倒虹吸管

2024-07-01

倒虹吸管（共7篇）

倒虹吸管篇1

1 工程概述

群库灌区是国家大型灌区, 北干渠是群库灌区总体规划的干渠之一, 是灌区北水南调的唯一渠道, 担负着辉县市北部部分山区的农业灌溉和人畜饮水任务。北干渠位于辉县市北部太行山区, 蜿蜒曲折, 穿山跨谷, 需修建许多建筑物, 其中山谷较深需修建倒虹建筑物。倒虹吸管主要由进口段、管道段及出口段三部分组成。目前, 北干渠工程已运行通水多年, 北干渠上修建的寨洼和庙岭倒虹运行良好。寨洼倒虹, 设计流量2.71m3/s, 沟深82m, 长度192m, 两侧山坡坡度75°左右, 由于流量较小, 水头富余, 采用竖井式倒虹吸管, 管身段均采用组合材料管。庙岭倒虹, 设计流量2.31m3/s, 沟深93m, 长度452m, 上游山坡坡度35°左右, 下游山坡坡度55°左右, 上游采用露天钢管铺设, 下游采用沟埋式组合材料管。

2 水力分析计算

倒虹吸管内的水流为压力管流, 过水能力按压力管道公式计算:

式中:Q-过水流量;

Ω-过水断面;

Z-进出口水位差, 即总水头损失 (m) ;

Μ-流量系数, 无因次量, 与管内沿程摩擦损失

及局部阻力损失有关;

沿程阻力系数;

∑ζj-局部阻力系数之和;

L-管道全长 (m) ;

DB-圆管内直径 (m) ;

hf-沿程水头损失 (m) ;

hj-局部水头损失;

ν-管内平均流速 (m/s) ;

g-重力加速度 (m/s·m2) 。

公式中过水流量也就是倒虹吸管的设计流量, 应为群库灌区北干渠在此处的加大流量, 不能用北干渠在此处的设计流量作为倒虹吸管的设计流量。

根据倒虹吸管设计流量确定管径及进出口渠底高程后, 尚应验算管道通过中小流量时进口段的水面衔接情况。倒虹进口水面跌落较大, 为防止脉动掺气, 进口前设消力池。

3 结构分析计算

倒虹吸管道结构主要由组合材料管 (钢管) 、伸缩节、镇墩、支墩、进人孔、泄水冲沙孔及通气管等部分组成。进人孔、泄水冲沙孔及通气管用钢板、螺栓、阀门等与管道连接起来, 按构造、规范要求施工, 不必计算, 伸缩节、镇墩、支墩按相关规范要求计算。组合材料管结构由混凝土、钢筋、钢管等部分组成。混凝土、钢筋按构造、规范要求施工, 主要应对钢管进行计算、校核。

荷载组合:作用于钢管上的力可分成三类:即沿管轴方向的轴向力, 垂直于管轴方向的法向力和顺半径方向的径向力。管道在正常运用期间可能出现下列四种情况:温度升高, 水管充水;温度升高, 水管放空;温度降低, 水管充水;温度降低, 水管放空。以温度升高, 水管充水为控制条件。

钢管结构计算主要是稳定性计算和强度校核。

钢管稳定性计算:

式中:σ-钢管壁厚 (cm) ;

Dc-钢管平均直径 (cm) 。

强度校核:压力钢管按第四强度理论进行强度校核, 各计算点应力应满足下列强度条件:

式中:σx、轴向、环向正应力 (以拉为正) ;

Τxθ-剪应力;

φ-焊缝系数;

[σ]-相应计算情况的允许应力。

4 竖井式倒虹吸组合材料管的运用分析

群库灌区北干渠寨洼倒虹位于辉县深山区, 两侧山坡很陡约75°, 山体均为岩石, 倒虹采用斜坡形式需要开挖巨大的山体, 工程量大, 投资多, 而采用竖井形式, 施工进度较慢, 但工程量明显很小, 节约投资, 故寨洼倒虹采用竖井形式。

竖井施工与隧洞施工类同, 定向爆破, 岩石石渣用机械提升吊桶法出渣, 施工进度与隧洞施工进度相差无几, 每天1m-2m, 两侧竖井同时开工。水平洞施工在河谷中间底部开挖至设计高程, 分别向两侧竖井方向开挖, 开挖困难采用定向爆破, 挖至竖井垂直位置为止。竖井式倒虹垂直洞与水平洞挖通后, 进行倒虹吸管施工。

由于竖井较深, 水头较大, 过水流量较小, 管径又不大, 倒虹吸管不论采用钢筋混凝土管还是采用预应力钢筋混凝土管, 由于场地狭小, 钢筋绑扎、支模以及振捣等都十分困难, 经综合分析研究, 采用组合材料管。钢板焊接成设计管径大小, 作为内模内衬于竖井内, 开挖的四周岩石作为外模, 然后在岩石与钢管之间浇筑混凝土, 为了使岩石、混凝土以及钢管三者之间结合牢固, 尚须在岩石上打孔预留一定数量的钢筋, 在钢管上焊接一定数量的钢筋。

由于内衬钢管光滑, 糙率小, 运行时可把水头损失减至最低程度。钢板价格较贵, 内衬钢管的壁厚采用结构要求的最小厚度, 考虑到磨损锈蚀的要求, 本次寨洼倒虹吸内衬钢板的厚度采用8mm。

寨洼倒虹采用组合材料管, 钢板厚度确定后, 需计算确定混凝土厚度和钢筋的配置, 由于钢筋计算和施工十分麻烦, 本次倒虹采用素混凝土。由于混凝土强度远小于钢板强度, 考虑到钢板、混凝土及岩石作为整体结构联合工作情况, 为充分发挥混凝土的强度, 并对钢板影响最大, 按照钢板强度高于混凝土强度10倍以上, 混凝土的最小厚度不小于10倍的钢板厚度, 本次寨洼倒虹吸竖井的混凝土厚度采用50cm, 经过实际运行, 安全可靠。因此组合材料管整体结构既可以提高混凝土的抗裂性, 又可以减少温度变化在钢管中引起的应力, 克服了混凝土和钢板单独成管的不足, 是竖井施工中优先考虑的方案。

