导流洞封堵体的设计优化

1.7.3.1　设计原则

河口村水库导流洞除施工导流期运用其泄流外，后期具备永久泄洪作用，结合点前为导流洞，属临时性水工泄水建筑物，其级别为4级，结合点后改建为永久泄洪洞其级别为2级。导流洞堵头为永久性水工挡水建筑物，与大坝具有同样的作用和同等的重要性，其级别为2级。导流洞堵头设计原则如下：

（1）堵头属永久性水工挡水建筑物，设计标准与大坝相同。

（2）堵头应安全可靠，具有良好的防渗性。

（3）堵头设计应充分考虑现场施工条件，方便施工。

1.7.3.2　堵头布置

导流洞永久堵头长度为64m，布置在大坝轴线上部，按导流洞桩号布置在导0+080.00～导0+144.00洞段。堵头段位于2号进水塔架下方，即节省工程投资，又能够为塔架基础稳定提供保障。为保证堵头施工安全，在封堵闸门后设12m临时堵头段，桩号为导0+000.00～导0+012.00洞段。桩号导0+144.00～导0+193.72.00为封堵回填段。

1.7.3.3　堵头段地质条件

导流洞堵头桩号为导0+080.00～导0+144.00。开挖揭露的地层：桩号导0+080.00～0+130.00，岩性以花岗片麻岩为主，岩性坚硬，节理、裂隙不甚发育，岩体较完整，围岩类别为Ⅱ类。

桩号导0+130.00～0+144.00，为F11缓倾角断层带及其影响带出露位置，洞段岩性以花岗片麻岩为主，岩性坚硬，由于F11断层带较窄，宽处约20cm，最窄处约1cm，其对周围岩体影响范围有限，除断层带外，大部分岩体结构面不发育，完整性较好，该洞段围岩类别定为Ⅲ类。

1.7.3.4　堵头体型及长度确定

堵头体型及长度根据堵头承受内水压力的大小、地质条件、施工方法、封堵材料、运行要求，并考虑施工工期，综合各种因素分析研究后确定。

1.堵头体型确定

为加快封堵进度，方便施工，封堵体结构型式采用重力式。

2.堵头长度确定

（1）堵头长度计算。堵头挡水水位为285.43m，挡水水头为108.23m，推力为13676t。

导流洞堵头的最小长度取决于挡水水头，其长度必须满足在设计水头的总推力作用下保持稳定。该堵头的最小长度可根据极限平衡条件求出：

式中　K——安全系数，一般取1.1～1.5，在此取1.3；

　　　P——作用水头的推力，t；

　　　A——堵头断面积，m2，A=114.87m2；

　　　γ——混凝土容重，在此取2.4t/m3；

　　　f——混凝土与岩石（或混凝土）的摩擦系数，可取0.4～0.65，在此取0.5；

　　　S——导流洞断面周长，m；

　　　λ——抗剪断面积有效系数；可取0.7～0.75。也可顶部取0，底部取1，其他部位取0.8；

　　　C——混凝土与岩石（或混凝土）的黏结力，一般取5～20t/m2，在此取5t/m2。

经计算断面有效周长为26.6m。

计算结果见表1.7-2。

表1.7-2　导流洞堵头封堵长度计算参数表

（2）堵头长度确定。当安全系数k取1.3时，计算封堵混凝土堵头的最小长度65m。鉴于龙抬头改建段下方也进行了回填封堵处理，最终取堵头长度64m，封堵回填段49.72m，导流洞封堵总长度为113.72m。

1.7.3.5　堵头体型设计

1.堵头体型设计

本工程导流洞封堵体体型为柱形重力式堵头。堵头混凝土设计强度等级为C25，抗渗标号W8，抗冻融标号F50。

类比导流洞封堵设计及施工经验，堵头浇筑可采取中间分段法施工。

为使堵头混凝土与导流洞顶拱及边墙衬砌混凝土之间的接缝有良好黏结性，需对隧洞原衬砌钢筋混凝土保护层做凿除处理。

2.堵头细部设计

为使混凝土浇筑保持干地施工条件，对于导流洞进口闸至堵头之间的隧洞渗水应予以排除。

为加强堵头混凝土与原衬砌混凝土之间结合，增加堵头的稳定性，底板布置锚杆长度1.5m，深入底板0.75m，间距25@2×2m。

1.7.3.6　堵头温控措施(www.xing528.com)

导流洞堵头体型一般都比较大，为防止产生温度裂缝，须分层浇筑，并有降温措施。

1.温控标准

本工程堵头混凝土除顺水流方向外，其他面均处于岩体约束，故按基础强约束区考虑，确定基础允许温差16℃。混凝土允许内外温差：厚度小于6m的结构取23℃，厚度大于6m的结构取21℃。混凝土允许最高温度30℃。

2.温控措施

（1）优化混凝土配合比，提高混凝土抗裂能力，降低水化热温升。在进行混凝土配合比设计和混凝土施工时，除满足混凝土强度等级、抗冻、抗渗等主要指标外，还需加强施工管理，提高施工工艺，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。同时尽量减少混凝土单位水泥用量，以降低混凝土最终绝热温升。

（2）控制拌和楼出机口温度。对混凝土骨料进行预冷，并采取加片冰、加制冷水拌和及粗骨料一次、二次风冷以降低混凝土出机口温度，以降低混凝土浇筑温度，从而控制浇筑块最高温升。根据承包商对运输及浇筑过程中的温度控制来最终确定出机口温度，以满足浇筑温度要求。

