小型水库输水涵管加固技术方案关联因素分析.doc

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1、小型水库输水涵管加固技术方案关联因素分析第28卷第1期2011年1月长江科学院院报JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteV0】.28No.1Jan.2011文章编号i10015485(2011J0l一002504小型水库输水涵管加固技术方案关联因素分析刘锐(长江勘测规划设计研究有限责任公司,武汉430010)摘要:输水涵管是实现水库灌溉,供水,发电等运行功能的关键建筑物.通过分析研究小型水库输水涵管病害特征,加固技术方案及其主要的关联因素,归纳总结出输水涵管主要病害类别和主要加固技术方案,提出了输水涵管加固技术方案主要的关联因素为涵管断

2、面尺寸,涵管埋设深度和工程地质条件,并结合工程实例,讨论了涵管加固方案比较选择的方法和思路.关键词:输水涵管;病害;加固技术方案;关联因素分析中图分类号:TV672文献标识码:A1概述水库工程中的输水建筑物是实现水库灌溉,供水,发电等运行功能的关键建筑物,主要分输水涵管和输水隧洞2大类,小型水库输水建筑物采用输水涵管的较为常见.水库输水涵管一般指埋设在大坝坝体中的预制管,现浇混凝土管或者金属管道.一般以预制管,现浇混凝土涵管较为常见.输水隧洞一般建在大坝两端山体中,隧洞据其承受的内水压力情况分有压隧洞和无压隧洞2种,隧洞衬砌结构一般以钢筋混凝土衬砌隧洞较为常见.本文通过分析小型水库工程输水涵管

3、加固或者改建案例,对其加固或改建技术方案的可行性,合理性进行初步探讨,总结出影响输水涵管加固或改建方案选择的主要关联性因素,为涵管加固方案比较,选择提供方法和思路.2输水涵管加固案例2.1汪坊水库汪坊水库位于江西省丰城市桥东镇境内清丰山溪富水支流的上游,距丰城市区约23km,是一座以灌溉为主,兼顾防洪,养殖等综合利用的小(1)型水库.该水库于1958年11月由桥东公社组织农民施工兴建,总库容223万m.汪坊水库工程主要由大坝,溢洪道,坝下输水涵管等建筑物组成.水库大坝为均质土坝,坝顶高程为36.736.9m,坝顶长133m,坝顶宽10.611.6m,最大坝高10.6Ill.输水涵管位于大坝右端

4、,由平管和斜管组成.平管为坝体埋管,现浇钢筋砼箱涵结构,管长90.0m,断面尺寸为0.55m0.75m,进口底板高程为27.1m;采用斜管分级取水.坝下涵管管身混凝土老化,开裂,漏水严重.经过破坝重建涵管,新建隧洞2种方案的比较,选择重建涵管方案,新建涵管为城门洞型钢筋混凝土结构,断面尺寸1.2m1.6m;管壁厚0.3m.新建涵管进水口依次设拦污栅,事故检修门和工作门.闸fu】孑L口尺寸0.8in1.0m.2.2东溪水库东溪水库位于江西省万载县康乐街道十字布村,距万载县城2km.水系为锦河支流东溪水,水库总库容294万m,是一座以灌溉为主,兼顾防洪,养殖等综合利用的小(1)型水库,工程于195

5、6年10月动工兴建.东溪水库工程主要由大坝,溢洪道,坝下输水涵管等建筑物组成.大坝为均质土坝,坝顶高程135.36135.80m,坝顶长500m,最大坝高22.7m,坝顶宽4.05.0m.涵管建在大坝中部,进口底板高程117.47m,为钢筋混凝土预制圆管,涵管全长92m;底坡i=0;管径1.0m;管壁厚0.1m.采用顶管法施工,取水口为分级卧管双孔取水,涵管最大取水流量0.58m/s.涵管出现裂缝,涵管接口及裂缝处漏水严重,影响大坝安全.设计进行了破坝重建涵管及新建灌溉隧洞2种方案比较,选择了新建灌溉隧洞方案.新建隧洞全长172.51m,洞身长157.61m,洞身为城门型,过流断面1.5mX1

