水电工程论文范文3篇

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农村水电工程分析论文

摘要:该文回顾了我国农村水电发展历程,总结了水电建设中环境保护的三个阶段,并重点提出了在农村建设中加强环境保护的一些有益做法。

关键词:农村水电工程环境保护小水电CDM机制

中小型水电站(农村水电工程),因为没有大的移民和淹没问题,涉及流域范围小,能够比较准确地弄清水库及电站周围的自然情况(森林植被、水土流失、野生动物、自然景观等),项目在实施过程中对环境的扰动较少,对环境造成的负面影响也就较小。然而,由于和大型工程类似,中小型水电工程同样要修建道路、架设输电线路及建筑小型水坝等,小水电的建造仍然会使自然环境遭到一些破坏。

本文从两个方面进行探讨:一是通过回顾农村水电建设中环境保护方面的工作,进一步引起本行业各方面的重视,认识到开展环境保护各项工作的迫切性,从严清理“四无”(无立项、无设计、无验收、无管理)项目,不要把本身环保清洁的项目,建设成不环保的示例,要尽可能减少社会公众渐增的疑虑;二是总结一些农村水电建设中的有益做法,尽量减少对环境的负面作用,建设环境友好的中小型水电站,取得社会的支持。

1对农村水电建设中环境保护的回顾

农村水电建设环境保护的工作与我国农村水电的发展历程密切相关,大致可分为三个阶段。

1.1自觉自愿阶段

从新中国成立到改革开放初期30年(1949~1979),环境保护的工作属于自觉自愿,项目的实施方根据自身的想法做些工作,环境保护的要求基本上是空白的。这段时期为农村水电建设的始发期,农村水电主要是解决边远山区、贫困地区的照明问题,电站规模小,全国总装机容量仅6.3GW,对环境的负面影响很小。

1.2认识觉醒阶段

改革开放20年,为了解决贫困地区人民脱贫致富的问题,小水电得到较大规模的开发,同时提出了环境保护的概念,并加入了一些工作内容。如执行由水利部水力水电规划设计总院1989年颁布的《水利水电工程环境影响评价规范(试行)》(SDJ302-88)等等,大多数是按照大水电的程式进行,没有农村水电的特色。

20世纪90年代中期水利部颁发的《小水电建设项目经济评价规程》与《中小河流水能开发规划导则》等虽已提出要对“小水电建设项目环境生态效益和影响作出综合评价”,但还只是定性的规定,没有量化指标,环境保护工作开始起步。

20世纪90年代后期,在全国“电荒”的宏观背景下,开发小水电的经济效益凸现,全国出现了民企投资小水电的高潮,在这个浪潮中,除了加速推动小水电发展的积极意义外,也出现了一些负面的东西,小水电生态保护和环境影响的问题变得更为突出,业内人士已经开始认识到开展这项工作的迫切性,这一段可称为认识觉醒期。

1.3积极实施阶段

到21世纪,加强了保护和改善生态环境的工作,新的工作内容增加进来,如小水电与CDM机制的研究、小水电可持续发展研究、小水电开发资源成本的核算研究等。另外,小水电代燃料工程的启动,积极发挥了农村水电作为可再生能源的正面作用,实施这项工程每年可减少木柴消耗1.89×108m3,保护森林3.4亿亩,每年可吸收二氧化碳1.61×108t。减少二氧化碳、二氧化硫排放,每年可获直接生态效益360亿元。近几年,农村水电在继续促进地方经济发展的同时,在改善生态、保护环境、促进农村现代化方面发挥越来越重要的作用。

清洁发展机制:CleanDevelopmentMechanism,是《京都议定书》中引入的灵活履约机制之一。对于发展中国家,通过CDM项目可以获得部分资金援助和先进技术。cdm对于发展中国家来说,是一个新的国际合作机制。如何了解和充分有效地利用好这一机制,使之服务于发展中国家的可持续发展是许多国家普遍存在的问题。我国已经建立cdm的管理机构,颁布了《清洁发展机制项目运行管理暂行办法》。在全方位、多层次开展建设的同时,积极推进cdm项目的实施。小水电项目是最好的cdm项目。

