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1工程基本情况
邵武市东关水利枢纽工程是一座集改善环境、蓄水发电、旅游开发为一体的综合利用水利工程,工程采用分期导流、分期施工方式;工程于1999年9月28日开工,一期工程于2000年6月28日完成,二期工程于2004年10月10日完工;工程投入运行以来已产生了良好的经济、社会和环境效益。
东关水利枢纽工程位于邵武市东关大桥下游180m处的富屯溪干流上。坝址以上流域面积2748km2,多年平均流量106m3/s,多年平均年径流量33.4亿m3;水库正常蓄水位189.5m,校核洪水位193.41m,总库容935万m3;电站装机容量4.8MW,保证出力900kW,年利用4217h,多年平均发电量2024万kWh。电站接入福建省电网,主要向邵武地区供电,电站建成后进一步促进了地方经济发展。工程为低水头径流式水电站,枢纽主要由活动坝、河床式厂房、升压站等组成。
枢纽工程位于城区,为降低邵武城关的防洪压力,经分析比较和论证,采用活动坝为本工程的泄洪建筑物。活动坝是采用一定开度的翻板闸门作为主要挡水结构的一种坝型,共有8孔,安装8扇尺寸为25×5.0m(闸门宽度×挡水高度)的翻板闸门,平时通过闸门不同开度的控制来调节下泄流量,或保持上游库水位在正常蓄水位189.50m;洪水时翻板闸门全部开启,近于消失(当洪水大于设计洪水时活动坝处于水下),保持了天然河道的过水断面,使枢纽具有足够的泄洪能力(坝址处20年一遇洪水位较天然状态仅壅高0.23m),较有效的解决了城区枢纽工程挡水与防洪的矛盾。
工程的建成,美化了邵武市区,正常蓄水位189.5m时,相应水库面积1.2km2,枯水期回水长度5.4km,市区河床景象不复存在,形成一个宽阔优美的人工湖。
2枢纽布置
根据东关水利枢纽工程所处地形、地质、水流条件,施工条件以及运行管理等因素,发电厂房布置在河床左岸,河床中部及右岸布置溢流闸(翻板门活动坝),左、右岸采用混凝土挡墙与岸坡连接,坝顶全长284.9m。
拦河坝为低堰溢流闸,坝顶高程191.80m,坝高12.80m,溢流闸全长238.9m,分8孔,每孔净宽25.0m,闸墩内设两个冲淤积导水孔;为使溢流堰不影响行洪,堰顶高程比下游河床略低,采用宽顶堰,高程确定为184.50m;下游消能采用跌流及底流消能,坝顶不设交通桥。
溢流闸采用8孔平板翻板工作闸门挡水,翻板工作闸门尺寸25.0×7.07m(宽×高),每扇翻板闸门用2×2000kN液压启闭机操作。工作门上游采用浮式闸门作为检修设施。活动坝闸墩内导水孔闸门尺寸为1.2×1.2m,采用手电二用闸阀进行动水启闭,导水孔进口设拦污栅和检修闸门。翻板闸门在门顶过流时,门顶后侧挂有一道水帘,为使闸门与水帘之间的空间能够补气和排气,在闸门上设有破水器,在闸墩边墙设有通气孔。
主厂房总长46.0m,总宽度32.9m,主机段长33.5m,装配场段长12.5m。厂房内安装3台竖井贯流式水轮发电机组,单机容量1.6MW,机组间距11.0m。进水口布置拦污栅、事故检修闸门及进人孔,每台机组设2个进水口,其中拦污栅一道,事故闸门两扇,进水口平台高程190.0m,布置了起吊拦污栅和事故检修闸门的电动葫芦门型构架。
3工程主要技术及特点
3.1活动坝
3.1.1坝体构造
(1)坝顶高程:由于活动坝坝顶可以过水和坝顶无交通桥布置要求,考虑在设计洪水标准下技术廊道内不进水,并减少行洪影响,坝顶高程以设计洪水位191.71m加一定超高确定,最终为191.80m。
(2)坝内技术廊道:为解决技术廊道液压启闭机油管布置、左右岸交通、检修、通风、排水等,在活动坝底设技术廊道。技术廊道尺寸为2.0×2.7m(宽×高),位于中心桩号为坝下0+014.2m,底部高程181.0m,其下游侧布置排水沟,集水井尺寸3.0×2.0m×1.95m(长×宽×深)。水泵和通风机室设在右岸,翻板闸门液压启闭机的泵站设在左边墩194.6m高程的平台上。
(3)冲砂孔:由于溢流堰堰顶及闸门支铰高程较低,堰后较易淤积,为便于翻板闸门开启,在每个活动坝闸墩均设有冲砂孔(孔口尺寸1.2×1.2m),取压力水通过冲砂孔将堰后底坎沉积淤积物冲掉。
(4)坝体分缝止水:考虑活动坝坝体高度及底板厚度不大,基础约束较弱,为降低闸门设计、制造安装难度,降低止水要求和工程造价,借鉴有关工程经验,在溢流闸八孔中部设一道伸缩缝,解决基础不均匀沉降问题。厂坝间、右边墩与集水井之间结构缝、坝体伸缩缝各设一道止水铜片和一道橡胶止水带。
3.1.2坝体断面设计
(1)坝体基本断面:溢流闸活动坝坝体断面除满足稳定与应力要求外,主要受金属结构布置控制。溢流闸共8孔,每孔净宽25m,闸室底板长26.5m,上下游侧设防渗齿墙,左边墩因启闭机布置要求宽度为5.0m,中墩和右边墩均为4.0m。
(2)溢流闸孔口确定:考虑本工程处于城区,洪峰流量大,库区洪水位雍高受限的特点,根据洪水流量,河床地质条件选定具有泄洪能力大的混凝土溢流闸(活动坝、翻板闸门)为泄洪建筑物,洪水全部由溢流闸渲泄。由于本工程处于邵武市区,上游淹没和市区防洪是确定闸孔总净宽的主要影响因素,计算闸孔总净宽时,上游淹没要小,上、下游水位差一般在0.1~0.3m,同时兼顾允许过闸单宽流量、水工建筑物布置和工程造价。通过7种孔口方案的比较,最终选定大孔口方案,布置8孔溢流闸,每孔净宽25m,堰顶高程184.5m(低于原河床高程),在下泄20年一遇设计洪水时,上下游水位差为0.23m。