6、.8m,C25钢筋砼衬砌厚度为0.3m;进口段为竖井式结构,进口底板高程收稿日期:201o一0825作者简介:刘锐(1967一),男,湖北大冶人,高级工程师,主要从事水工建筑物结构设计,(电话)02782820430(电子信箱)greentr7504sina.corno26长江科学院院报117.47rn,布置有检修闸门,工作闸门;隧洞出口设置消力池,池长5.0m,池深0.6m.并对现有坝下涵管采取预埋花管回填灌浆封堵处理.2.3龙潭涧水库龙潭涧水库位于江西省湖口县武山镇武山村,距湖口县城25km,水系为鄱阳湖南北港水系南港支流.水库于1971年初兴建,是一座以灌溉为主,兼顾防洪,养殖等综合效益

7、的小(1)型水库.水库工程主要建筑物有大坝,溢洪道和灌溉涵管等.大坝为均质土坝,坝顶高程92.1693.0rn,最大坝高24.72m,顶宽4m,坝顶长550m.涵管位于大坝中部,为矩形钢筋混凝土管,长115m,断面尺寸为0.5mX0.5m,壁厚20cm;进口高程72.28m,出口高程71.71In,坡降为1:200;进口由闸门启闭机控制.1972年汛期,涵管漏水严重,采用环氧树脂胶修补,效果不明显.1975年建造启闭机台,采用进口闸门控制,漏水量有所减少;但是依旧存在坝下涵管管身开裂漏水问题,危及大坝安全.通过进行涵管拆除重建,新建输水隧洞两方案比较,设计选择涵管原址拆除重建方案.新建涵管断面

8、尺寸1.0m1.0m,管壁厚度0.35m.灌溉涵管进口采用一扇铸铁闸门控制,闸门孔口尺寸为1.0nl1.0m.2.4凤凰岭水库凤凰岭水库位于江西省德兴市小吴园村,距离德兴市区1.5km.水系为乐安河洎水银城段的小支流,是一座以灌溉为主,兼有防洪,旅游,养殖等综合效益的小(1)型水库.工程于1958年8月15日动工兴建,1977年后曾几次对水库进行了加固扩建.水库工程由大坝,开敞式溢洪道,灌溉输水涵管(2条)等建筑物组成.大坝为均质土坝,坝顶高程59.4159.94m,最大坝高11.6m;坝顶宽5.56.3m,坝顶长380m.现状灌溉输水涵管位于大坝的两坝肩的坝体内,左坝肩灌溉输水涵管由斜面分层

9、取水管和水平输水管组成,水平输水管长48.01TI,进口底高程53.0ITI,结构型式为矩形,断面尺寸为0.30nl0.30m;斜面分层取水管长25.0m,结构型式为矩形,断面尺寸为0.30m0.40m.右坝肩灌溉输水涵管由斜面分层取水管和水平输水管组成,水平输水管长53.0rn,进口底高程51.0m,结构型式为拱形,断面尺寸为0.50m0.60rn;斜面分层取水管长30.0m,结构型式为矩形,断面尺寸为0.60m0.50m.左右坝肩灌溉涵管混凝土老化,多处断裂,管壁漏水严重.经过方案比较,设计选择封堵大坝两侧2条灌溉涵管,在大坝左侧山体新建输水隧洞.洞身为圆形断面,内径1.5m,钢筋混凝土衬

10、砌厚度0.3m.灌溉兼放空隧洞进水口顺水流方向依次设事故检修闸门和工作闸门.3输水涵管加固技术方案关联因素分析3.1输水涵管主要病害涵管作为输水建筑物在小型水库工程中较为常见,由于受取水口高程,工程资金等因素限制,输水涵管往往直接埋设在坝体中或坝基覆盖层中,涵管基础条件较差,加上施工质量差,维护不及时等原因,涵管常见渗漏,裂缝等原因所致,威胁水库大坝安全.据统计,输水涵管主要病害类别有:渗漏,裂缝(断裂),堵塞等.3.1.1涵管渗漏涵管渗漏分接触渗漏和管身渗漏2种情况.接触渗漏是由于涵管与土体是2种不同的介质,接触处存在结合面,水在压力作用下沿着结合面从上向下渗透而产生的渗漏.当管身周围土体填