5 斜坡式倒虹吸组合材料管的运用分析

庙岭倒虹上游坡度较缓35°左右, 采用露天钢管架设, 下游坡度较陡55°左右, 沿山坡无论采用钢管架设还是采用预应力混凝土管铺设, 施工困难, 稳定性较差, 开挖山体工程量又太大, 竖井施工较随地形的斜坡式施工投资大, 且工期长, 综合分析研究, 庙岭倒虹下游采用斜坡式组合材料管。在山坡上开挖沟槽, 用钢板焊成设计管道内径, 分节支承于山坡上, 山坡岩体上打孔插入一定数量的锚筋焊于钢板上, 便于牢固结合, 提高结构安全稳定性。各节钢管之间不设伸缩节但必须焊接成整体, 然后再浇筑混凝土。山体坡度55°左右, 较陡, 超出45°缓坡式范围, 但山体岩石、混凝土及钢管牢固结合, 整体受力, 安全稳定性可以保证。钢管壁厚按构造要求取最小值, 但考虑到磨损锈蚀, 水头较高, 故钢管壁厚在60m水头以下取8mm, 60m水头以上取10mm。钢管外包混凝土按构造配置钢筋, 厚度不小于30cm。经过实际运行, 效果良好, 稳定性、抗渗性、抗裂性等均可达到保证。

6 组合材料管的特点

(1) 组合材料管利用钢板与混凝土二者的长处, 把高强薄壁钢筒内衬于管道内缘应力最大部分, 施工时既能起到内模作用, 运行时又可把水头损失减至最低程度。

(2) 组合材料管钢板、钢筋、混凝土三种材料联合受力, 既可以克服单独钢筋混凝土管抗裂性能差的缺点, 又可满足单独钢管稳定要求, 并大大减少由于温变在钢管中引起的应力。

(3) 在竖井和高坡度倒虹吸管中采用组合材料管, 既可以提高防渗、抗裂、节省投资, 又可以提高结构安全度、延长使用年限。

(4) 钢板和混凝土能作为整体结构可靠地联合工作, 即使二者间的黏结遭到破坏也不影响管道的应力状态。

(5) 钢板为约束混凝土裂缝展开, 由于价格较贵, 其厚度采用结构要求的最小厚度。

(6) 正常运用时允许混凝土发生一定的裂缝, 以充分发挥钢筋和钢板的作用。

参考文献

[1]余际可, 等编.灌区水工建筑物丛书《倒虹吸管》 (第二版) [M].水力电力出版社, 1993.

[2]黄希元, 等编.小型水电站机电设计手册 (金属结构) [M].水利电力出版社, 1991.

[3]武汉水利电力学院水力学教研室编.水力计算手册[M].水利电力出版社, 1983.

倒虹吸管篇2

孟良河倒虹吸工程位于河北省曲阳县燕赵镇中管头村南1Km处, 穿孟良河与沙河干渠, 工程等级为Ⅰ等, 建筑级别为Ⅰ级, 地震设计烈度为6度。管身段全长310m, 共16个管节, 分进口斜管段、水平管身段、出口斜管段3部分, 管身为三孔一联的预应力钢筋混凝土箱型结构, 单孔过水断面尺寸6m×6m, 顶板厚1.0m, 底板厚1.1m, 中墙厚1.0m。倒虹吸管身为有限预应力混凝土结构, 混凝土等级C40W6F150, 钢筋采用Ⅱ级钢筋, 预应力筋采用钢绞线Φ15.2。管身预应力筋横向布置, 纵向全部为普通钢筋。底板、顶板钢束分上下两层布置, 边墙、中墙钢束内外分两层布置, 锚具采用OVM15-5、15-4、15-3型锚具。

孟良河倒虹吸工程是南水北调京石段应急供水工程中设计双向预应力施工的倒虹吸工程之一, 预应力施工工艺应用于大型倒虹吸箱涵结构当时尚属首次, 为了保正工程施工质量, 中标施工单位:河北省水利工程局, 需要研究一套切实可行、优质高效的倒虹吸预应力施工工艺流程。

1 试验研究的依据以及拟采用的研究方法、工艺与技术路线

1.1 准备工作情况

经认真研究, 施工单位挑选骨干技术人员, 成立了“倒虹吸管身预应力施工工艺研究”课题组, 多次召开课题组会议优化改进施工工艺, 及时收集数据进行分析研究, 这些工作为课题研究奠定了良好的基础。

1.2 试验研究的依据

孟良河倒虹吸施工图纸和针对预应力施工的设计技术要求。

1.3 研究方法

以现有实际数据为基础, 分析对比改进前后的成本高低和改进前后的优劣;建立合理的施工顺序和工艺流程。采取数据采集、合理分析、总结推广相结合, 理论与实际相结合的工艺与技术路线。

2 倒虹吸管身预应力施工工艺研究的目的及国内外发展趋势

2.1 目的、意义

通过孟良河倒虹吸管身预应力施工实践, 逐步合理安排预应力混凝土各工序之间穿插, 并逐步研究出从预应力各部件埋设到张拉、灌浆及封锚时的较适宜的施工工艺和较配套的施工设备及辅助设施, 从而总结出一套针对倒虹吸管涵的预应力施工工艺流程。

2.2 国内外现状, 水平与发展趋势

国内外对倒虹吸管身的预应力施工没有针对性的预应力施工工艺流程, 仅有宏观的指导性文件。随着预应力施工工艺的发展, 预应力施工工艺逐渐应用到水利行业, 尤其是应用在倒虹吸工程等大型建筑物上, 该工艺安全可靠并降低工程造价, 具有广阔的应用前景。