(3)坝后消能防冲:由于翻板闸门的运行特点,活动坝泄洪时,下游流态变化形式与一般闸门不同,且更为复杂;参照国内相关工程经验,按翻板闸门不同开度,下游流态由按跌流与底流相互演变进行消能设计,消力池长15.4m,底板高程180.68m;在跌流不同开度工况下,计算冲坑深度均小于消力池水深,不会影响溢流坝安全。闸门泄水运行中采取合理的调度方式,保证在任何情况下水跌发生在消力池内。
3.1.3闸墩拉锚筋
活动坝中水荷载通过翻板闸门传至闸墩上,受力点为油缸支座、锁定梁处,而闸门检修时需固定浮动门,此时荷载主要受力点为闸墩上游两侧面的浮动门吊耳,这些部位由于承受荷载较大,在闸门全开时,油缸支座拉力达2130kN,因此上述闸墩局部受拉区须配置扇形受拉钢筋(拉锚钢筋)。
3.1.4闸墩侧面翻板门扇形运行区处理
翻板门底铰在底坎上,闸门从关闭至卧倒全开的运行轨迹在闸墩侧面形成一扇形区。为了使闸门在不同开度情况下均能正常工作,并保证闸门两侧水封能紧密与闸墩表面接触,以达到止水效果,此扇形区进行一定处理;扇形区闸墩表面要求光滑垂直,表面磨光,喷涂903聚合物改性水泥砂浆,垂直度2/1000,平整度3mm/m,粗糙度2μm。3.1.5基础处理及防渗型式
东关水利枢纽坝高较低、水头较小,建基面基岩为强风化顶板,坝基稳定与应力小满足规范要求,坝基设置上下游齿墙后,坝基抗渗也满足要求,坝基不进行固结、帷幕灌浆处理,仅在上下游坝脚处抛填大块石保护,防止水流冲刷和掏空。
右坝头采用连续防渗墙防渗,墙顶高程193.47m,延伸长度9.51m;同时在右坝头开挖后,回填一定比例的粘性土以增加坝头的防渗能力。2003年为了进一步防止绕坝渗流危及下游防洪堤基础,在东关大桥至坝址段布置防渗孔,加强防渗处理措施。
3.2活动坝段金属结构
(1)挡水闸门及启闭
挡水闸门布置:活动坝挡水闸门为翻板平面钢闸门,采用向下游倾斜55°角布置方式,为使正常蓄水位时,闸门操作设备不浸水,其操作用的2支液压缸中心线成水平布置在高程190.0m孔口两侧闸墩上,闸门宽度方向两端上游侧设置了两个垂直于面板的三角形支臂,闸门即通过该支臂与液压缸相连接。液压启闭机最大启闭力2×2000kN,最大持住力2×1300kN,工作行程6.3m。每扇翻板闸门均在闸墩上设机械锁定装置,该锁定装置的爪式锁定块通过在闸门三角形支臂上端的一个锁定挡头对闸门进行锁定。活动坝上游采用浮式闸门作为检修设施,其支承跨度25.75m。
翻板闸门结构设计:闸门孔口净宽25m,具有闸门跨度大、启闭力大,底部支承和变形控制要求高的特点。为保证闸门整体变形小,运行安全可靠,设计时充分考虑底部支承和闸门启闭时两吊点启闭力差异等情况。每孔闸门底部采用多铰支承布置,共设5个圆柱铰;对闸门进行抗扭计算,使闸门整体具有足够的抗扭刚度。
翻板闸门的启闭:闸门开启依靠水压力和闸门重产生的倾倒力矩,此时液压缸只用于持住闸门,泵站的输出压力仅用于开启液压锁定阀,闸门的开启速度采用调节液压系统的调速阀来控制。闸门关闭采用启动液压泵站,通过液压缸提起闸门,关闭孔口,一般情况下分两批交替关门。
液压系统的布置:除液压缸为露天布置外,液压泵站和电气设备均设在大坝1#闸墩194.6m高程的启闭房内,油管从泵站经竖井和活动坝底板下的技术廊道通向各液压油缸。
(2)导水孔闸门:每个活动坝闸墩均设有冲淤积导水孔,导水孔的进口处设置了一道固定式拦污栅,孔口尺寸为1.9×1.9m,设计水头3m,拦污栅重量约0.4t。导水孔设一道检修门,孔口尺寸为1.2×1.2m;导水孔工作闸门为手电两用蝶阀,直径Ф1.2m,开启压力0.6MPa,重量约3.25t,该蝶阀可进行动水启闭。一般情况下,在开启活动坝翻板闸门时,均应先开启导水孔阀门进行冲淤,以利于翻板闸门的正常运行。
3.3水轮发电机组
电站为低水头径流式水电站,水头范围为2.1~5.6m,根据工程经验,此水头段宜采用贯流式水轮机,通过灯泡贯流式、轴伸贯流式和竖井贯流式3种机型的技术经济比较,最终选用利于枢纽布置、运行检修、经济合理的竖井贯流式机组,型号为GZSK114-WS-290。水轮机转轮直径2.9m,额定水头4.1m,额定转速125rpm,额定出力1737kW,额定点效率87%;机组安装高程181.3m,吸出高度-2.8m。
为推动水利工程健康发展,要求对水利工程是机电技术相关的部门或相关企业标准进行明确统一,确保标准规范性与通用性,从而在标准上避免设备通用性不足或难以应用问题。加强行业与行业之间的有效联系,组建机电技术行业交流有效机制,在执行标准的基础上,有力推动机电技术快速发展。
1.2加强跨行业及部门协调,构建有效管理机制
政府部门应充分重视机电技术管理问题,组织机电技术各行业及部门,依据实际构建出完善的管理机制,确保各行业机电技术应用在统一机制基础上有序进行。为确保机电大型设备设计及制造应用性,应综合考虑行业需求,综合全面研究,确保机电技术设备运行的安全性与可行性。设置专业的管理机构,对水利工程项目中的机电技术应用进行有效管理。
1.3对水利工程机电技术应用进行检测与评估
在水利工程建设中,为确保机电技术应用及整体工程安全性,要求对其工程进行安全性检测与评估。依据机电技术标准,从全局出发综合考虑实际,有效贯彻综合标准,对其机电技术设计、建设及运行进行监测与评估。此外,还应落实国际化标准,考虑到部分水利工程中机电设备存在着进口现象,要求在推行国家相关标准的同时,综合考虑国际化标准要求,提高标准设置,有助于推动我国机电技术发展水平,推动我国机电设备制造水平,实现其整体效益。
