大型混凝土预制块在班多水电站三期截流工程中的应用

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1、大型混凝土预制块在班多水电站三期截流工程中的应用李建国 娄聚会 马驰 李丹丹1 概况1.1 工程概述班多水电站枢纽工程以发电为主。枢纽工程主要由左岸混凝土副坝、泄洪闸、河床式电站厂房及右岸混凝土坝、开关站以及对外交通公路等主要建筑物组成。枢纽全长303m，坝顶高程2764.0m，最大坝高79.72m。设计正常蓄水位2760.0m，厂内安装三台轴流转浆式水轮发电机，总装机容量360MW，总库容1535万m3。本工程施工导截流分三期进行，其中一期由其它施工单位首先完成导流明渠和泄洪闸开挖，主河床过水；二期进行河床截流，利用导流明渠单独泄洪及导流明渠、泄洪闸联合泄洪的导流方式；三期进行导流明渠的截流

2、，利用泄洪闸泄洪。本次实施的截流即为班多水电站导流明渠三期截流。1.2 三期截流水力学参数确定见表1表1 三期截流水力学参数表序号项目单位数量备注1截流流量m3/s432432m3/s2三期围堰建筑物级别IV3上游水位m2728.874戗堤堤顶高程m2733.01.3 三期截流思路导流明渠布置于泄洪闸左侧岸边级阶地上，底宽10m，进口底板高程为EL2720.0m，出口底板高程为EL2719.0m，明渠全长465m，其中坝轴线以上200m，坝轴线以下265m，坝轴线以上明渠段底坡为平坡，坝轴线以下坡比3.77。导流明渠两侧衬砌混凝土坡比为1：0.5，右侧为预留岩坎，坝轴线以上岩坎顶高程为EL27

3、41.5m；坝轴线以下岩坎顶高程为EL2734.0m，截流前用石渣垫高后形成工作平台。明渠底板衬砌了50cm的混凝土，左右侧边坡衬砌30cm的混凝土。考虑到施工交通，本次截流戗堤选定在跨明渠大桥上游端位置，戗堤轴线桩号为坝下0+178.00m。戗堤顶宽10m，底宽为38m，上游坡度为1:1.4，下游坡度为1：1。审稿：赵新民 与常规截流不同的是本工程导流明渠截流抛投高差大，工作平台与明渠底板净高达14.7m之高，明渠底板为50cm厚的C20混凝土，糙率小，这使得从高处抛投的截流料难以在水中下沉稳定。另外由于明渠周围地形条件的限制，只能选择单戗单向截流的方式。考虑到上述截流的难点，并结合现场场地

4、的实际情况，针对导流明渠的特点，特制定截流方案，主要措施为：在明渠右侧设计制作了一个尺寸为6m5m5m的混凝土预制块，截流开始后利用一辆TY160推土机和一辆TY140推土机将其推入明渠进行封堵以期在其上游形成静水区，大型砼预块抛投后，在大型砼块范围的上游进行四面体、钢筋笼、石渣、块石等其它截流材料的抛投，当其它抛投材料形成的戗堤无法向大型砼块左侧剩余龙口进占时，为了有效拦堵截流抛投材料不被水流冲走，为保证其它截流抛投材料（混凝土四面体、大块石、钢筋石笼等）不被冲走，特设计制作了一个5m4m4m的钢桁架，将其放在大型砼预制块左侧剩余龙口部位，并用26钢丝绳在上游加以固定，用以拦堵截流抛投材料，

5、使戗堤顺利向左岸进占。2 截流方案设计2.1 混凝土预制块的设计 混凝土预制块的制作见图1如图1所示，在戗堤轴线坝下0+178.00m处、导流明渠右侧先浇筑一个9m6m，坡比为7的混凝土基础，同时在基础尾部布置6根36插筋。基础做好后，在基础上铺设滑动平台，具体做法：在基础上通长（上下游方向）铺设滚杠（42圆钢），滚杠铺设间距为40cm，滚杠铺设完成后，每根滚杠两侧均用钢楔子进行加固，防止滚动；然后在滚杠上铺设I20a工字钢，间距70cm，摆放完毕后用14#槽钢间隔1.5m将其焊接加固成整体。最后在每根工字钢的右侧端头用两根25圆钢与基础内预埋的插筋焊接牢固。滑动平台做好后，在其上面铺设、拼装

6、模板，制安钢筋，钢筋沿预制体四周及上下表面布设，20300BW，之后进行预制块混凝土浇筑，混凝土预制体尺寸为：5m6m5m。为满足龙口合龙需要，在预制体的上表面及左右两侧面的下游侧各预埋一排16#槽钢，间距100cm，埋深50cm、外露100cm，距下游面150cm。 混凝土预制块的推力计算用于截流的6m5m5m砼预制块受力示意图见图2。图2 砼预制块受力示意图其中：fs静摩擦力；G砼预制块体自重；F推土机推力；N斜面对砼预制块体的支撑力由上述受力分析示意图可列力的平衡方程：沿斜面方向：fs=G sin+F ；垂直斜面方向：N=G cos ； 又 fs=N ,G=mg ，m=150m32.4t