11、筑质量差,夯压不实;或者涵管截水环等措施未按照规范要求设置,施工,水流渗径短,接触渗漏情况容易出现.管身渗漏是由于涵管存在裂缝(断裂),伸缩缝止水老化损坏,管身混凝土施工振捣不实,施工存在冷缝,涵管接头存在缺陷等病害,有压水流沿着这些薄弱环节渗入或流人.一般情况下,涵管内壁漏水处有结晶物析出或锈斑出现,严重时产生射流.3.1.2涵管裂缝涵管裂缝(断裂)会破坏涵管结构,产生漏水,引起土坝渗透破坏.涵管断裂的可能原因有:基础处理不当,基础存在不均匀沉降,可导致管身裂缝(断裂);土坝断面为梯形,涵管所受到的荷载是不均匀的,如设计,施工设置沉陷缝时未予以考虑,可能引起管身裂缝(断裂);管身结构强度不足

12、,导致管身裂缝(断裂),在小型水库输水涵管中常见;无压涵管有压运行,涵管设计为无压涵管,由于管理运用不当,有压运行,造成管身断裂破坏;涵管未设置沉降,伸缩缝,或者结构缝间距过大,温度应力导致涵管产生裂缝.3.1.3涵管堵塞涵管堵塞主要发生在断面小,强度低的小型水库输水涵管.设计只考虑满足灌溉流量要求,并未考虑管理运行上的方便,因此,断面尺寸一般只有第1期刘锐小型水库输水涵管加固技术方案关联因素分析270.20.4rn,常被块石,树枝,淤泥及其它杂物堵塞,涵管由于结构承载能力低而被外力压破堵塞.这种小型涵管堵塞后,清理非常困难.3.2输水涵管加固技术分析对输水管的加固主要技术方案有3种:封堵原输

13、水涵管,新建输水隧洞,是彻底解决坝体埋管安全隐患的措施;有的工程不具备开挖隧洞的地质条件,选择拆除原输水涵管,新建满足运行要求的输水涵管,是比较彻底的解决方案;对质量尚可,断面较大且方便施工的输水涵管,也可采取加固措施,对管身混凝土缺陷进行处理.如修复结构缝止水,输水涵管内壁采用钢衬,粘贴高强纤维布来加强管身结构.3.3关联因素分析输水涵管加固采用哪种技术方案一定要分析工程的实际情况,具体问题具体分析才能选择合适的涵管加固方案.输水涵管加固技术方案主要的关联因素有:涵管断面尺寸,涵管埋设深度,地质条件等.3.3.1涵管断面尺寸涵管断面尺寸大小是影响涵管加固技术方案的关键因素之一,涵管断面尺寸决

14、定了施工作业空间的大小,可以这样说,断面尺寸基本上决定涵管是加固还是重建.断面尺寸太小,甚至连人进入都困难的涵管,是很难对涵管进行加固施工的.早期修建的小型水库工程中坝体埋设的输水涵管一般施工质量差,管身结构单薄,配筋偏少,管身裂缝,渗漏问题严重,有的管壁存在接触渗漏,影响大坝安全.涵管断面小,不满足加固作业施工空间要求,难以进行涵管加固施工.对这类断面尺寸小的输水涵管一般采取拆除重建,或者封堵后异地新建输水涵管(或输水隧洞)措施,消除大坝渗流安全隐患.对断面较大,管身结构质量尚可,涵管空间能满足人员进行加固施工作业的输水涵管,可采用加固处理.可采用对管身混凝土缺陷进行处理,管段接头止水进行加