2水利工程中机电技术未来发展趋势展望
2.1智能化趋势
智能化属于现代科学技术发展的重要特征之一,其未来机电技术发展的重要方向。在机电技术中实现智能化,可以实现对人类认知及判断等有效模拟,让机电技术及相关设备具备一定思考能力、判断能力与决策能力,配置相关数据库,通过收集数据与分析数据以实现其智能化操作。机电技术智能化,可以让其相关设备完成一定的工作,尤其是在处理风险性较高,难度较大的问题时其作用更为突出,随着信息处理水平的不断提高,机电技术智能化发展更为突出。
2.2网络化趋势
网络技术与计算机技术普及,让其成为了人们生活的重要部分,网络技术的快速发展与应用,让其广度及深度不断扩展。水利工程机电技术网络化发展是其未来发展的重要表现,尤其是网络化技术的应用,可以极大加快机电技术信息收集与信息处理效率,为信息交流提供更好平台。应用网络技术,还可以实现对机电设备运行状况的远程监控,为实现无人监督奠定技术基础。
2.3系统化趋势
随着机电技术的快速发展,机电产品与人类之间的联系越发紧密,实现系统化一体化势在必行。机电技术实现系统化,有助于机电技术运行安全性、可靠性的有效实现,系统性管理优势凸显。依据特定生物构造,研究出新的机体,推动机电技术向生物系统化方向进步,以实现更加的发展效果。
2隧洞导流的方法
一是隧洞导流的使用范围:对于山区河流,通常应用隧洞导流的方法,这是因为其有着较为狭窄的河谷,两岸有着陡峻的地形;因为每条隧道都有着十分有限的泄水能力,隧道需要较高的造价成本,因此,没有较大的流量,就可以应用隧洞导流的方法。结合如今的形势,每条隧洞的可宣泄流量严格控制2000m3/s—2500m3/s,大部分工程将两条左右的导流洞给应用过来。为了促使导流费用得到减少,就需要结合导流漏和永久隧道。如果是将高水头土石坝枢纽兴建于山区河流上,将永久隧漏给应用过来。因此,对于土石坝纽,非常普遍的使用了隧洞导流,将混凝土坝修建于山区河流上,也可以将隧洞导流给应用过来。二是导流隧洞的布置方法:需要在完整和新鲜的岩层中,布置隧洞,为了避免有大规模坍方出现于隧洞沿线中,需要避免平行于洞轴线、岩层和断层和破碎带,严格控制洞轴线和岩石层面之间的夹角,避免其小于45°,层面倾角控制在45°以上。将坝址附近的有利地形给充分利用起来,保证有顺直的隧洞线路,如果是弯曲的河岸,需要在凸岸布置隧洞,这样隧洞长度可以得到缩短,并且有着较好的水力条件。转弯是有压隧洞和低流速无压隧洞所必须具备的,转弯半径应该比5倍洞宽要大,转折角控制在60°以内,要将直线段过渡设置于弯道的上下游,直线段长度需要比5倍洞宽更大。避免有冲击波产生于高流速无压隧洞的弯段上。严格控制进出口和河床主流流向的交角,否则就会影响到上游进水条件,会有有害的折冲水流与涌浪产生于下游河道,出角需要控制在30°以内,结合具体情况,可以适度放宽上游进口处的要求。如果需要的导流隧洞为两条以上,那么就可以在两岸或者一岸布置。隧洞进出口和上下游围堰坡脚需要有50m以上的距离,近些年来,也出现了10m~20m以内的距离;如果只有较小的距离,就需要科学的防护堰坡。三是导流隧洞断面设计:在确定隧洞断面尺寸时,需要综合考虑诸多因素,如设计流量、地质和施工条件等,要结合相关规范,控制洞径;一般来讲,单洞断面尺寸需要保证不超过200m2,单洞泄量控制在2000m3/s~2500m3/s以内。将地质条件、隧洞工作状况和施工条件纳入综合考虑范围,对隧洞断面形式合理确定。在洞身设计中,十分重要的一个问题就是合理选择糙率n值,糙率的大小会对断面的大小产生直接影响,糙率大小则会直接受到其他因素的影响,如衬砌情况、施工质量、选择的开挖方法等等。在设计过程中,需要结合具体情况,对相关规范进行查阅,对糙率值合理选择。
水利工程在减轻洪旱灾害方面发挥着重要作用。水利工程可以进一步提高防寒、抗洪、抗旱能力,通过科学合理的水利调控,减少自然灾害造成的损失。利用卫星检测技术对区域旱情、水情进行实时监控,为相关部门提供依据,预先做好抗旱、抗涝、抗洪计划,通过详细计划向蓄滞洪区进行放水,将水害转化为水利。
1.2调配水源
我国水资源南北分布不均,随着地球环境的不断恶化,有限可利用的水资源总量在减少,这是一个摆在我们面前非常严峻的问题,只有通过兴建水利,科学有效的调度利用好水资源,才能促进经济和社会的健康良性发展。
2衬砌技术在水利工程中的应用
2.1衬砌管道的结构
要充分了解当地地质情况,分析水利应用方向,选择不同类型的现浇衬砌管道技术,这项工程结构由多种类型组成,常见的衬砌结构是等厚度梯形单式断面结构,保持渠坡坚实稳定,将管道内坡比值设为1∶2,更加方便施工操作。充分考虑管道对防渗等级要求和管道流量,对混凝土防渗层厚度合理设置,为预防裂缝可在适当位置设置伸缩缝,对混凝土出现的裂缝具有良好的效果。
2.2衬砌工程施工过程
2.2.1准备工作水利工程施工由多个工种组合施工完成,是一个综合工程,合理的设计和安排是保证工程顺利开展的关键要素。在对水利工程设计时,一定充分考虑到各工种的位置和工作特点,避免各个工种、单项工程之间相互干扰。合理规划水、电的使用频率和时间,保证机械设备正常运转,通过前期准备,打好工程建设基础。
