先进技术工艺在南阳渠工程中的应用
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wnb Lv.11
2005年12月29日 16:12:33
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先进技术工艺在南阳渠工程中的应用 王文进 王晓春 方立广摘 要 甘肃省东乡南阳渠灌溉工程是解决干旱缺水,帮助民族地区脱贫致富的跨流域调水工程,工程区地形、地质条件极其复杂,在工程建设过程中采用了尾栅式消力池、消能箱、水泥土梅花桩、顶管法等先进技术和工艺,成功地解决了渠道稳定和高水头消能问题,取得了较好的效果。关键词 复杂地质 尾栅式消力池 消能箱 水泥土梅花桩  一、工程概况  甘肃省东乡族自治县境内干旱少雨,植被稀疏,水土流失严重,自然灾害频繁,人民生活贫困,是国家级贫困县。干旱缺水是当地人民生活贫困的主要原因。

先进技术工艺在南阳渠工程中的应用
王文进 王晓春 方立广

摘 要 甘肃省东乡南阳渠灌溉工程是解决干旱缺水,帮助民族地区脱贫致富的跨流域调水工程,工程区地形、地质条件极其复杂,在工程建设过程中采用了尾栅式消力池、消能箱、水泥土梅花桩、顶管法等先进技术和工艺,成功地解决了渠道稳定和高水头消能问题,取得了较好的效果。
关键词 复杂地质 尾栅式消力池 消能箱 水泥土梅花桩


  一、工程概况

  甘肃省东乡族自治县境内干旱少雨,植被稀疏,水土流失严重,自然灾害频繁,人民生活贫困,是国家级贫困县。干旱缺水是当地人民生活贫困的主要原因。

  南阳渠灌溉工程是甘肃省东乡族自治县脱贫致富的关键性工程,项目的实施对解决当地城镇供水及农村饮水、提高人民的生活水平、促进安定团结、改善生态环境等都将起到积极作用。南阳渠灌溉工程是跨流域调水工程。工程区涉及和政、临夏、东乡3县,建成后可发展灌溉面积8133hm2,改善灌溉面积733hm2;解决8万人饮水困难,改善4万人饮水条件,解决32万头牲畜的饮水问题。

  甘肃省东乡南阳渠灌溉工程属中型三等工程,主要内容包括水源工程、输配水工程和田间配套工程。水源工程即牙塘水库工程,总库容1920万m3,主要由大坝、溢洪道和泄洪输水洞组成。大坝结构形式为沥青混凝土心墙砂砾石坝,最大坝高57.2m,坝顶长度447m,坝顶宽度6m。溢洪道设计为开敞式宽顶堰,闸孔净宽12m,消能方式为一级消力池消能及二级挑流消能,正常泄流量183m3/s。泄洪输水洞洞径4m,全长370m。输配水工程包括总干渠、4条干渠条支渠。总干渠全长56.382km,最大设计流量4m3/s。包括隧洞13座,长28.993m(三心圆拱断面净尺寸173cm×l92cm或185cm×l99cm);渡槽10座,长4.871km;陡坡4座,长 543m;暗渠全长4.434km;明渠全长15.683km;倒虹吸1座,长336.9m;泵站1座,总扬程91.25m,装机容量3150kW;4条干渠总长39.7km;14条支渠总长为158.6km。总干渠每年可向当地调水4000多万m3。

  二、先进技术、工艺和材料的应用

  极其复杂的地形、地质条件,使渠道稳定性成了工程设计和施工的技术难题;加之渠线布置在分水岭上,海拔较高,陡坡和泄水消能也成了设计和施工的重点难题。为了保证工程长期安全运行,在工程建设过程中,经过多次方案论证和专家咨询,在工程建设中采用了尾栅式消力池、消能箱、水泥土梅花桩、顶管法等先进技术、工艺和材料,解决了复杂地质条件下隧洞施工和渠道基础处理以及高水头消能等方面的大量技术问题,取得了比较理想的效果。