3 主要技术关键

(1) 综合现场实际施工情况和施工效果进行分析, 简化施工过程, 提高生产效率。 (2) 在符合规范要求的前提下, 改进施工工艺, 节约成本。 (3) 精确建立预应力施工工序与模板、钢筋等工序施工的先后顺序, 分析如何合理安排施工进程。

4 研究内容、研究进度

4.1 研究内容

(1) 总结预应力施工中, 从钢绞线下料、挤压、编束、布设波纹管、穿束、锚具固定、张拉、灌浆全过程操作要点和质量控制要点, 并综合现场实际施工情况和施工效果进行分析, 简化施工过程, 提高生产效率。 (2) 研究预应力施工工序在倒虹吸底板、墙体、顶板各施工部位不同的穿插工艺流程。 (3) 精确建立预应力施工工序与模板、钢筋工序施工的先后顺序, 分析如何合理安排施工进程, 确定预应力各工序开始施工的最佳时机。 (4) 研究预应力施工辅助设施, 更快速、更安全地完成张拉施工。 (5) 张拉顺序的改进, 以减小基坑降水时间。 (6) 管身预应力施工部分施工定额的确定, 及人员的合理组织。

4.2 研究进度

(1) 2006年10月, 下料方法及下料长度确定, 挤压P锚设备选型。 (2) 2006年11月至2007年4月, 倒虹吸底板、墙体、顶板预应力埋设施工工艺流程确定。 (3) 2007年4月至2007年5月, 倒虹吸张拉设备选型和张拉辅助设施成型应用。 (4) 2007年5月至2007年6月, 预应力孔道灌浆设备选型、灌浆工艺和封锚方案优化。 (5) 2007年7月至2007年9月, 资料整理、总结, 写出成果报告。 (6) 2007年10月至2007年11月, 请教专家对该施工工艺进行论证、指导、改进。 (7) 2009年1月, 向主管部门申请, 组织专家论证会, 对预应力施工工艺研究课题评审。

5 所需主要材料、仪器、设备

6 工程运行情况

2008年9月至2009年8月, 从河北省4个水库应急向北京市区供水;2010年6月至12月, 第二次由河北省向北京市应急供水;两次供水全部经南水北调京石段应急供水工程渠道调水, 孟良河倒虹吸作为渠道上的控制性建筑物, 经过了两次过水的考验。2011年5月, 孟良河倒虹吸工程所在的S17标段, 通过了项目验收, 孟良河倒虹吸单位工程被评定为优良。

7 结语

河北省水利工程局“预应力施工工艺研究”课题组, 在施工过程中对倒虹吸管身预应力施工工艺进行了研究分析, 根据收集到的工程资料和了解到的相关情况, 确定了合理的预应力施工方案。针对如何确定穿插顺序、如何优化张拉顺序等一系列关键技术问题, 组织相关工程专家进行反复研究对比, 科学论证, 精确建立了预应力施工工序与模板、钢筋工序的穿插顺序, 创造了预应力工序施工时的施工辅助设施, 并优化了预应力的张拉顺序, 简化了施工过程, 总结了施工中的注意事项, 保证了施工质量, 加快了施工进度, 创造了较高的经济效益, 对后续同类工程施工具有指导意义。

摘要：在孟良河倒虹吸工程中, 施工单位进行的“倒虹吸管身预应力施工工艺研究”, 精确建立了预应力施工工序与模板、钢筋工序的穿插顺序, 创造了预应力工序施工时的施工辅助设施, 并优化了预应力的张拉顺序, 对后续同类工程施工具有指导意义。

关键词：预应力,张拉,工序,研究

参考文献

[1]冯大斌, 栾贵臣.后张预应力混凝土施工手册[K].北京:中国建筑工业出版社, 1998.

[2]陈惠玲.有粘结及无粘结高效预应力工程简明技术[M].北京:中国环境科学出版社, 1999.

[3]熊学玉.预应力工程设计施工手册[K].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

[4]施岚清, 陈嵘.预应力混凝土实用技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[5]河北省水利水电勘测设计研究院.第S17标段孟良河渠道倒虹吸工程预应力混凝土施工技术要求[R], 2006.

倒虹吸在渠道设计中的作用篇3

一、结构与布置

1.倒虹吸管的布置与构造

倒虹吸管采用地埋形式, 管道采用钢筋混凝土预制管。布置方向基本与灌区引水干渠垂直。管道选择直径为1.2米, 壁厚为12厘米, 3米长的预制混凝土管。

2.管的支撑形式与构造

管道采用, 当地的土质为砂性土, 采用C25素混凝土基座梁式支撑, 转弯处采用C25素混凝土镇礅连接。 (见2—1、2—3)

3.管道与接头的形式和构造, 采用承插管构造, 橡胶圈止水。 (见2—2)

由于水质较清, 因此在设计镇礅的同时, 不做排沙设施设计。固有停水或修水期, 由人工对管道内部的泥沙进行清淤。

4. 进出口段布置

渐变段:采用扭曲面渐变。

拦污栅:采用角钢和螺纹钢筋。

节制闸:由于水头流速较小, 因此不设节制闸。

连接段:采用矩形口进行连接。

沉砂池:由于水有南干渠引水, 水头和流速不大, 因此不设沉砂池。

进出口:采用矩形, 连接室挡土墙连接, 连接形式矩形口。

5. 管道的镇礅与开孔

根据经验, 镇礅的长度为直径DB1.5～2倍, 底部最小厚度为管璧厚度的1～3倍;镇礅顶部及侧墙最小厚度约为管壁厚度的1.5～2.0倍, 镇礅中圆弧段的外径R外一般为管内径DB的2.5～4倍。本设计管道与管径初步拟定尺寸为1.2米, 管壁厚0.12米设计镇礅长度为1.8米, 底部厚度为0.6米, 镇礅顶部厚度为0.3米, 圆弧段的外半径为266, 与水平面夹角为7度。 (见2-3)