2.2.2土方施工事先对渠道浸水性能进行仔细分析,通过土质预沉的方法,解决渠道土质疏松产生的沉降,或者通过夯实方法,达到相关工程要求标准。对渠道放样进行严密的准备,划定渠道中心控制线,每隔200米设置一个高程控制点,每距离50米设置一个中心桩,在弯道处加大密度,每5米设一个桩,确保中心桩精度。要对土层进行仔细清理,防止夯实的土层里有杂物,影响夯实效果,把土层分为30厘米左右,保证土层厚度均匀,夯实效果会更好;对含水量低的,适当洒水提高土壤含水量,对含水量高的,要更换土壤。蛙式打夯机要保证四次以上的夯实工作,夯实密度至少达到1.5t/m3。
2.2.3工程材料
(1)水泥和外加剂。水泥尽量使用同厂出售的水泥,一般是使用325#的硅酸盐水泥,通过添加适量的外加剂,保证渠道的抗冻和抗渗性能,PC-2型引气剂成分是松香皂和热聚合物,具有良好的抗渗和抗冻作用,根据水泥标准进行适量添加,一般保持在水泥重量的1%左右。
(2)运输、储存。要把不同类型的水泥分别堆放,对先进现场的水泥先使用,防止气候变化影响水泥性能改变,为防止水泥硬化,堆放的时候,最好是在通风干燥的库房。水泥运输也是关键环节,不同材料不能同时运输,防止混合,一定要保证水泥纯度。
(3)混凝土配比。混凝土的配比是否标准,直接影响着抗冻、抗渗能力,水灰比最大值一般是0.6,塌落度掌握在3厘米以内,当渠床较湿润或是温度较低时,塌落度要适当降低,反之就要适当提高。
2.2.4混凝土渠道施工
(1)准备工作。混凝土浇筑前要有充分的准备,对各类设备进行检修,需要使用的磨光机、发电机、搅拌机一定要摆放到位,对保证机械运转的供水、供电系统要检查是否正常运行,对施工场地、道路是否清理干净,保持表面光洁平整,施工人员、技术人员是不是已经到位,准备就绪后,方可进行混凝土浇筑施工。
(2)浇筑过程。保证浇筑顺序,在渠床上放好钢模板,测量好伸缩缝,如渠床过于干燥,就要适度洒水,避免水分流失出现裂缝;混凝土搅拌机容积要大于0.4m3,合理控制塌落度和水灰比,保证混凝土的上标号不低于C15;混凝土要立即溜槽入仓,人工进行平仓,要从下至上单方向使用振动器进行振捣,保证混凝土各部分均匀;磨光机是对表面进行磨平处理的机械,出现水泥浆后,分两次进行人工压光;当混凝土达到一定强度后,进行拆模,时间的把握是关键,如果时间不足,就容易出现变形损坏;初凝之后进行几次洒水并使用软塑料布进行地表覆盖保养两周以上。
2木板桩围堰
特征以及使用区域简述:在水利项目的建设过程中,此类围堰常常被用到方便获取木材的地方。因为这种项目需要使用非常多的木材,因此在具体的开展建设工作的时候,为了减少投入,保证项目正常开展,在附近区域可以建设此类围堰。除此之外,工作者在进行建设工作以前的时候,还必须认真分析河床的透水能力,以及水流的速度等。其一般适合用到流速为每秒一米到五米,水体深度不超过五米的地方。施工工艺简介:通常来讲,在开展此类建设工作的时候,为了提升效益,确保板缝的密度合理,工作者必须把两三块木板拼凑到一起,进而插打。假如在安装的时候木板太短的话为了确保项目能够正常开展,工作者可在水表面或是地表布置一个导框。假如木板桩太长的话,为了确保工作能够顺畅开展,就要在其中设立两个导框。带明确实际的方位并且做好插打施工以后才可以进行安装活动。在插打以及合拢的时候,我们通常按照分块的方式来处理,或是先插后打。虽说分块方法的效果有,不过它的合拢性不是很好,而且无法控制品质。先插后打的措施虽说可以确保合拢良好,不过它的速度非常慢。
3双壁钢围堰
特征和使用区域简述:如果工作者在工作的时候发现水体非常深的话,我们就可以使用双壁钢围堰。在具体的使用该项工艺之前的时候,工作者必须结合项目的实际状态明确围堰的规模,进而才可以开展后续的建设工作。此类技术是一种全新的施工工艺,它的环保性能较好,效率也非常高,除此之外稳定性好,非常受人们的青睐,施工工艺。双壁钢围堰的施工要点如下:第一,为了保证清基和顺利钻孔,钢壳的刃脚应全部稳妥地支承于岩面上。第二,钻孔护筒顶面应比封底混凝土面高出。下端应与基岩面接近,并与其串联固定连成整体。当封底混凝土灌注完毕后,由潜水员在水下拆除连接螺栓并将固定支架吊出水面。第三,可以在墩身混凝土筑出水面后拆除双壁钢围堰的上部,均可在围堰内切割,外壁在灌水后在水中切割,内壁在无水的情况下切割。
4钢板桩围堰
特征和使用区域简述:如果水体的深度超过了五米,而且河床是砂土或是其他的透水能力较好的土层,无法使用别的类型的围堰的话,我们可以使用钢板类型的。可根据需要修筑成构体"单层和双程式,或者可以根据实际需要将钢板桩围堰可作成矩形或圆形。矩形围堰的角桩没有现成的角桩板桩,需要把一块钢板截开为两个半块并在中间加一根角钢铆接或焊接。施工工艺:钢板桩围堰的施工中有以下几点应该特别注意:第一,打桩机具的选择。打桩机具的选择主要包括两部分,分别是打桩锤和打桩架。打桩锤的重量一般大于桩重,这样能保证打桩效率高,且桩尖与桩头不被打坏。第二,围囹安装。安装围囹时应对其进行测量定位。当水中围囹距离已成桥墩或岸边较远者,可采用前方交会法进行定位。第三,钢板桩插打。钢板桩可采用全围囹组插合拢后再逐步打和逐块插打两种方法。为了加快速度,可令桩架只负责打桩,另用一台吊机或者一艘吊船来承担吊桩工作。可采用外加导框的措施来保证钢板桩插打顺利合拢。第四,防渗漏措施。如果出现了渗漏问题的话,我们可以在撒一些碎屑之类的物质,这样水在流经此处的时候就能够将这些物质带到下方的缝隙里面,进而起到了封堵的意义。除此之外还可以使用棉絮等在里面封堵。最后,将板桩去除。通常应该在去除之前的时候,把水下方或是基坑里面的支撑体系去除,为确保工作者的安全,在拆除的时候必须做好防范活动。