7、/m3 ；由上式可知：F= mg (cos-sin) 又知=7，g=10N/kg，通过查阅相关资料与数据得知钢材与钢材的最大静摩擦系数为0.15，则所需推力F=mg (cos-sin)=1502.410（0.15）=97.25kN 。选用TY160推土机来推动砼预制块，TY160推土机最大输出功率为160马力（1马力=0.7355kW）,即117.68kW，保守估计推土机的行进速度为1m/s,根据公式P=FV，则推土机的推力为117.68kN97.25kN，因此保守选用一辆TY160推土机另加一辆TY140推土机可以保证将6m5m5m的砼预制块体推入明渠中。 水流冲击力计算已知黄河水流量Q=3

8、00m3/s,明渠内水流流速为V=4.0m/s,戗体轴线处水位为EL2723m，导流明渠底板高程为EL2719.3m，导流明渠内流量为Q=AV=45.224=181m3/s.1 水流对四面体冲击力计算（1）四面体投入导流明渠后，四面体完全处于淹没状态，则水流接冲击四面体接触面积为(3.3+0.5）2.3/2=4.37m2，根据恒定总流动量方程可知： 冲击力FR=0Qv0=114.3744=69.92kN=6.992t其中：0为动量修正系数取1.0,1N=kgm/s2。为水的密度取1.0；Q为流量，Q=AV=4.37m24 m/s=17.48m3/sv0为水流流速，取4.0m/s所以水流对大块体

9、冲击力为6.992t（2）四面体抗冲击力（摩擦力）计算四面体与导流明渠底板摩擦系数取=0.4，这个摩擦力为f=（G-F浮）=（10-4.17）0.4=2.332t（3）两者比值计算稳定系数K=f/FR=2.332/6.992=0.334故四面体不稳定，若用钢丝绳对四面体加以固定也可满足要求，但抛料平台与明渠底板高差较大（14.7m），四面体首批抛投可以定位，后续抛投则无法在龙口中定位，因此选用大型预制块作为截流的首批抛投材料。.2 水流对大型砼预制块冲击力计算（1）假设大型预制块投入导流明渠后流量不变，大型砼预制块完全处于淹没状态，则水流冲击大型预制块接触面积为56=30m2，根据恒定总流动量

10、方程可知：冲击力FR=0Qv0=113044=480kN=48t其中：0为动量修正系数取1.0,1N=kgm/s2。为水的密度取1.0；Q为流量，Q=AV=30m24m/s=120m3/sv0为水流流速，取4.0m/s所以水流对大块体冲击力为48t（2）大块体抗冲击力（摩擦力）计算大块体与导流明渠底板摩擦系数取=0.4，这个摩擦力为f=（G-F浮）=（360-120）0.4=96t（3）两者比值计算稳定系数K=f/FR=96/48=2故大块体稳定。 2.2 钢桁架的设计大型砼预块抛投后，在大型砼块范围的上游进行四面体、钢筋笼、石渣、块石等其它截流材料的抛投，当其它抛投材料形成的戗堤无法向大型砼

11、块左侧龙口进占时，为了有效拦堵截流抛投材料不被水流冲走，特别设计制作了一个5m4m4m的钢筋桁架，并用缆绳在上游和横向拉住，上游缆绳固定在明渠右侧混凝土外露的钢筋上，横向钢丝绳挂在推土机上，利用25t汽车吊将其放在明渠边缘，利用推土机调整位置，将钢桁架准确的放在大型砼预制块左侧剩余龙口部位，用以拦堵截流抛投材料，使抛投材料落入龙口后不被水冲走，保证戗堤能够顺利向左岸进占合龙。3 应用效果利用大型混凝土预制块和钢桁架在戗堤进占的关键阶段实施抛投可以有效的拦堵抛投料，大大减少了抛投料的流失，并在短时间内成功进行龙口的合龙，缩短的合龙时间，有效的减少了截流成本的投入。若仅使用大型钢桁架，自身在水流中的稳定性可以得到保证，但其整体性较弱，在抛掷其它截流材料过程中，容易受到破坏，因此采用钢桁架与大型砼预制块相结合的方法进行截流。本次导流明渠三期截流有着自身的特殊性，导流建筑物（泄洪闸）上游岩坎比导流明渠底板高5m、明渠底板糙率较低、抛投平台与明渠底板高差较大、工期紧、不可预知性强，利用大型砼预制块和钢桁架在戗堤进占的关键阶段实施抛投，不仅节约了截流成本，而且缩短了合龙时间，保证了截流的圆满成功，不失为一种有效、经济又合理的截流措施。