2农村水电建设的有益做法

2.1做好前期勘测工作

农村水电建设前期要勘测清楚工程区域的地貌性质和水土流失强度,调查清楚动植物生长和自然景观等情况,做好环境保护和水土保持的规划工作。仔细了解重点工程内容如水库区、坝址区、引水系统、发电厂区、弃渣场区、临时占地区等原有的生态情况,核实有关数据,进行水土保持和环境保护措施的总体布局、进度安排,做到心中有数,同时落实与生态保护有关的资金。

2.2按规划实施加强环境保护

农村水电建设过程中的工作,按前期的规划认真实施,需要着重加强施工期的环境管理,落实污染治理与生态保护措施,对重点工程内容执行有针对性的环境保护办法。

例如,对于施工公路沿线区,有效地预防路基坍塌、滑移及不均匀沉陷,保证路基的稳固。由于输电线路工程会对输电线架区及其周围原地貌产生破坏,在降雨及地表水流的作用下,会形成以输电线架为中心的点状水土流失区,要求在输电线路架设安装过程中,尽量减少对地面植被的破坏。开挖的土石要堆放在指定区域,尽量用于回填,输电线路架设安装完成之后,对土地进行平整、绿化。机电设备的招投标,如主机设备、开关柜和电缆等,优先考虑通过环保认证的产品。弃渣场选在坝址以上的,按照方便弃渣的搬运和尽量减少工程占地的原则,在库区内的高程放在导流洞进口高程以下,水库蓄水后淹没在死水位以下,不影响施工导流和水库正常运行;坝址以下的渣场选定以后,需先将渣场内的表层植土开挖堆放在渣场的一角,并用临时草包拦护,在全部弃渣堆放完毕后,再将土渣堆于上部,这样经平整后可作为大坝绿化用地;若选择部分农业用地作为弃渣场地,最后仍然恢复为农业用地。

施工期的生活污水要经过处理达标排放,防止对下游造成污染影响;施工期基坑及砼系统冲洗废水,一般含有泥沙和灰浆,经沉沙池沉淀后排放。施工含油废水设隔油池隔油处理,厂区和坝区生活污水经隔油池、化粪池、地埋式污水处理系统处理后排放。施工期的大气污染为扬尘污染,主要施工道路和高粉尘作用区经常洒水改善作业条件。施工中的噪声对环境和施工人员和附近居民的身体健康会产生不利影响,经隔音及其它非工程措施后减少其不利影响。水库淹没区内的名木古树要进行保护性迁移,采石采砂场落实水土保持方案防止塌方,造成水土流失。库区和河道内采矿,按《水法》的条例执行,得到水利部门的审批。

2.3做好工程后期清理修复工作

工程建设后期,对于即将蓄水的水库,要做好清库和库区内污染源的清理工作,加强水库淹没区和集水区范围内各种矿洞的封堵工作。对于开挖面、弃渣场的生态修复工作,实施相应的措施,通过工程措施和生物措施相结合的方法,增加林地面积,改善林种结构,增加土地的使用价值。如果水源条件良好,根据植物生长特性可考虑种植成片林。引水系统施工过程中常常在隧洞进口处设置临时施工设施,在施工完成后,临时设施需拆除,对拆除后的裸地进行平整,覆土后播撒草籽,植草绿化。有调压井的地方,也可采用同样的方法。

2.4运行中调整坝址流量

在提高下游防洪能力的同时,利用水库的调节能力,调整坝址天然流量过程,洪水期蓄水补枯水期用水不足,提高供水保证率,向下游提供环境用水,保证河流出口的断面流量,缓解断水危机,保证坝下必须有最小下泻流量。特别要防止小流域梯级电站中很容易出现的上级电站的尾水全部进入下级电站的引水系统,电站之间首尾相接,河道成为白滩、死滩,河流受到灾难性毁灭的现象。