15、固,管身与坝体接触面通过灌浆等方法进行处理;如果管身结构强度不满足要求,还可以进行粘贴钢板,高强纤维材料进行结构加固处理.3.3.2涵管埋设深度如果涵管病害严重,或断面狭小,不满足加固施工作业空间要求,必须废弃老涵管,新建输水建筑物.可行的方案主要有2类:拆除老涵管原址修建新涵管;封堵老涵管异地新建输水涵管(或输水隧洞).涵管的埋设深度是影响采用哪类方案的主要因素,涵管埋设深度小,一般采用拆除老涵管原址修建新涵管;涵管埋设深度大,则采用封堵老涵管异地新建输水建筑物.一般情况下,涵管埋设深度以1015m为界判别其埋设深浅.涵管埋设深度小,拆除老涵管原址修建新涵管,工程量和施工难度都较小,而且不用

16、考虑老涵管封堵施工问题;涵管埋设深度小,涉及到的施工导流问题较简单,施工围堰工程量也较小,这种情况,一般比较少采取异地新建输水建筑物.如汪坊水库最大坝高10.6m,输水涵管病害严重,设计经挖除坝体重建涵管与新建隧洞2种方案的比较,选择了重建涵管方案.相反的情况,如果涵管埋设深度大,采用拆除老涵管原址修建新涵管方案工程量大,施工困难.以涵管埋深18m为例,根据碾压式土石坝设计规范(SL2742001)规定,为满足不均匀变形要求,土质边坡接坡坡比不宜陡于1:3,如果采用原址拆除重建涵管,涵管基础开挖宽度按2m考虑,大坝开挖开口宽度超过110m,开挖及回填工程量大,还存在施工围堰修筑,工程安全度汛等

17、问题.遇到这类情况,如果大坝两端山体具备开挖隧洞条件,宜优先考虑封堵原输水涵管,新建输水隧洞方案.如东溪水库最大坝高22.70m,输水涵管病害严重,设计开挖坝体重建涵管及新建输水隧洞2种方案比较,选择了新建输水隧洞方案,对原输水涵管进行了封堵.龙潭涧水库最大坝高24.72Ill,设计比选了开挖坝体重建涵管及新建输水隧洞2种方案,原址拆除重建涵管方案的新建涵管为箱涵结构,过流断面尺寸1.0m1.0m,土方开挖21300m,土方回填21080rn,涵管C20砼282m,进口建筑物砼133m,砼拆除104m,当时的工程概算投资80.11万元.新建隧洞方案石方开挖2516m,土方开挖2370m.,浆砌

18、石493rn,钢筋砼533rn,隧洞洞身灌浆,当时的工程概算投资123.02万元.设计从工程造价较低因素考虑,选择了原址拆除重建涵管方案.但这种选择考虑因素不够全面,坝体开挖深度超过20m,没有充分考虑施工导流,围堰因素,而且新建涵管断面偏小,不利于今后工程运行管理及维护,因此,这种不充分考虑涵管埋深因素的设计方案比选是欠妥的.凤凰岭水库最大坝高11.6m,原涵管埋设深度不超过10m,设计单位比选了涵管原址拆除重建及新建输水隧洞2种方案.涵管原址拆除重建方案新建输水涵管2条,管径1.0m,该方案工程概算投资207.34万元.新建输水隧洞方案在大坝左侧山体开挖修建一条输水隧洞,洞身为圆形结构,开

19、挖洞径2.1m,钢筋混凝土衬砌厚度0.3m,过流洞径长江科学院院报2011生1.5m,全长226.0m,其中洞身段113.6m,该方案工程概算投资225.76万元.设计认为新建输水隧洞方案运行稳定可靠,选为推荐方案.而该工程输水建筑物方案比选工作不充分,存在以下几个方面认识不足:只要做好结构设计,基础处理及防渗设计,规范是允许采用坝下埋管作为水库输水建筑物的;输水涵管方案新建涵管2条,隧洞方案只新建1条隧洞,方案比选不对等;涵管原址拆除重建方案工程概算投资比新建隧洞方案低,设计却选择新建隧洞方案.通过以上工程实例分析,证实了涵管的埋设深度是影响其加固方案选择的主要因素.在工程实践中,应充分考虑