5套箱围堰
特征和使用区域简述:当遇到深水且流速为平坦的岩石河床且无覆盖层的情况下,可以采用套箱围堰。套箱围堰分无底套箱和有底套箱,浅水部位可采用无底套箱,深水部位可采用有底套箱。套箱可用钢板"木材或钢筋混凝土制作,并在内部设相应材料的支撑。施工工艺:首先,测量组放线。在平台拆除以后,搭设上导梁及内支撑。对上导梁牛腿抄平,安装上导梁"并与牛腿焊接定位,安装内斜撑,并用相同的方法安装下导梁。然后,第一次下插模板并合拢,水下安装斜拉杆。进行抛填粗砂及砂袋维护并布置导管。接下来,灌注水下封底混凝土,套箱止水与封底处理。最后,割除设计桩头标高以上的钢护筒并安装下导梁内斜撑。绑扎预埋墩身钢筋"承台钢筋和接地钢筋并浇筑承台混凝土。
导流施工包括导、截、拦、蓄、泄一系列环节,需遵循一定的流程。施工前通常要设计导流方案,在接到工程建设通知后,先综合经济技术指标加以考虑,对比多种方案,选出最佳的一种。若是进行一次性拦截导流,需涉及明渠、涵管等施工方式。所有工作结束后,还要对基坑进行全面检查,以确保基坑没有质量问题;若是采用分期导流的方式,需要考虑如何划分工期、如何分段,以及各段的施工顺序等问题,并制定应急方案以解决突发问题。包括导流之后的建设方法也是考虑的重点。确定大致方案后,需结合实际条件、工程要求加以优化,做更深一步地考虑。主要包括方案的可行性研究、施工所用设备、人力物力资源、建设成本、社会经济效益等。如果有必要,还需根据方案建立起相应的模型,经多次论证后给出最终方案。
1.2导流条件分析
导流工作对水利施工非常重要,需综合多方面因素加以考虑。首先是地形地质,施工现场可能是平原、也可能在山区或丘陵,地形不同,导流方式也有所差异。平原地带多选择明渠或分期导流的方式,如松嫩平原等地;山区施工则应根据地形具体考虑,如秦岭使用隧洞导流比较合适。其次是水文条件,导流主要是对河流进行拦截引导,所以水流量、水流速度、泥沙含量及混合液等都应纳入考虑范围。夏季多数地方都是雨季,降水丰富,会使得河流水量增加,在河道较狭窄处,极易出现河水淹没基坑的情况。泥沙含量较大又容易使基坑变浅,进而影响到施工进度。此时排水较为关键,多选择河床、明渠等排水方式,尽量不要选择涵管或隧洞排水;此外还要考虑枢纽因素,不同的枢纽类型,相对应的导流方式也不同。一般而言,混凝土枢纽多选择分期导流,但在土坝施工中不太适用,土坝在水流的冲击下容易被毁,所以多选择拦截导流方式。如果是高水头水利枢纽,尽量分区分段进行导流,先采用隧洞倒流的方式,然后利用泄水孔,最终促进工程顺利完成。
2水利施工中的混凝土运输
混凝土是水利施工中不可或缺的材料,随着对水利工程要求的提升,对混凝土也提出了更高的要求。混凝土施工多经过搅拌配置、运输、施工几个环节,运输则是指从配置点将混凝土运至仓面。
2.1运输条件
混凝土在搅拌后通常需要立刻运至施工现场,若在途中发生质变、分离等情况,必将会影响到施工质量。所以要重视混凝土的运输,以保证混凝土质量。在运输中须确保容器的严密性,内壁要光滑平整,不能粘附太多的混凝土,应方便清洗;运输要具有连续性,尽量不要中断,否则可能会错过施工的最佳时机;运输道路要平坦,如果颠簸太过严重,极易出现离析现象。另外还需注意一些事项,搅拌后待混凝土完全凝固方可运输,到达现场卸载时,高度不得超过2m,否则易破坏混凝土的稳定性。而且在卸载时,应保持出口通地面的垂直状。
2.2运输方式
混凝土搅拌好后运往施工现场多为水平运输,包括混凝土泵、汽车、皮带机、搅拌运输车等。在运至现场后还需利用缆机、塔机等将混凝土运至指定地点,多为垂直运输。运输类型和运输方式不同,在工具选择方面有所差异,应根据实际情况而定。汽车运输和机车运输较为常见,前者比较灵活,为避免出现分离现象,对运输距离和坍落度都有一定的要求。运输距离不超过1.5Km、坍落度不超过5cm时。工程量较大时,要考虑经济性,可选用机车运输,无需过多的设备,作业效率较高,而且成本低、具有良好的适应性,在实际中有着广泛应用。
3实例分析导流和混凝土运输技术在水利施工中的应用
3.1工程实例
某工程为库内取水工程,坝址附近地貌属典型的河谷地貌,断面呈“U”形,河床底宽116m,开口宽335m,右岸有残存一级堆积阶地发育,地形总体较平坦,微向河床倾斜。本流域的洪水是由暴雨形成的,暴雨多发生6月~9月,而7月中上旬到8月下旬一般是暴雨最为活跃的多发季节。本地区暴雨特点是面积小、强度大、历时短。由于本流域下垫面为沙土丘陵区,遇到小雨时基本不产流,遇到大暴雨时,汇流速度快,历时短,洪水陡涨陡落,一次洪水历时最多不超过24h。
3.2施工导流
结合实际情况,从水库抽水下排的方式为:将离心泵站设在坝肩一侧,从水库内抽水翻越坝顶排至下游河道;离心泵站由两台IS150-125-250型单极单吸式离心泵组成。关于挡水建筑物的设计,根据地勘所进行的区域地质调查,勘察区及与其相近区均无符合坝体防渗要求的天然土料,因此设计采用编织袋内装粉细沙土来填筑堰体,防渗土工膜做防渗心墙的形式;上下游边坡为1∶1.5,考虑交通及抢险,围堰顶宽取7.0m。经计算,考虑波浪爬高和安全超高后的围堰顶高程为1029.3m。
3.3混凝土运输
该工程所需混凝土总量为0.94万立方米,主要集中在岸边泵站。运输时选择的是机车运输,确保混凝土在搅拌凝结后及时运至现场,路面平坦干燥,没有大幅的颠簸。最终混凝土在质量安全的前提下,及时运到现场,使得施工工作顺利完成。