二、水力计算

倒虹吸水力计算的目的是通过水力计算确定管道的横断面尺寸与管数, 以及进出口段的布置尺寸与高程的关系。

三、进出口水力设计

进出口水力计算内容包括:1进出口渐变段的长度;2进口沉砂池;3.出口消力池;4.通过小流量时, 进出口水跃的处理;5.加大流量时壅水位的确定。由于地形坡度较缓, 水源为南渠放水闸引水, 设计流量为2米/秒水质较清, 且流速0.467米/秒较清。因此在进出口段设计时, 取消了沉砂池和消力池的设置, 采用陡坡引流避免水跃。

四、钢筋混凝土管的设计

等级划分与结构要求计算

设计过水流量为2立方米《根据灌溉与排水规范》GB50288-99工程等级为5级永久型建筑物。

钢筋混凝土管, 根据运用要求, 其结构计算内容应包括如下项目的一部分或全部;1.结构的强度计算以及必要的稳定计算;2.抗裂度验算;3.刚度及变形计算。上列项目中, 第1项是各种结构不可缺少的基本项目, 由于倒虹吸管在均匀内水压力作用下, 横向计算时进行第2项抗裂度验算, 至于第3项则为跨度较大的梁式管所必须计算的项目。

摘要：本文叙述了倒虹吸在渠道设计中的作用以及计算要求, 简单阐述了新疆灌区渠道设计的几点经验。

关键词：倒虹吸,渠道设计,作用

参考文献

[1]《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99, 1999, 7.

[2]李炜.水力计算手册[M], 中国水利水电出版社;2006.

[3]刘肇袆.灌溉与排水分册[M], 中国水利水电出版社;2001.

倒虹吸管篇4

锦川河倒虹吸工程是在原锦川河渡槽2004年经山东省水利工程质量监测中心站、山东省水利科学院鉴定为D级, 建议渡槽报废重建的基础上, 经淄川区水务局向区委、区政府及上级主管部门汇报并批准, 兴建的大型水利工程。该工程不仅担负着罗村、双杨、寨里三镇2万多亩农田灌溉面积, 而且担负着向双杨镇36个村庄, 3万人和上百家企业的生产生活用水任务, 是双杨镇“村村通”供水工程的骨干工程。该工程由淄博市水利勘测设计院负责设计, 设计过水流量为0.75立方米/秒, 日最大供水量6.48万立方米。采用d800预应力钢筋混泥土管, 长度2150米, 沿现有渡槽南侧向西北方向敷设, 由进口段、管身段及出口段三部分组成。东连一分干渠道, 途经东刘、肖家、邹家、泉子、寨里等村的耕地和厂区, 中间穿过省道湖南公路, 出口连接双沟、罗村、寨里三条支渠。主要建筑工程包括进口沉淀池、进口闸门、泄水闸门、冲砂管阀、放气阀、放淤阀、进人孔、主管道、出口池、出口闸阀、出口管理房等建筑物。

二、科研及初设等文件的批复过程

经委托淄博市水利勘测设计院对锦川河倒虹吸工程设计的科研报告及初设文件报市水利局、市计委, 经市水利局与市计委转报省水利厅、省计委, 由省水利厅对该工程进行了批复。

三、主要项目施工过程及重大问题处理

锦川河倒虹吸工程于2007年8月10日开工, 11月30日竣工通水。由于工程开挖中心线离渡槽最近距离只有2-4米, 而且又是在雨季施工, 难度很大。在施工过程中, 对开挖段及时验收, 及时安装管道和回填, 最大限度的减小对渡槽的稳定造成影响和避免塌方现象发生。

根据工程施工现实情况和水利工程的安全运行, 对部分工程设计进行了变更, 主要有进口泄水渠道改成d800预应力钢筋混泥土管, 冲砂管位置移到锦川河涵洞

上方, 增加32米顶套管和过路口增加钢管和过道水泥板, 出口段增加电磁流量计, 出口建设管理站等。

四、项目管理

1、机构设置及工作情况

根据锦川河倒虹吸工程的需要, 淄川区政府专门下达了川政 (2007) 23号文, 成立了一干渠引太供水工程指挥部, 分管区长任指挥, 有关部门领导为成员, 对倒虹吸工程起到领导指挥和协调作业。一干渠管理处也成立了协调组、工程组、迁占组三个工作组, 主要负责对工程配套资金的落实、工程的施工和迁占工作。同时市水利设计院、、市星河监理公司、淄川区水利建安公司和市水利建安公司和区水务局等单位协调努力、积极工作, 为工程的建设做出了很大贡献。

2、主要项目招投标过程

一干渠管理处委托市水利与渔业局招标办公室对锦川河倒虹吸工程两标段的建筑及安装工程和给水管材采购进行了招投标。2007年7月31日通过专家评标, 确定淄川区水利建筑安装公司为锦川河倒虹吸工程第一标段建筑及安装工程的中标单位, 淄博市水利建筑安装公司为锦川河倒虹吸工程第二标段建筑及安装工程的中标单位, 新泰市华龙管道有限公司为锦川河倒虹吸工程给水管采购的中标单位。

3、工程概算与投资计划

锦川河倒虹吸工程总投资420万元, 其中倒虹吸建筑安装工程投资180万元, 管材投资70万元, 迁占50万元, 锦川河渡槽拆除120万元。建筑安装工程由于设计的变更开挖遇到石方, 投资将加大。工程投资来源主要是中央财政投资200万元, 区财政补助资金70万元, 其余资金由一干渠管理处自筹解决。

4、合同管理

淄川区一干渠管理处与建筑安装工程承包方淄川区水利建筑安装公司、淄博市水利安装公司和给水管材采购承包方新泰市华龙管道有限公司签订了相关承包合同书, 对工程的质量标准和付款方式、价款结算方式严格执行了工程合同书。

5、材料及设备供应

锦川河倒虹吸工程应力混凝土管由厂方负责运送到工地, 监理、甲、乙三方验收签字, 乙方管理安装;闸阀、钢材等设备和材料及设备质量合格, 及时供应, 保证了工程工完料清。