20、涵管埋设深度因素,慎重选择涵管原址拆除重建还是异地新建输水建筑物.新建输水建筑物断面尺寸设计不宜过小,应考虑运行管理要求,方便今后维护检查与加固施工.3.3.3地质条件工程地质条件也是影响涵管加固技术方案的重要因素,对坝肩地质条件较好,具备开挖隧洞条件的水库工程宜优先考虑封堵存在病害的原坝体埋管,另建输水隧洞方案,彻底消除坝体埋管对大坝安全的威胁.对坝肩地质条件差,不具备开挖隧洞条件的水库工程可考虑拆除或者封堵存在病害的原坝体埋管,选择合适的部位重建输水涵管方案,采用这种措施需要开挖坝体,应做好施工导流,围堰等临时工程措施.新建输水涵管般要求坐落在基岩上,避免不均匀沉降变形对管身的不利影响;如

21、果涵管建在覆盖层上,应严格做好基础处理.只要做好结构设计,基础处理及防渗设计,规范是允许采用坝下埋管作为水库输水建筑物的.坝下埋设的涵管结构强度一定要满足各种工况条件下承受的荷载要求,避免涵管结构破坏;基础应该严格按规范及受载要求处理,避免出现沉降变形过大或者不均匀沉降而导致涵管断裂.坝下埋设涵管对土质坝体渗流安全影响重大,碾压式土石坝设计规范(SL2742001)对坝下埋设涵管防渗提出了严格要求:土质防渗体坝下涵管连接处,应扩大防渗体断面;涵管本身设置永久伸缩缝和沉降缝,必须做好止水,并在结缝处设反滤层;防渗体下游面与坝下涵管接触处,应做好反滤层,将涵管包围起来.4结语综上所述,小型水库输水

22、涵管主要病害有渗漏,裂缝(断裂),堵塞等.输水涵管加固的3种主要技术方案为:封堵原输水涵管,新建输水隧洞;废除原输水涵管,新建满足运行要求的输水涵管;对质量尚可,断面较大方便施工的输水涵管,采取加固措施.通过结合实际工程案例分析,总结出输水涵管加固技术方案主要的关联因素有:涵管断面尺寸,涵管埋设深度,工程地质条件等.输水涵管采用何种加固技术方案,应结合工程具体情况分析其3个主要的关联性因素,才能选择合适的涵管加固技术方案.参考文献:1刘锐,谭界雄.江西省重点小型病险水库除险加固工程初步设计抽查调研报告R.武汉:长江勘测规划设计研究院,2008.(LIURui,TANJie?xiong.Rand

23、omInspectionReportofPreliminaryDesignsforSmallsizedReservoirReinforcingProjeetsinJiangxiProvinceR.Wuhan:ChangjiangInstituteofSurvey,Planning,Design&Research,2008.(inChinese)2SL2742001,碾压式土石坝设计规范S.(SL2742001,DesignCodeforRolledEarthRockFillDamsS.(inChinese)(编辑:赵卫兵)RelevantFactorAnalysisofReinforc

24、ingSolutionsonAqueductsinSmallReservoirsUURUi(ChangjiangSurvey,Planning,DesignandResearchCorporationLtd.,Wuhan430010,China)Abstract:Aqueductsareessentialstructuresinreservoirstoirrigation,watersupply,powergeneration,ete.Inthispaperweanalyzethetypicalsymptoms,reinforcingsolutionsandrelevantfactorsofd

25、efectiveaqueductsinsmallreservoirs;summarizethemaindiseasecategoriesandreinforcingsolutionsofaqueducts;presenttheopinionthatthecriticalrelevantfactorsofreinforcingsolutionsforaqueductsarethesizeofcrosssection,thelayingdepthandtheengineeringgeologiccondition;thusprovideideasandapproachestoselecttheappropriateaqueductreinforcementsolutions.Keywords:aqueduct;disease;reinforcingsolution;relevantfactoranalysis