由于我国水利建设资金来源于政府与国家的投资,虽然国家所下拨的建设资金足以实现水利工程的建设,但是在实际的水利工程建设中,部分水利工程建设管理人员为了获取高额利润,从国家下拨的资金中套取一部分,导致配套建设资金并没有足额到位。由于水利自动化监控一般是在工程建设的末期才进行,工程建设资金可能已经在前期的工程中消耗过多,造成在工程末期往往会因为资金不足而难以实现如期建设,其投入使用也延期,且质量方面并没有达到要求。此外,国家对水利建设中的自动化监控系统投资政策并没有落实到位,在没有政策作为依据的前提下难以将资金有效的应用在水利自动化监控系统建设中。
1.2系统建设质量难以控制
由于水利工程建设项目的质量受多方面因素的影响,工程质量与施工单位的施工技术、管理能力及监理单位的监理力度等方面有关。由于水利工程在很大程度上受施工人员的技术及施工单位人员流动性较强等因素的直接影响,导致有效的水利自动化监督控制工作难以开展,而施工单位缺乏能力较强的技术人员及监督管理人员,导致水利自动化监控系统建设的质量检测技术仍较为落后。水利自动化监督控制涉及到多方面的知识,要求技术人员必须具备工程管理、自动化管理以及自动化控制等综合性知识,然而这种综合性人才比较缺乏,导致水利自动化监控系统建设的质量难以得到有效保障,技术人员的缺乏在很大程度上制约着我国水利建设的发展。
2无线通信技术在水利自动化监控系统中的应用
在技术不断更新与发展的年代,无线通信技术也在不断发展,水利自动化监控系统在技术的支持下也迅速发展。目前我国无线通信技术正在不断发展与完善,实现了水利监控系统的智能化与自动化。无线通信技术在水利监控系统中的应用越来越广泛,在水利监控系统中,包括水利工控监控系统、水利水情自动化监测系统、水利综合监控系统,而这三大系统中又包括多个子系统,因此水利自动化监控系统具备明显的复杂性。
2.1在水利水情自动化监控系统中的应用
水利水情自动化监测系统将农村的雨水、水利情况等情况作为监测对象,因此监控系统建设一般设置在农村或者深山区。水利水情自动化监控系统包括雨水情自动化监测系统及农田水利自动化监测系统,这两个子系统之间既有联系也有一定的区别。前者主要是根据雨水量及雨水期等相关情况对汛期各时段的水位进行监督控制,从而为防汛工作提供重要的数据资料。雨水情自动化监测系统将监控的相关信息上传到上级防汛指挥部门,通过不同的网络间的数据交换系统。而水利水情自动化监测系统中的农田水利自动化监测系统的监测对象具体包括水流的地理位置、水流速度、风速、土壤的含水量、降水量等,这些监测对象所获取的数据具有一定的集中性与分散性,监控点之间的距离较短。由于农村的条件有限,系统规模一般较小,限制了水利水情自动化监控系统的发展,采用无线通信技术能有效地弥补落后地区系统监测数据量少的缺点,发挥无线通信技术的优势。由于建设条件有限,因此系统建设必须一次性完成,因此可以将无线局域网络通信技术与有线网络通信技术相结合,从而组建出数据通信网络,避免高额建设,减少了监控系统的建设费用。
2.2在水利工控自动化监控系统中的应用
在水利自动化监控系统中,水利工控自动化监控系统与企业的自动化监控系统具有一定的相似性。该系统主要是以实时监控视频的方式以实现对数据的有效监督与控制。由于系统建设的技术对系统数据的传输速度、安全性及信道有较高的要求,因此必须加强对系统的实时监测与控制,建立配电室和中央控制室,采用配置较高的工控机及高清摄像机进行视频监控。建立信息化网络平台是水利信息化建设的重要内容,目前我国部分水利工程的自动化监控系统已经建立了小型局域网络系统,局域网的设计与建设已经正式开展。
2.3在水利综合自动化监控系统中的应用
水利综合自动化监控系统主要是应用于大坝的监控,其中包括了河道综合治理与大中型水库的除险加固这两个方面。近年来,我国加强了对水利的综合治理力度,我国政府也在不断加大对水利综合治理的资金支持与技术支持。我国财政资金对水利监控系统建设的大力支持在很大程度上加强了对水库的建设,进一步加快了我国水利自动化监控系统建设的进度。由于河坝是防洪的关键地段,因此在进行水利工程建设时必须加大监管力度,相关技术人员通过不断总结以往经验,吸取教训。水利综合自动化监控系统的组网方式主要采用光缆作为主要的信道,接着再使用光电转换的形式。此种组网方式具有信道宽、防雷击等外部影响、网络速度快等优点,然而这些系统的施工所需成本较高,且难度较大,导致工程建设的后期维护费用较高,且支出费用超过了预算。在河道的综合性管理中,可以采用有线与无线相结合、局域与广域相融通的组网方式进行,在组网方式的选择方面,可以在每一个河坝的监控终端设置无线局域网络,并根据各个监督控制点来选择合适的组网方式,实现对监测数据的有效传输。可以采用直接铺设的方式布置光缆,能有效地减少雷击等外部影响,但这种方式容易导致土建设置被损害,且信道恢复慢,误码率较高。而采用无线局域网络与有线局域网的组网方式具有较大的优势,与其它组网方式相比,其无线局域网的结构比较简单,且安全性较高等,能有效的减少施工量,降低了系统维护率。无线通信技术在水利综合监控系统中的作用很明显,有利于数据的集中上传,实现其实时有效的监测职能。
2水利工程混凝土施工新技术的应用
2.1散装水泥使用的施工新技术