6、价款结算与资金筹措

锦川河倒虹吸工程筹资主要是中央财政投资200万元, 区财政补助资金70万元, 其余资金由一干渠自筹解决, 上级拨款及时到位, 保证了工程按合同拨款。合同价款按工程进度分歧付款, 特殊加大工程量根据情况, 由业主、监理和施工单位三方商定, 据实进行调整, 到工程竣工时无工程款拖欠情况发生。

7、建设征地补偿

根据工地施工实际需要, 一干渠管理处成立了迁占小组, 对渡槽以南20米以内和部分徒弟采取临时占地征用, 对征地补偿建立了专项帐户, 做到了账目清楚。工程建设征地不要包括罗村镇东刘村、肖家村、道口村、泉子村、寨里镇邹家村、寨里村等有关耕地、果园、民房、数目及厂区等。征地情况满足工程建设进度要求, 很好的执行了上级有关补偿政策。征地时与有关村委、村民签订了徒弟和建筑物补偿协定书, 没出现违反政策情况。

五、工程质量

根据工程实际情况, 建立了工程质量管理体系, 主要包括钢筋混凝土管的厂家质量保证手续, 管道安装执行标准;对钢管质量从焊接和防腐两方面严把质量技术关;对安装的闸阀、放气、测流装置进行了调试。厂家对部分管道出现质量问题用堵漏泉进行了修补。在工程打压调试过程中四条管道出现质量问题:一条混凝土管身出现横向裂纹, 一条采取更换混凝土管, 一条采取钢板内塞油绳、堵漏灵填实防护;一条混凝土管由于施工方对软硬基础处理不当, 造成管道横向断裂, 采取钢管调换方案。

六、工程初期运用及效益

工程经过试水运行, 达到了设计要求, 已完全替代了渡槽工程, 运行期间2-3天放一次水, 最大放水流量1.03立方米/秒, 工程运行安全, 完全发挥了工程效益。

七、工程遗留问题处理

倒虹吸管篇5

1 检测结果及综合分析

1.1 裂缝

护底及消力池为浆砌石结构, 局部破损、不平整;砌石缝隙间生长有植被, 影响河道过流并降低了消能标准。而这种结构形式本身的防洪、消能、抗冲刷能力的不足应该是其主要的缺陷之处。涵闸的工作闸门轮轴锈死不能滚动;门槽外缘混凝土面剥蚀破坏、骨料外露;受力钢筋的混凝土保护层胀裂脱落, 裸露锈蚀;门槽内缘铁埋件防锈层剥落、锈蚀厚度超过2 mm。整个闸门滑道凹凸不平, 已经严重影响到闸门的启闭[1,2]。墩墙接缝止水设施化、失效, 甚至脱落, 在接缝处有不同程度的渗水。底板施工纵缝间的止水设施与混凝土底板相对错位高差普遍较大, 最大高差达8 cm。

裂缝是存在的最直观、最具代表性的破坏形式。涵洞进口端墩墙外均有裂缝, 共计24条。均位于进口端0.5~2.0 m的范围内, 由盖板与墩墙相交处的顶部开裂, 向墩墙与底板相交处的根部发展, 呈上宽下窄型, 裂缝最大宽度达6 mm。同一个墩墙两侧的裂缝基本上呈对应发展的状态, 说明裂缝已经成为左右贯穿型裂缝。出口闸墩每个侧面均有上宽下窄、与水平方向呈约45°夹角的阶梯状裂缝, 共计16条。裂缝在水平和垂直方向上开裂比例很大, 有的已经延伸至墩头顶端, 超过闸墩本身结构尺寸1/2的裂缝占裂缝总数的70%。这说明闸墩的裂缝缺陷严重, 对涵闸结构的安全与稳定已经造成了很大的危害[3,4]。底板裂缝共发现7条, 位于涵洞的进口端第1节底板上, 均为横向裂缝, 对建筑物的安全构成较大危害。从钻孔探查的4条裂缝深度上看, 全部达到或超过底板厚度的50%, 最大的深厚比为87%, 说明底板裂缝对建筑物已经构成严重性的危害。本工程裂缝主要因为地基不均匀沉降所致;其次是浆砌石砌缝薄弱及混凝土底板质量不均匀所致。裂缝的发生与发育是一个十分缓慢的过程, 应该进行定期和长期的观察、量测、分析与判断。

1.2 混凝土碳化

肖家楼倒虹吸的底板、闸墩、洞身混凝土面层都存在不同程度的碳化现象。碳化深度一般为5~25 mm, 局部处混凝土破损、剥落、钢筋外露。

2 肖家楼倒虹吸工程的加固设计

加固设计要求:对倒虹吸进出口部分拆除重建;消除洞身混凝土碳化层, 增强混凝土的抗碳化能力;封闭裂缝, 确保结构的整体性和设计工作性能。加固设计要点:一是倒虹吸进出口拆除重建。拆除重建倒虹吸前部的闸室、闸墩及第1节洞身, 拆除重建倒虹吸出口部的闸墩及最后1节洞身。二是对洞身混凝土进行防碳化处理。首先除去原有的混凝土碳化层, 然后涂抹1层聚合物纤维砂浆, 增强混凝土的抗碳化能力。三是对倒虹吸底板采用压力注浆法封闭裂缝, 并采用混凝土加厚法。先对涵洞底板进行凿毛处理, 再浇注10 cm厚C25混凝土, 并配双向钢筋。分缝处用沥青木板填塞。四是更换止水。由于原接缝止水普遍老化、失效, 甚至脱落, 拟采用双组份聚硫密封膏填充缝隙。

3 施工程序及工艺要求

3.1 混凝土防碳化处理

首先根据检测结果, 划定混凝土碳化的部位;而后通过角磨机打磨或凿除清除混凝土碳化层, 若需处理的面积大, 可用冲砂机处理;接着用高压水枪冲洗;再用高标号砂浆或细石混凝土对混凝土破损严重的部位修补、填平, 严重部分可涂抹聚合物纤维砂浆补强。

3.2 裂缝处理

沿裂缝凿槽, 进行表面处理;清洗干净后灌浆, 要求用密封材料将裂缝顶部封闭, 使之形成密闭的裂缝空腔, 以便注胶;裂缝封闭后应通气检查, 检查裂缝顶部是否封闭密实, 凡漏气处都应进行处理, 直至完全密封为止;最后按比例配置修补胶, 进行灌胶, 压力一般为0.3 MPa左右。

3.3 更换止水

首先沿缝凿V型槽, 将缝内杂物及失效的止水材料清理干净;而后在槽面涂刷胶粘剂, 槽底缝口设隔离棒, 嵌填双组份聚硫密封膏;最后再回填弹性树脂砂浆至与表面齐平。

参考文献

[1]王志强, 尚恒勇.德州市病险水闸存在的问题及对策[J].山东水利, 2011 (3) :15-16.

