量提高钻具的动力扭矩。对一定功率的钻机而言,钻具动力头的扭矩愈大,转速愈小。根据不 同的地层特点,应 选择好合适的变速箱与动力头扭矩。 #改进设备结构,利于槽孔侧壁稳定。现在的施工 工 法中,防渗墙槽孔位于履带式钻机的一侧,钻机重达01 1,加上钻 具上拔的巨大反力,都作用在防渗墙槽孔一侧,不 利于槽孔的稳定,容易造成在槽孔内的钻具受挤压而卡钻。应采取措施,改进 设备机座结构和优化钻具位置,以减小槽孔周围压力分布的不均匀性。总之,将该工法用于堤防的防渗墙施工,潜力 很大。另一方面,该工法应在实践中不断得 到改进,以减少故障,提高施工的工效。致 谢参加此项目施工组织的有7长江科学院陈芙 蓉、张奇华、李飞、孙厚才、田开圣、吴相超,威海建筑集团公司周建威、石午江、刘昌等。余干县水利局苏进鹏、黄英仁对此项目的实施给予了极大支持,在此表示感谢。编样7徐诗银 #