2.5全程环境监测做到真正环保

为了动态掌握工程建设和运行对环境造成的影响程度,必须进行环境监测,提出监测方案,其中包括噪声监测、水质监测、水土流失监测等。监测工作要委托具有相应监测资质的单位承担,按监测方案中的要求由监测方按有关的监测标准实施,重点对库区内的生产加工企业进行监测,禁止不加处理、没有达标的“三废”(废水、废气、废渣)排放。

3结束语

总之,农村水电建设的环保工作需要不断总结经验,并对环境变化趋势跟踪分析,作出进一步预测,提出减小不利于环境影响(如废水、废气、废渣、噪声、震动、放射物等)的措施,充分发挥水电站保护生态环境的正面作用,积极地通过提高资源利用率以及其他社会方面获得的效益来抵偿带来的有限的负面影响,实现农村水电的可持续发展。

生态保护工作和生态学的研究是密不可分的。迄今为止,在我国还没有农村水电环境保护和生态保护的学科设置,如何引入国外的先进做法,分享他们已有的成功经验,将其有机地融入到我国的具体工作中,补充和加强我们的薄弱环节?如何不断地将生态学的理念和知识与农村水电的建设结合在一起,指导我们的实践?如何重视和加强小水电在生态保护和环境保护方面的科研力量,从而建设环境友好的农村小水电体系,这是我们应该重视的一些问题,也是今后的发展方向。

水电工程统计分析论文

1传统施工成本控制方法分析

1.1传统施工成本划分基础与依据

传统的施工成本控制基础是水电施工企业在项目中标价的基础上根据以往工程施工的经验并结合企业自身技术实力和管理水平进行判断与评估制订的。项目中标价又是根据水利水电工程规模及其设计图纸、技术要求与现场布置特点,在国家或地方水电工程预算定额的基础上,结合施工企业的施工技术水平和管理水平,综合考虑企业经营和发展的多种因素进行调整,并得到业主认可的中标价。因而项目中标价中的预算各项施工成本并不是反映项目实际所需的施工成本,必须进行分解,以划分出符合项目实际情况所需的施工成本。

1.2传统施工成本划分分析

水电施工企业传统的施工成本划分往往是在项目中标总价的基础上按照工程项目施工规模、技术要求、施工难度等特点提取总额的一定百分点作为上缴管理费基数,余下的成本费用则由项目部内部控制。因而,上缴管理费的基数大小直接影响到项目部对项目管理的积极性,合理科学地确定上缴管理费的基数是整个成本划分的关键。施工企业中标的项目总价本身存在的利润空间大小有多种情况。现列举两种情况如下:①施工项目技术难度大,竞争对手难以完成的项目或施工企业生产任务饱满,施工企业为获得丰厚的利润投标时按高价投标后高价中标的项目;②投标企业为生存需要不得不进行的低价投标而低价中标的项目。诸如此类情况的项目成本划分必须制订符合项目施工实际需要的合理基数。传统的施工成本划分往往偏重于定性和经验分析,缺乏有效的基础资料和证据,容易造成施工成本划分的不准确性,引发施工项目管理的困难。

1.3传统施工成本控制分析

传统施工成本控制是以项目部为主体展开进行的,往往是随着项目实施过程中以工程施工进展的短期预测为前提进行控制实际成本,工程完工后进行成本核算。这种方式对项目本体实施的成本控制有一定的效果,但对施工企业而言就缺乏在此基础上建立起来的同一时期各个项目实施成本控制的总体效果,也就是一个施工企业在同期的施工项目中缺乏项目成本控制的宏观调控能力。因而,对施工企业而言,这种成本控制是各项目独立执行,缺乏施工企业对实施的施工项目成本控制的指导性,没有形成成本控制的资源共享;并对后期的项目投标和施工管理的成本控制缺乏有效的依据。为此,必须建立一套以统计分析为基础,并能不断更新和完善的施工成本控制体系来替代原有的单纯依赖定额进行成本控制的方式,方可符合新形势下市场激烈竞争的成本管理需要。