  1.尾栅式消力池

  南阳山陡坡全长310m,净落差55.49m,设计流速9.86m/s,流量4.0m3/s。南阳山陡坡工程的布置受到兰郎公路的限制,常规措施投资过大,效果也不理想,经过水工模型试验和方案优化,确定了一个具有创新性质的消力池方案——尾栅式消力池。尾栅式消力池是由放置在池中的一定位置的弧形消力墩、池尾的栅式尾坎和池后的二级消力墩组成。设置弧形消力墩可基本解决渠道初始放水过程中消力池的水流垂直跃起的问题,在较小级流量时,可起到控制稳定水跃跃首位置的作用,而在较大级流量时增加了消能的效果。池末尾栅的几何尺寸及角度经过优化后可保证在各级流量下池内均呈理想的小淹没水跃状态,在跃首位置几乎一样的情况下,尾栅设计可最大限度地降低池末尾水高度,均化池后水流流速,同时还有消能、稳水及保证冬季消力池内水流排空的作用。池后的二级消能墩的主要作用是保证在各级流量下,池后水流均能以缓流形式光滑与墩后水流相接。

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wnb
2005年12月29日 16:13:12
2楼
2.大直径锥形阀

  为了解决南阳渠牙塘水库泄洪输水洞出口高压水头的消能问题,采用了锥形阀接消能箱消能方式,较好地解决了这一问题,该锥形阀为内套筒式,直径4.8m,是国内少见的大直径锥形阀。事实证明锥形阀消能方式消能效果良好,不但节省投资而且操作简便。

  3.消能箱消能

  消能箱用以解决泄水渠高水头泄水消能问题。在南阳渠工程的三个泄水闸工程中,采用了管道泄水消能箱消能技术,其中一条泄水渠设计水头高达110m,设计纵坡1:3.33,设计流速19.56m/s,设计流量4m3/s。通过消能箱消能,流速减至2.5m/s,消能箱出水平稳,消能效果极佳,而消能箱仅长8m,宽3.2m,高3.4m。消能箱技术的成功应用,解决了高水头消能难题。通过多次运行,显示出其良好的技术可靠性和稳定性,且具有结构简单、经济可靠的优点。

  4.顶管施工技术

  总干渠5C—Ⅱ标工程末段设计有长330m,内径1800mm的隧洞(其中170m为曲线段,R=300m),该洞段位于南阳渠总干渠末端锁南坝沟道右岸,平均埋深约18m,地质条件复杂,围岩为淤泥质土及杂色软土,地下水丰富,饱和度46.0~69.7,压缩系数0.24~0.29Mpa-1,变形模量6.5~9.0MPa,采用正常掘进开挖很难成洞,且支护成本较大。采用土压平衡式顶管法施工,有效地解决了这一问题,而且开创了甘肃省水利工程顶管法施工的先例。

  5.双液灌浆、管棚法施工

  南阳渠总干隧洞围岩均为V类围岩,由粉质黏土岩,黏土岩及黏土岩夹砂砾岩构成。黏土岩具有失水干缩,遇水膨胀崩解,饱水后有塑性流变和蠕变特性。施工中各隧洞都出现了大面积塌方和大量的渗水和涌水,施工极为困难,有好几个地方出现了冒顶塌方,塌方高达十几米。先用水泥加水玻璃双浆对塌方段进行固结灌浆,再进行管棚法施工,可以有效地解决了冒顶塌方问题。

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wnb
2005年12月29日 16:13:37
3楼
6.水泥土梅花桩