从如今的发展来看,对水利工程混凝土施工有比较严格的使用规定,应该优先使用散装水泥,主要原因是散装水泥自身所具有的操作简便、能够满足大批量需要的优势,所以得到了人们的青睐,并且保证了工程的可靠性和使用的安全性,还能有效减轻环境污染,缓解人与环境的矛盾,其如今应经是相对成熟的施工技术了。
2.2重视水利工程混凝土中掺合料的应用
想要提高混凝土施工质量,实现方式也比较多,诸如改良混凝土、使用混凝土添加剂等。主要的操作方法是,将高炉矿渣微粉、微硅粉、煤灰粉等掺合料加入到混凝土中,以便达到降低混凝土的水化热的目的,来抑制对碱骨料反应,进而减少水泥的使用量,减少资金投入力度,为企业带来更多的经济效益。
2.3水利工程混凝土中外加剂的应用
现在我国的各类工程中混凝土施用的越来越多,混凝土在中外加剂技术的作用下,显现出了诸多优点:多功能、高效、浓缩,施工的技术也在不断完善。节水、增体、环保等功能在混凝土施工技术的应用得到了良好的发挥。普通减水剂、增强阻裂粉、早强剂是现阶段经常使用到的外加剂。混凝土的和易性能够在外加剂的试用下得到极大的改善,混凝土的凝结时间可以进行有效调整,混凝土的耐久性和各项物理性能均有大幅度的提高,达到了混凝土对施工环境很好的适应能力的终极目标。
3水利工程大型混凝土工程施工技术
近年来,我国对水利工程的建设加大了投入的力度,水利施工不断增多,施工质量也在不断提高。一般的大型水利工程,工程的施工量都比较大、周期长,整体要求高,使用混凝土的数量比较多。作为一项施工技术,混凝土的施工中其材料配合比、浇筑温度都是影响施工质量的重要因素,很有可能导致施工裂缝,保证混凝土的施工质量才是大型水利工程的关键所在。在我国的一些地区的水利工程施工使用了改良后的大体积混凝土施工技术,经实践证明收到的效果还是令人欣喜的,研究人员对其进行了详尽的分析,得出了应在大体积混凝土的施工中,既要控制好温度,又要加强周围混凝土的约束力的结论。高质量的混凝土工程施工技术在保证水利施工质量上体现出较为明显的作用力。大体积混凝土工程的施工除了要满足常规混凝土结构设计的要求外,还应特别注意控制混凝土强度等级,减少施工裂缝问题的发生。由于大体积混凝土工程的施工应力和温度应力都有不同程度的增加,所应有的施工工艺应该更高,施工的中心环节是混凝的混合和浇筑。(1)施工前,应准确测量浇注体的温度,减少温度应力,评估施工中可能遇到的温度差值、内部速度的升降温速率等指标,以便把握好温度控制的指标和技术方法。一般情况下,混凝土入模前的绝热温度的变化值在45℃左右,混凝土内外温差不应超过30℃,降温速率为每天2.5℃。下一步就是混凝土的振捣,这也是比较重要的环节之一,先要选择好振捣的插入点,进行均匀布置,振捣速度应快慢适中,再二次振捣以便保证质量。最后,在浇筑上应采用连续浇筑的方法,也是为了降低裂缝的产生。还要特别提醒现场的施工人员必须熟练的掌握施工技术,严格按照一定规范进行操作,这样才能最大限度的保障施工质量。
主要把社会水循环过程作为主要监控对象,这个过程由“取水-输水-供水-用水-排水-回用”等环节构成。在监控时,通过监测点——包括取用水户、入河排污口、水源地、地下水监测井等,以及对线包括河流、水功能区等的信息,进而掌握面包括行政区、水资源分区以及地下水分区等的情况。接下来,通过把取用水户的取水和排水数据和行政分区的入境水量和出境水量数据以及地下水数据等进行互相校核,再加上数据信息(包括统计信息、监测信息、流域及区域水循环模型等)的互相校验,可以为实行“总量控制,定额管理”提供有力的支撑,进而实现水资源的科学、精细管理。应用物理网技术,有助于水利行业准确掌握水资源状况,并在此基础上实现社会水循环过程(包括取水-输水-供水-用水-排水-回用)和自然生态系统中的天然水循环过程(包括降雨-蒸散发-产汇流-入渗)之间的合理匹配,实现水资源的高效利用,并优化其配置以做到科学保护,实现经济、自然及社会的可持续、协调发展。
1.2防旱防风防汛决策管理方面
主要是分别针对这三类信息的采集系统(主要是工情信息采集系统、水雨情信息采集系统以及灾情信息采集系统)实现信息采集,网络、数据库将作统一建设。物联网技术应用于防旱防风防汛的预警,主要是以计算机网络、监测技术、信息处理及多媒体技术为支撑,在深入研究防汛抗旱监控特点的基础上,使流域内及相关地区的水情、工情、旱情、雨情、灾情等要素可以构成一体化数字集成平台、虚拟环境,可以做到在可视化条件下为预警提供决策支持,以增强决策的预见性和科学性。如在防洪预警预报中,主要包括两个系统:前端水雨情采集系统和预警信息系统。前端水雨情采集系统主要通过应用基于物联网M2M通信技术的无线RTU实时采集现场的水雨情信息,这些信息包括单位时间内的降雨强度和降雨量,河流水速,水库放闸水速、水量以及河流水库的水位等各种水文数据。然后通过GPRS/CDMA网络将这些信息传输到预警主控中心,以便为主控中心提供原始的水文数据。预警信息系统的设备主要包括喇叭、LED显示屏以及无线预警广播等设备。无线预警广播设备接收预警信息有三种通信方式:一,通过GPRS/CDMA网络保持与控制中心的链接,以实时侦听控制中心发出的预警通告;二,通过语音通道为紧急灾害情况提供直接的语音通告;三,通过短信通道控制中心及移动电话的终端,向预警广播设备及时预警信息。对于没有GSM/GPRS/CDMA网络的那些区域,预警信息则可以通过调频网络得以传到预警现场。
1.3在传统农业及灌溉方面
应用物联网技术实现对土壤养分以及水质的检测,以实现对水文环境及水生态的监控,以取得一定的经济效应。