2基于统计分析的施工成本控制

2.1施工成本控制体系的组织保证

基于统计分析的施工成本控制体系必须改变施工企业单纯依赖项目部进行成本控制的模式,而建立一套以施工企业成本主管部门牵头,各项目部负责组织落实的成本控制网络体系来保证施工企业各项目部的成本控制水平整体提高。为此,施工企业及其项目部成员必须由专人负责组织与落实施工成本管理的组织机构来保证各项目部施工成本控制工作的落实。

2.2施工成本信息体系的建立

一套科学有效的成本计算依据是精确预测投标项目或即将承建项目施工成本的必不可少的工具,它必将以近期已完工或正在承建的施工项目为基础而得出的。为了适应市场投标和项目成本管理需要,施工项目的成本控制来源必须在统计分析的基础上不断更新和完善。为此,施工企业必须在近期正在承建的一批施工项目中建立一套完整的施工成本基础资料的收集与整理的信息体系,便于后期项目成本总体的统计分析与控制。它是确定后期工程项目预测成本的重要依据,可以有效的保证施工成本划分偏差在一定的范围内。

2.3成本控制的制度保证

成本控制是施工企业管理的一项重要事项,它是一个长期性和持久性的基础管理工作,涉及的工作范围广泛。长期需要大量施工项目生产一线成本消耗的基础性资料支持,并以此为基础建立一套适时更新的成本控制依据。特别是水利水电工程项目施工周期长,其成本统计工作必须有连续性与有效性的统一成本管理模式,方可保证成本控制分析的科学性。为此,施工企业必须建立一套成本控制的基本工作制度,以保证各项目部的成本控制措施规范化、程序化和长期化。而各项目部的成本控制可以在施工企业建立的成本控制原则制度的基础上进一步细化本项目的成本控制实施细则,以建立一套适应项目施工专业特点的成本控制工作制度。成本控制制度的建立,主要应包含施工企业和各项目部的成本控制责任部门或责任人的确定,明晰其职责和权限范围;施工企业与各项目部之间成本管理资料的传递方式和途径;基础资料统计分类及格式的规范;单个和多个施工项目基础资料的统计分析方法;成本控制效果评估及指标确定与适时更新等。成本控制的制度保证是围绕基础资料收集与统计分析、成本控制指标核定及实施的成本控制效果测评、施工成本控制依据实施更新等方面建立一套适应可持续改进与提高工程项目施工成本控制的制度。这种制度有利于施工企业在承建施工项目成本测算、控制等方面提供准确的依据,同时为后期投标和新施工项目的成本控制提供参考标准,为施工企业提高市场竞争力提供支持。

2.4施工成本控制措施

2.4.1基础资料的管理

1)项目部对施工成本资料的收集与整理。通过收集项目施工成本的基础资料进行分类别、分项目、分时段收集,建立项目成本日消耗报表,并在此基础上可进行真实有效的分类整理。准确确定出各时期的施工机械使用费、人工费、材料费及管理费等各种成本的消耗量,工程项目完工后,便可准确的分析出该项目的实际成本消耗状况,再在此基础上分析出必需成本、可降低的成本以及可避免的成本,总结出该项目成本控制的得失,为项目后期实施或新项目实施提供成本控制经验。项目部对施工成本资料的管理贯穿于项目开工至竣工验收的全过程。