  箱型暗渠的软基处理控制着暗渠的工程质量,解决软基的承载力问题是软基处理的关键,通过对软基的地质条件、经济、技术、施工等多方面的综合计算、分析,进行了多个方案的比较、论证,确定了软基处理的最优方案一水泥土梅花桩加水泥土垫层的技术方案,成功地对三段长约1200m的暗渠软基进行了处理,取得了良好的效果,同时水泥土梅花桩的首次应用为软基处理提供了新的科学方法。水泥土是将水泥和土(壤土、粉质壤土)按一定的体积比搅拌配制而成。水泥土梅花桩是在已挖好的呈梅花形分布的桩孔内分层夯筑水泥土,水泥土桩与桩间土形成以承载桩顶端荷载的挤密群桩复合地基。实践证明水泥土梅花桩具有承载能力强、地下水丰富地段不降低其承载力、施工简便、工程造价低、工程质量易于控制和保证的特点。水泥土梅花桩与水泥土垫层采用相同的配合比及干密度。水泥与土的配合体积比设计为3:7,设计干密度为1.65g/cm3,水泥土桩桩径为20cm,桩长200cm,桩孔间距30cm。

  7.保温板、土工格栅

  聚苯乙烯保温板俗称泡沫保温板,是一种保温性能良好的防冻保温材料,具有保温性好、成本低、施工简单可靠的特点。在梯形明渠工程中采用聚苯乙烯保温板替代砂砾防冻保温层,衬砌渠道8.3km,保温板总用量4300m3,与砂砾防冻保温层相比保温板保温层渠道每公里造价降低27.3万元,大大地降低了工程投资,显现出其良好的经济性。同时保温板施工工简单、质量保证可靠、施工效率高,通过一个冬季考验,渠道稳定,无冻胀、变形现象,解决了高寒地区梯形明渠防冻胀技术难题。

  南阳渠总干渠暗渠工程中有930m基础为软土,地下水水位高、周边地下水丰富,通过多方案比较,采用加筋砂砾垫层基础处理方案。筋材采用土工格栅,利用土工格栅的抗拉性能,改善地基的土力学性能,通过加筋砂砾垫层提高地基的承载力和地基整体稳定性。加筋砂砾垫层的构造如下:基面整平后铺一层土工格栅,其上填筑40cm厚粒径20~40cm的砂砾石(含泥量<5%),砂砾石层上铺设一层土工格栅然后再填筑40cm厚砂砾石,土工格栅与土层、砂砾垫层之间用锚钉固定。

  通过对完成的930m暗渠进行沉降观测,地基整体稳定性良好,地基沉降量完全满足设计要求,证明该基础处理方法简单易行,是快速处理软土地基行之有效的方法。

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wnb
2005年12月29日 16:15:04
4楼
8. 小断面长距离隧洞

  南阳渠工程总干渠布置在分水岭上,山体滑坡密布,为了解决渠道的稳定问题,大量采用了隧洞方案。总干渠全长56.382km,隧洞总长 28.994km,占了50%。南阳渠总干渠隧洞为三心圆拱断面,预制钢筋混凝土三铰拱片衬砌,净尺寸有173cm×192cm和185cm×l99cm (宽×高)两种。总干渠单洞设计最长7994m,经过设计优化,2、3号洞连在一起,长达9313m。如此小断面的长距离输水隧洞在国内并不多见。

  三、应用效果

  南阳渠工程地质条件非常复杂,在建设过程中,通过大量先进技术、工艺和材料的运用,比较成功地解决了复杂地质条件下的渠道稳定和高水头消能问题。南阳渠灌溉工程总干渠试通水一次成功,试水流量在设计标准内,累计运行220多小时,没有出现不良地质引发的质量问题,总干渠上各类建筑物均无漏水现象。 ■

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houqh123
2008年01月17日 09:43:05
5楼
我对你们采用的锥形阀很感兴趣,能否告诉我生产厂家?不胜感谢
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del20080808
2008年10月19日 11:10:18
6楼
我很想了解一下三心圆拱断面形式及三铰拱片形式,能否上传个示意图!:handshake
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lpp829755
2008年10月22日 18:44:51
7楼
呵呵,很高兴,里面的两个工艺本人都参与了:victory:
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