水利工程堤坝出现险情包括滑坡、渗漏、裂开等类型,由于渗透引起的破坏主要体现在渗透引发的大面积的渗漏、管涌、部分泥土被冲走、严重冲刷、接触流土等。堤防渗透出现的险情主要有三种情况:第一,由于堤坝本身在施工过程中,混凝土等填充物密实度不够、不结实、不均匀;第二,由于堤坝在水利工程施工过程中没有很好地清理坝基,坝基和大坝相接处的砂石或者一些混合物质非常杂乱;第三,坝基出现险情,这主要是坝基本身的结构造成的,有些堤坝的土质里面有大量透水性很强的砂层和砂壤土层,这是造成堤坝险情的最重要的原因。
1.2对水利工程施工过程中防渗施工方案的选取
第一,要对堤坝的坝身进行防止渗漏处理,通过设置防渗墙、钻孔灌浆、扩大裂缝灌浆等方式,建立防渗体。在一定条件下还要进行加厚帮堤,对坝身的填充材料进行重新填充构筑等。第二,设立堤坝截渗墙,主要通过使用薄墙以及低廉的材料,从而使工程造价显著降低。当前经常使用开槽的方法、挤压法、深沉法建造墙体都能达到一定的标准,这里面使用深沉法打造墙体,是有较低的造价,在墙里的深度不大于20厘米,效果最好。如果使用高喷的方法打造墙体,成本造价相对较高,但是有些地方由于受到施工场地的限制,尤其在一些不宽敞的地方,而且施工场地有很多障碍物时,使用此方法效果最好。第三,一些地层中砂砾含量大、砾石块径也很大的情况下,使用冲击钻并结合开槽的其他形式进行,这样也会使成本有很大提高。
2堤坝工程防渗加固技术
2.1堤坝防渗处理
我国对防渗的原则和措施经常使用防渗墙和灌浆的方法对渗漏进行处理,有时使用减低浸润线的方法或者使用加大重量和采用防滑桩等方法,进一步提高堤坝抗滑动的能力,加大抗滑动的安全系数。当然,进行堤坝滑坡的处理方法非常复杂,要认真观察和分析产生滑坡的原因,并采取相应的办法对症下药地解决问题。如加大坝体的稳定性和牢固性,采用复合土工膜或者土工膜进行防渗漏处理,在施工材料中加进去加筋材料,进一步提高混凝土的稳定性。通常采用的方法是上游一般用帷幕灌、铺设防渗墙堵住、拦截等方法,下游经常使用疏导、减压、排出的办法,建造减压井、修建排水沟等进行坝体压力减小,从而起到防渗的处理方法。
2.2堤坝灌浆防渗的方法
2.2.1劈裂式帷幕灌浆法。
为了对堤坝坝身进行稳定加固,可以使用劈裂式帷幕灌浆的方法,使堤坝渗漏清除。具体做法是:依照堤坝的直和弯曲情况,使用轻捷简便的钻机进行钻孔,钻孔时可使用直线或梅花形状,沿着堤坝的某一中心线,由坝堤的顶部到堤坝外侧1.5米的位置实施钻孔,各空中间的距离大约3米,钻孔的深度要根据坝身的具体情况而定,可以把坝身钻透后再进行填土或者钻入1~2米较为合适。进行帷幕灌浆时,要从下到上,少灌多次进行,水泥浆液要由稀薄到黏稠,逐渐进行,并且逐渐加大压力,灵活应对。
2.2.2低压速凝式灌浆法。
在一些高危水位的抗洪抢险中,尤其是由于堵塞而发生管涌,可以使用低压速凝式灌浆法。依据堤坝管涌出现的位置以及堤坝是否是黏土层还是砂砾层的具体情况,可采用相应型号的钻机进行钻孔,并向孔内放入浸水后容易发生膨胀的大米、豆子之类的东西,从而增大产生管涌的阻力,使出现管涌时的速度变慢,不至于水泥浆液随着水流流出。再用不大于50kPa的压力慢慢对着钻孔注入混有速凝剂和水玻璃的水泥浆液,以使水泥加快凝固,尽快阻塞管涌。
2.2.3高压填充式灌浆法。
这种方法只是用在堤坝坝基的基础灌浆,也可用于因为蚂蚁巢穴溶洞的灌入。在进行基础灌浆时,可以使用50米工程钻机从坝堤顶部需要灌注的位置进行钻孔,各钻孔之间的距离可以在1~2米,钻孔的深度可以通过基础坝基然后进入砂石层大约2米的位置最好。然后用128.60~167.50kPa进行高压灌浆,套管一定要保持干燥,并要放置到填土层,基础部分的砂砾层要用水泥浆灌注,再逐渐向土层提高,再用黄泥浆把钻孔封住。这种高压填充式的灌浆方法,对治理由于坝基不牢固引发管涌,对蚁穴、溶洞的灌浆都起到很大的作用。
2.2.4建造防渗体。
对于使用水泥浆液砌石的重力坝,在堤坝的上游表面进行加固灌浆,从而使渗漏涵洞或缝隙进行填堵,使堤坝坝体得到更好的加固,也使防渗能力得到进一步加强,保证堤坝坝体的完整性和防渗能力增强。在坝体下游表面进行加固灌浆,尤其是堤坝的坝体表面出现漏水或者有混浊物流出,以至于出现水平小孔或者倾斜孔,可以使用埋设水泥浆管进行灌浆,使坝体的涵洞和裂缝产生堵塞,从而影响坝体的稳定性和抗冲刷能力。这种施工工艺对拱坝及支墩坝体工程非常适合,使用这种方法时要求坝体前面没有水,要重新在坝体表面剔除缝隙,再用高标号的水泥浆液或者防水材料和高标号的水泥砂浆配制的浆液进行嵌缝,从而提高坝体的稳定性和牢固性。
2.3混凝土防渗墙技术
2.3.1高压喷射防渗墙。
通过高压喷射对坝基的覆盖层进行冲击,然后把水泥浆液充分灌注到坝基的下面的土层里面,使其与土层颗粒充分融合,从而构筑成防渗墙。
2.3.2自凝灰浆防渗墙。
使用膨润土、水泥、缓凝剂等制造成自凝灰浆,在凝固的时候可以当作凝固时凿孔壁的水泥泥浆,在完成后自然凝固,从而起到防止渗漏,强化孔壁的作用。这项技术在国外得到广泛应用,在我国只是刚刚开始运作。
2.3.3垂直铺塑。
通过使用链斗式的挖槽机,把挖出的槽渣通过链斗运出,这样槽孔的连续性就形成了,再用水泥浆液加固槽孔壁,待水泥槽成型后再在上面把防渗薄膜铺设上,然后再进行黏土回填。槽的深度不能超过15厘米,宽度大约在15~30厘米之间。这种方法对沙化土层较为适宜,施工效率也很高。