[2]易志刚.岳阳市大中型病险水闸主要问题及处理措施建议[J].湖南水利水电, 2011 (2) :54-55.

[3]王维.病险水库除险加固问题探讨[J].中小企业管理与科技:2008 (5) :16-17.

倒虹吸管篇6

北汝河渠道倒虹吸工程是南水北调大型河渠交叉建筑物, 建筑物总长1482m, 倒虹吸管身段水平投影长1143m, 工程主要由检修闸、节制闸、管身和退水闸组成, 河渠上游集水面积3860km2, 交叉断面处河道100a一遇洪峰流量9220m3/s, 300a一遇洪峰流量11800m3/s。

2 地质条件

工程场区属土、岩双层结构, 上覆第四系黄土状轻、中粉质壤土、重粉质壤土和卵石层;下伏上第三系砾岩、粘土岩、砂砾岩及含砂质粘土岩。、

根据勘察资料, 施工开挖涉及第 (1) 层卵石、第 (3) 层卵石、第 (8) 层粘土岩、第 (9) 层砾岩、第 (10) 层含砂质粘土, 其中第 (1) 层卵石、第 (3) 层卵石中的潜水, 具强～极强透水性, 基坑排水问题突出;第 (9) 层砾岩中的承压水, 该层具中等～强透水性, 存在施工降压排水问题;第 (8) 粘土岩具中等～强膨胀潜势、第 (10) 层含砂质粘土岩具弱～中等膨胀潜势, 两层微裂隙发育, 且具遇水膨胀、失水收缩的特点。各土层渗透系数见表1。

工程场区地下水按其赋存条件及水力特征可分为第四系松散层孔隙潜水、上第三系孔隙裂隙潜水和上第三系孔隙裂隙承压水。

第 (10) 层含砂质粘土岩中夹砾岩透镜体, 赋存地下水, 具承压性, 承压水头约122.64m, 高出建基面约22m。

3 工程事故简介

北汝河渠道倒虹吸工程水平管段桩号40+789.3～40+819.3之间开挖完成后, 进行C10砼垫层浇筑, 次日发现垫层局部出现细小裂缝, 且有涌水出现, 随后两天, 裂缝面积不断扩大, 垫层出现错台, 涌水量加大。后经测定, 垫层隆起最高处高出设计高程25cm。裂缝开展情况见图2。

开挖后的建基面两侧岸坡能观察到裂隙存在, 两侧纵向排水沟内均可见多处出水点。

事故发生后, 对管身范围内进行了地质复勘, 勘察资料如下:

钻探所揭示地层为上第三系中新统洛阳组地层, 岩性主要为含砂质粘土岩 (第 (10) 层) 、泥质粉 (细) 砂岩 (第 (10) ′层为新增加编号) 。钻探揭示第 (10) ′层泥质粉砂岩 (下部的泥质细砂岩) 为承压水赋水层, 其空间分布与前期勘察成果基本一致。分述如下:

第 (10) 层含砂质粘土岩:褐红、棕黄色, 含砂泥质结构, 成岩差, 呈硬塑状。成分主要为粘土矿物, 含砂粒及铁锰质结核。岩芯多为长柱状, 失水易干裂, 发育有不规则裂隙, 裂隙面光滑, 多闭合状, 该层岩性不均, 夹有多层砂砾岩及粉细砂岩 (第 (10) ′层) 透镜体或薄夹层。根据前期勘察成果该层具弱～中等膨胀潜势。

第 (10) ′层泥质粉 (细) 砂岩:褐黄色, 泥质微胶结, 成岩差, 含灰绿色斑块或条带, 岩芯多呈5～10cm短柱状, 局部为松散砂状。成岩颗粒具上细下粗特征, 颗粒由粉粒逐渐过渡为细砂或局部含砾石。其中钻孔zk1, 孔深6.0～6.5m岩芯较松散, 含砾石, 砾径为1～2cm, 磨圆度好, 砾成分以安山岩、安山玢岩为主, 含量约10%;钻孔zk3, 孔深4.6～4.9m为泥质细砂岩, 岩心较松散, 孔深4.9～5.4m为含砂质粘土岩, 岩心呈5～10cm短柱状;钻孔zk5, 孔深5.6～6.6m, 岩芯松散, 含砾石, 砾径一般1～3cm, 次圆～圆状, 成分以安山岩、安山玢岩为主, 含量约10%。根据前期勘察成果该层为分布不均一的承压水赋水层。

整体上本次钻探地质揭示与前期基本一致:第 (10) ′层泥质粉 (细) 砂岩为第 (10) 层含砂质粘土岩中的透镜体, 赋存裂隙性承压水, 水头高低不一。zk3钻孔在孔深10～12.2m钻遇裂隙性承压水, 地下水涌出孔口, 并携带大量砂质颗粒。事故发生后20天测得该钻孔承压水水头107.1～107.38m, 最高约107.38m, 高出建基面 (高程约100.5m) 约6.88m。另外第 (10) 层含砂质粘土岩, 具弱～强膨胀潜势, 微裂隙发育, 且具遇水膨胀、失水收缩的特点。建议施工是时应避免干湿交替, 缩短暴露时间, 并对第 (10) ′层泥质粉 (细) 砂岩层中裂隙性承压水采取必要的降压、排水, 确保基坑、边坡安全和工程质量。

