坝下涵管更新改造方案选择 常规对坝下涵管的处理是对坝体进行大开挖,按开挖坝高 15m ,开挖边坡 1 : 1 ,坝顶宽 5m 计算,需要开挖坝体 1 万 m 3 左右。加上回填土方 1 万 m 3 ,这两项投资约 25 万元,而且开挖回填工期长,新回填土方与老坝体土方存在沉降差,容易出现土方结合不好,坝体出现不均匀沉降,产生裂缝等现象,若采取开挖隧洞,由于该区南片属半山区半丘陵地带,大部分水库周边山体的岩质情况不好,没有开凿隧洞的条件,而且造价更高。
常规对坝下涵管的处理是对坝体进行大开挖,按开挖坝高 15m ,开挖边坡 1 : 1 ,坝顶宽 5m 计算,需要开挖坝体 1 万 m 3 左右。加上回填土方 1 万 m 3 ,这两项投资约 25 万元,而且开挖回填工期长,新回填土方与老坝体土方存在沉降差,容易出现土方结合不好,坝体出现不均匀沉降,产生裂缝等现象,若采取开挖隧洞,由于该区南片属半山区半丘陵地带,大部分水库周边山体的岩质情况不好,没有开凿隧洞的条件,而且造价更高。
在第一批 7 座水库中安装了 DN300mm 的虹吸管,使用情况良好,管材采用镀锌焊接钢管,经充水后,打开阀门,出水水流饱满、平顺、管身无振动,经局会同有关部门现场会审后,认为基本能取代坝下涵管,并在今后的水库除险加固中全面推广,迄今为止,我区共安装虹吸管(取代坝下涵管) 60 余台套,运行情况良好。
进水口与管顶的安装高度 h s 需要考虑真空度余量,一般控制在 8m 以下的安装高度,下游出水口低于进水口 2m 以上。
经实际运行检验,出水效果良好。管道在运行中难免有空气跑入管道,我们在管道最高点设了一个液气交换箱,该液气交换箱的功能是把跑入管道中的空气与箱中的水体进行交换,一箱 200L 的水一般可维持 30~40d 正常使用,箱中水位降至 1/3 左右,可由人工添加箱中水量,保证虹吸管的正常运行。
在我区小型水库中一般采用 DN300 的虹吸管,管材采用 A3 钢板焊接,镀锌处理,穿坝部分则采用热轨无缝钢管,管道所有部件采用焊接,对原有坝下涵管挖除头部,在管道中用压力泵灌满砂浆,彻底封堵截消除隐患。
施工和质量控制
虹吸管的施工必须严格把关,重点是做到整个管道的严密性良好,各种阀门无漏气,保持管道的真空度。
因为管道阀门件、液气交换箱都为现场焊接,管道按设计就位后,对钢管的下半圈的焊接要求立焊,需分多次均匀的焊接,或者采用一些新型的焊接技术,如 CO 2 气体保护半自动焊等工艺。
对阀门的焊接,特别要注意的是电焊产生的高温对阀门内的密封圈产生破坏,一般采用水对阀门进行冷却,使高温不能传导到密封圈。
整个管道安装完成后,必须进行严密性试验和强度检测合格后,才能覆盖,强度检测按相关规范进行,严密性试验采用 5kg 压力。
虹吸管应用的条件和运行中应注意的问题:
1 )虹吸管应用的条件
因受虹吸管真空度的限制,虹吸管的最高点与进水口低水位的高差一般 ≤ 8m ,所以较适用于坝高小于 10m 的水库。在我区水库坝下涵管改造中,也有在坝高 15m 的水库中应用。采取的方法是利用顶管技术在大坝上部顶进钢管,财与虹吸管的上下游段相焊接,控制虹吸管的吸水高度在 8m 以下。利用顶管这种方法,应特别注意做好顶管段与大坝防渗体的连接截渗问题,避免在管道周边形成渗流通道。
针对每座水库下游用水量和泄洪的要求,分别采用了 DN200~DN1500mm 不等直径的虹吸管,实际运行情况良好,池水流量能达到 0.1~6.68m 3 /s ,可以适用于十万 m 3 到几百万 m 3 的大、小水库。
2 )应注意的事项和运行管理
虹吸管管材的选择上,应选用优质的 A3 焊接钢管或者无缝钢管。对管道做镀锌处理,保证管道的长期运行抗腐蚀。对管道的焊接质量要求很高,故必须选择专业的焊接队伍,监理全程旁站监督,并做强度检测和严密性试验。
对于虹吸管安装后,更应注意日常的运行管理。虹吸管对于原坝底泄水涵(管)来说是件新事物,它的启闭是利用阀门控制,对阀门应该注意保养维护,避免日晒雨淋,有助于延长阀门的使用年限。应该落实专人管理和操作,对管理人员进行培训,使管理员能熟悉和掌握,避免误操作。一般间隔 15d 左右对虹吸管检查一次,观察液气交换箱水位管的水位,发现水位低于 1/2 时,须及时补充水量,防止管道中真空条件破坏。
结语
采用虹吸管这种新型技术取代小型水库中的坝下涵管,可以彻底消除土坝放水涵管的隐患,节约工期约两个月,按虹吸管道长度 70~100m 计算造价约 10 万 ~15 万元,比大开挖坝体重新埋设涵管节约投资 10 万元,效益十分明显。
虹吸管在防洪时预先降低水库水位也能起到很大作用。如在大坞水库、黄石垅水库安装的 DN300 、 DN600 和 DN1500mm 的虹吸管,在防汛时上下游水位差 5m 时,放水流量分别可达到 0.21m 3 /s 、 0.96m 3 /s 、和 6.68m 3 /s ,在水库低水位,上下游水位差达 1m 时,流量分别为 0.1m 3 /s 、 0.43m 3 /s 和 2.98m 3 /s 。
虹吸管在水库加固保安中的推广使用,已经积累了很多经验,在设计、施工和日常管理上都已经趋于规范和成熟。到目前为止已在 60 余座水库的加固保安工程中进行了安装使用,累计节约国家投资约 600 万元,效益十分显著。