由于是洞中浇筑混凝土，洞中气温较恒定，不存在日晒问题，混凝土入仓后浇筑过程中温度损失不大，要注意混凝土洞外运输过程中温度损失。

（3）控制混凝土浇筑温度，满足浇筑块最高温升。

1）根据浇筑部位、浇筑月份的不同，控制不同的浇筑温度。

堵头混凝土控制浇筑土温度13℃。根据施工进度安排，该部位混凝土在冬季施工，对于12月至次年2月，由于此阶段的气温较低，需加热水拌和，提高混凝土浇筑温度达5℃以上，确保混凝土浇筑过程中不结冰，以保证混凝土强度的增长。对于其他月份，通过采取措施，控制出机口温度，使浇筑温度控制在13℃以内。

2）浇筑过程中应采取措施，使实际出现的最高温度不超过设计允许最高温度。

3）为防止浇筑过程中的热量损失，需加快混凝土的运输和平仓振捣速度。浇筑过程中在混凝土振捣密实后立即覆盖保温材料进行保温，且混凝土覆盖时间必须控制在4h之内。

（4）混凝土表面保护。

1）承包人在混凝土工程验收之前要保护好混凝土，直到验收，以防损坏。

2）为防止气温骤降产生早期裂缝，混凝土应进行早期表面保护，保温材料采用等效表面放热系数约为10kJ/（m2·h·℃）。

3）周转使用的保护材料，必须保持清洁、干燥，以保证不降低保护标准。

3.混凝土通水冷却

（1）一期通水冷却。通水冷却应实行个性化通水，混凝土最高温度出现之前通水流量不小于2.0m3/h；混凝土最高温度出现之后，通水温度与混凝土最高温度之差控制在25.0℃以内，通水流量1.2～1.5m3/h，使混凝土的最高温度不超过允许的最高值。通水冷却从混凝土下料浇筑开始时即可开始。当河水温度较低时通河水，若河水温度较高时通不高于15℃制冷水。一期通水冷却时间应控制在15天。冷却水方向24h调换一次。冷却时间应以动态控制确定通水时间。

（2）二期通水冷却。

1）二期冷却通水前应对埋设的冷却水管进行检查。对于不通或微通的水管，承包人应采取有效措施进行处理，直至监理人认可。

2）二期冷却开始时间应根据灌浆进度安排要求进行，且应满足混凝土二冷龄期要求。

3）进行二期冷却混凝土，需采用10℃冷水，建议通水冷却时间45天左右，降温幅度应控制在8～10℃，以达到混凝土稳定温度14℃。

4）闷水测温，以检验是否达到稳定温度，进行灌浆。在通水冷却30天左右应进行一次闷水测温，根据测温结果调整水管进水口水温和通水时间，闷温时间1～2天。二期通水预计达到设计温度时，要进行闷水测温，闷水时间5～6天。

1.7.3.7　堵头灌浆设计

1.固结灌浆

导流洞堵头位置属Ⅱ、Ⅲ类围岩，其中桩号0+080.00～0+130.00洞段为Ⅱ类围岩，因此只在桩号0+130.00～0+144.00洞段进行固结灌浆

固结灌浆孔排距3m，入岩5m，孔径为42mm，每一断面15孔。固结灌浆应在该部位的衬砌回填灌浆结束7天后进行，其灌浆压力0.3～0.4MPa。

2.回填灌浆

回填灌浆在顶拱100°范围内进行，具体作法是在堵头混凝土浇筑时，布设回填灌浆管系统（预埋镀锌钢管），待堵头混凝土达到70%设计强度后，在灌浆廊道内对顶拱部位施灌。回填灌浆压力0.3～0.4MPa。为防止灌浆时漏浆，在堵头中间及前后两端的堵头混凝土与隧洞衬砌混凝土之间各设止水（浆）片1道。

3.接缝（触）灌浆

堵头混凝土浇筑之后，会因混凝土的温缩或干缩等原因，在堵头混凝土与岩面之间、堵头混凝土与隧洞边、顶拱原衬砌混凝土的结合面之间产生缝隙，应在这些部位进行接缝（触）灌浆。接缝（触）灌浆要在堵头混凝土温度降至或接近稳定温度后实施，并在堵头承受荷载之前完成。

堵头混凝土侧壁与边墙衬砌混凝土接触面，及堵头混凝土顶部与隧洞顶拱衬砌混凝土（或喷锚混凝土）接触面之间的接缝（触）灌浆，均在堵头混凝土浇筑时采用预先布设的接缝灌浆系统施灌。接缝（触）灌浆压力0.3～0.5MPa。

1.7.3.8　堵头观测设计

监测重点为混凝土塞与洞壁的接缝及混凝土的应力状态。在导流洞混凝土堵头0+090.00与0+112.00断面上布设监测断面，设置渗压计、测缝计、应变计、无应力计和温度计等。

河口村水库首次蓄水期导流洞封堵各主要监测设施观测频次要求见表1.7-3。

表1.7-3　首次蓄水期导流洞封堵监测设施观测频次要求

注 库水位快速上升期，监测设施测次取上限。

1.7.3.9　堵头施工

堵头施工前，将洞内所有渣料清除，对堵头段原混凝土凿毛处理，表面的污物、浮渣用高压水枪冲洗干净，以保持堵头混凝土与周围能接触良好，保证其抗滑稳定的安全；堵头范围内底板布设锚杆插入堵头混凝土中，增加其抗滑稳定安全。须进行预埋的冷却水管、灌浆管、止水（浆）片等预埋件应提前准备就绪，根据浇筑及预埋位置实施。