4 事故分析

根据地质资料分析, 有以下几种可能会造成垫层隆起: (1) 土层的膨胀作用, 第 (10) 层含砂质粘土岩, 具弱～强膨胀潜势, 微裂隙发育, 且具遇水膨胀、失水收缩的特点。开挖后, 其暴漏后空气中, 土体先收缩, 后由于渗水点渗水不断扩散, 土体遇水膨胀。 (2) 土层回弹变形作用, 本工程为深开挖工程, 开挖深度多在20m左右, 土层上部荷载卸载以后, 其下部土层有一定的回弹变形。 (3) 承压水的顶托作用, 建基面处在或部分处在含承压水的土层上, 其上不透水层粘土岩开挖后, 其覆土厚度减少, 达不到平衡条件;根据基坑开挖的基坑底平衡式[1]

其中:H―基坑底至承压含水层顶板间的厚度;γs―基坑底至承压含水层顶板间的土的加权平均值 (kN/m3) ;h―承压水水头高度, 静止水位至承压含水层顶板的距离 (m) ;γw―水的容重 (kN/m3) ;FS―安全系数 (取1.05) 。

根据复测地质资料, 局部承压水最高水头高度为6.88m, 因此由上式可知, 若要平衡水压需要2.9m厚混凝土垫层, 而此次浇筑垫层仅为10cm厚, 因此造成顶托破坏是必然的。

从裂缝开展图2中看见, 垫层首先是局部隆起, 逐渐向周边扩散, 且伴随有地下水渗出, 基础验收时也发现有几处渗水点, 所有这些现象都表明, 本次事故造成垫层破坏的主要原因是裂隙承压水顶托破坏。

为观察水位及涌水量变化情况, 确定承压水是否有补给源, 以确定下一步处理措施, 在40+789.3～40+819.3桩号范围内建基面上涌水较大的地方开挖4个观察坑, 尺寸1×1.5×1.5m左右, 开挖后发现涌水点处均有裂隙存在。经过10天的观测, 其中两个观察坑距离50cm左右, 但涌水量相差很大, 水位相差1.2m, 其中一个坑涌水量逐渐减少, 其它几个观察坑涌水量先多后少, 然后逐渐固定在一定范围内, 这些现象说明裂隙的连通性差, 并且承压水有补给源。为不耽误工期, 对52#、53#管节继续观测, 先行施工其它管节, 采取降压和换填措施。

5 处理措施

5.1 其他管节处理措施

根据裂隙承压水特点, 提出以下三个处理措施:

(1) 降压是前提, 由于裂隙承压水的连通性差的特点, 从经济效益的角度考虑, 根据裂隙走向, 在建基面两侧纵向排水沟内选则合适的位置钻孔, 确定是否存在承压水, 如果存在承压水, 应在此处布置降压井, 并认真观察和记录降压井抽水量和水位。

(2) 截断两侧供给, 在建基面两侧开挖纵向排水沟, 沟底高程应低于建基面约1m, 截断两岸与建基面之间的水系沟通, 达到侧面降压作用。

(3) 基础换填措施[2], 在采取前两条措施后, 若承压水头仍然较高, 考虑完全降至建基面一下, 经济代价高, 工期长, 所以基础采用换填方法, 将基础超挖40cm, 铺设碎石等反滤层[2], 使不能截断或降低的缝隙承压水通过碎石垫层排向两侧, 从而达到降压的目的。

5.2 桩号40+789.3～40+819.3 (52#、53#管节) 之间处理措施

由于后期施工其他管节排水, 施工方将其中两个观测坑扩大为集水坑, 同时基础长期侵泡, 持力层承载力等力学条件发生变化, 结合现场情况, 对52#、53#采取如下换填方案:

(1) 根据52#-53#管身基础地下水观测情况, 仍旧不能满足后期换填施工需要, 应增加降水井, 位置可根据现场涌水点分布情况现场确定, 水位降至原设计建基面以下2.5m后再行进行换填施工。

(2) 换填基础开挖至原设计建基面下2.5m, 并根据现场开挖情况对产生挠动的部位进行清除。

(3) 如基础开挖后局部仍在少量涌水点, 可采用盲沟导流;

(4) 基础开挖后采用中粗砂找平, 找平后铺设一层400g/cm2土工布, 然后在土工布上铺设200mm的中粗砂垫层, 粗砂垫层上回填300mm级配0.5-2cm的天然砂砾料, 最后回填连续级配天然砂卵石。天然砂卵石中最大粒径不超过8cm且粗料含量 (大于5mm的颗粒) 不少于50%。回填时应分层填筑, 分层碾压, 相对密度不小于0.75。52#-53#管身基础与相邻管节基础采用1:3边坡过渡。 (见图3、图4) 。

(5) 52#-53#管身及与相邻管节结构混凝土分缝由2cm调整为3cm, 结构混凝土两端保护层相应各减少0.5cm。

6结语

从本次事故来看, 采取降压和基础换填方法对含裂隙的粘土岩开挖是有效和安全的。对于承压水头较高, 有补给源, 上部土层厚度不能满足压盖厚度的开挖工程, 完全降压经济代价太高, 只有采取疏导的办法, 才能有效的保证工程开挖和实施过程中的安全。按照上述处理措施处理后, 垫层施工完毕后, 未再出现顶托现象。目前, 相应管节已施工完毕, 运行良好, 说明处理措施有效安全。本处理方案对有类似地质情况的深开挖工程具有借鉴意义, 可以有效节约成本和缩短施工时间。

摘要：深基坑开挖过程中常发生基础顶托破坏事件, 本文以北汝河倒虹吸工程混凝土垫层顶托破坏为例, 通过破坏的各种现象并结合地质情况, 分析得出其破坏的主要原因为裂隙承压水所致, 通过降低承压水头和换填相结合的方法, 既满足了工程安全的要求, 同时降低了降压成本, 实践证明此处理方案可行, 可以作为其它类似地质情况的深开挖工程处理方案。

关键词：顶托破坏,倒虹吸,含砂质粘土岩,裂隙承压水,换填法

参考文献

[1]张永波, 孙新忠.基坑降水工程[M].北京:地震出版社, 2000

倒虹吸管篇7

1 混凝土裂缝情况简述

倒虹吸管身混凝土, 采用大型布料机入模及钢模台车浇筑的方法施工, Ⅰ期浇筑量560m3, Ⅱ期840m3, 属于大体积混凝土。Ⅱ期管身浇筑脱模后第3天~43天检查, 发现部分边、中墙在两伸缩缝的中部或1/3段长处产生竖向裂缝, 裂缝起点均从Ⅰ期与Ⅱ期混凝土施工缝开始向上延伸, 高度为2m~4m, 宽度为0.02mm~0.1mm~0.3mm, 裂缝倾角与地平面呈80°~90°, 走向与水流方向基本垂直, 开裂走向与倾角呈现出一定规律性。经压水和超声波检测, 部分为半缝, 部分为贯通缝。为了观测裂缝的发展情况, 由专人采用电子测缝计对裂缝宽度进行定时量测, 并在每条缝的起点和尖灭点划线, 采用钢尺对开裂长度变化进行量测 (精度控制为mm) 。

裂缝产生后, 建设、设计和工程质量监督站等多家单位的专家、教授, 召开裂缝成因分析和处理专题研讨会, 最终确定了“防渗补强, 外表美观”的裂缝处理原则。依据《水工建筑物化学灌浆施工规范》DL/T5046-2010, 参照国内同类工程经验, 编制工艺试验方案和技术措施, 开展裂缝处理的工艺试验和技术研究。

裂缝处理条件:

1) 裂缝稳定、不再发展 (死缝) , 通过定时检测裂缝的长度和宽度, 确认不再变化时, 才能进行裂缝的修补处理。2) 环境温度:要选择在裂缝开张度最大的冬春低温季节进行裂缝修补 (一般为11月~来年3月) 。

2 准备工作

1) 设备配置;2) 选择典型裂缝做为试验缝;3) 注浆材料。

a.胶凝材料。选用德聚牌“混凝土裂缝处理环氧树脂灌浆料”, 由主剂和固化剂双组份组成。

环氧树脂灌浆料特点:其结构中含有环氧基团, 能与环氧树脂中的活性基团反应, 生成稳定的高分子结构。具有强度高、收缩小、粘接力强、耐老化、性能好的特点。是混凝土结构件微细裂缝处理专用胶。环氧树脂灌浆材料一般均分成主剂和固化剂双组份。影响环氧灌浆材料固化速度的因素比较多, 如不同温度和龄期等。

主要性能指标如下:

浆液粘度<30Mpa·s

抗压强度≥40Mpa

注浆材料与混凝土的正拉粘强度≥2.5Mpa

b.封缝材料:选用聚脂胶碳纤维布;

c.灌浆嘴:选用裂缝处理化学灌浆专用产品。

3 工艺流程及工艺试验

3.1 工艺流程

钻灌浆孔→清洁灌浆孔→清洁聚脂胶与混凝土结合面→黏贴封缝聚脂胶碳纤维布→安装灌浆嘴→封缝布待强→灌注浆液→浆液待强→质量检测→外观处理。

3.2 工艺试验

试验缝选择2对共4条贯穿性裂缝, 按开裂墙体的厚度不同, 分别选1.2m厚度的边墙和1.1m的中墙。试验过程中, 通过灌浆试验对工艺方法和参数的调整、优化, 验证和确定化学灌浆处理的实施技术方案。

4 化灌处理技术

4.1 钻孔

1) 采用“钻孔灌注法”进行化学灌浆, 斜孔孔径不小于12mm的要求, 钻孔采用斜向孔的方式进行, 选用参数为:手电钻钻头直径∮14mm, 孔位沿裂缝两侧各10cm~12cm布置, 孔距20cm~25cm, 梅花型布孔, 钻孔斜度45°~50°。这样, 切实保证注浆孔与裂缝之间的通畅性和浆液的可灌度。2) 钻孔如遇到钢筋立即停止, 移动孔位, 必须保证受力筋、构造筋不被破坏。

4.2 清孔及封缝布与混凝土结合面的清洁

1) 清孔;2) 封缝布与混凝土结合面的清洁;3) 封缝及等待强度。

4.3 注浆嘴及安装

选用裂缝化学灌浆专用注浆嘴, 其具有安装、拆除方便, 封闭性能好和逆止性强的优点。安装方法:将注浆嘴杆件插入孔内, 使其橡胶膨胀圈外沿与孔口持平, 然后用扳手拧紧, 即可保证注浆嘴与孔内壁结合严密。

4.4 注浆技术要求

1) 注浆机。采用D512型混凝土裂缝处理专用注浆机进行压力灌注。

2) 注浆:采用自下而上逐嘴灌注顺序。贯通缝采用两台设备两侧同时对称灌注、交错上升。

3) 注浆压力。注浆时表压力控制为2MPa~5MPa。间歇加压按1MPa逐级提升。通过压力表监测, 随时控制注浆机开关。以保证缝内浆液充分扩散和压力释放后及时升压, 并严格防止压力过高造成裂缝二次开裂。

4) 排气、出浆检查孔。每个孔注浆时, 其上部第二个及以上的注浆孔暂不安装注浆嘴, 以替代缝内排气和检查浆液饱满与否的孔, 自下而上, 依此类推。

5) 单孔注浆结束标准。注浆机表压力控制最大为5MPa。注浆时, 浆液从其上部第二个预留的出浆、排气孔流出, 或达到最大允许压力后保压、稳压5min~8min, 且压力不下降, 即可以结束本孔注浆。

5 质量检测

5.1 内在质量检测