2)施工企业对项目施工成本资料管理。施工企业在对各施工项目成本基础资料的收集与整理的前提下,分工程类别建立成本管理资料库。分析各类工程施工成本的总体控制水平,并在此基础上建立实时的企业定额更新制度,据此作为新项目成本管理的依据,科学的划分各承建项目的成本控制指标和提取合理的管理费用。同时可作为投标项目的重要依据,减少施工项目投标阶段的失误,据此达到成本定量控制的精细化管理。因而施工企业对项目成本资料的管理贯穿于施工项目的投标阶段至竣工验收全过程的所有项目。

2.4.2成本控制的目标控制

施工企业在对已建或正在施工的各项目成本分析的基础上,对施工项目之间的成本消耗水平进行对比分析,采用统计分析的方法确定同类项目总体成本和单位成本的消耗水平。并在此基础上合理确定同类新建项目的成本控制指标,以此为标准作为新建项目实施的成本控制依据。新建项目的实施应以此为基础来衡量项目部对项目管理的成本控制水平,并可作为项目考核的重要依据之一。

2.4.3成本控制实施跟踪与持续改进

1)项目部对项目成本控制实施跟踪与持续改进。项目部在成本控制前可按照工程项目划分标准分解所承建的项目,在此基础上建立各专业的成本控制与考核的依据。分类建立项目日成本消耗报表,准确记录当日的成本消耗现状,分子项目分时段进行成本统计分析,确定各类成本实际消耗水平,据此找出成本消耗差距的原因,并采取相应的措施进行改进和改善。如发现某单项工程的施工机械台班单位时间完成任务不足,则应分析原因采取措施提高施工机械台班的利用率。如此动态循环的持续改进,可有效提高成本控制水平。

2)施工企业对项目成本控制实施跟踪与持续改进。施工企业在正在实施或新承建项目施工过程中应对施工成本进行实时跟踪,研究其成本控制的消耗水平。分析造成成本消耗水平高低的原因,及时总结经验,适时适量的调整成本控制指标。在下一个投标或新建的项目中进一步更新和完善成本控制指标制订的科学性和准确性。这一过程的成本控制类似质量管理控制中的计划(Plan)、实施(Do)、检查(Check)、处置(Act)四个环节构成的循环螺旋上升式的持续改进,以保证施工成本控制的有效性和准确性。

2.4.4成本管理人员的培训

就单个项目而言成本控制是一个工作量较大、涉及工作面广、实施周期时间长的工作,就施工企业而言成本控制是一个长期连续性、系统性和综合性的工作,因而对成本管理人员的素质提出了较高的要求。施工企业应建立和培训一批专业的成本管理人员,以保证施工企业和承建项目的成本控制系统得到有效的运行,这样可使企业的成本管理水平得到整体提高。

3结语

基于统计分析的施工企业成本控制是建立在工程项目实际成本发生的基础上,具有准确的资料来源,是施工企业对项目成本定量控制和考核的有力工具,是施工企业实行精细化管理的典型方法之一,因而在工程实践中推广必将为水电施工企业项目实施带来良好的经济效益。

作者:丁平翠王明毅单位:葛洲坝集团机械船舶有限公司葛洲坝集团国际工程有限公司

水电工程边坡稳定论文

摘要:我国广大水电建设者在与滑坡灾害作斗争的过程中不断总结经验教训,开展科技攻关,总结出了一整套水电高边坡工程勘测、设计、施工新技术。通过混凝土抗滑桩、混凝土沉井、预应力锚索、锚杆、以及减载、排水等加固、治理边坡的方式和措施的应用,成功地建成了天生桥二级、三峡、李家峡等复杂的高边坡工程。

关键词:高边坡抗滑结构锚固减载排水治理水利水电工程

边坡稳定问题是水利水利和水电工程中经常遇到的问题。边坡的稳定性直接决定着工程修建的可行性,影响着工程的建设投资和安全运行。

我国曾有几十个水利水电工程在施工施工中发生过边坡失稳问题,如天生桥二级水电站厂区高边坡、漫湾水电站左岸坝肩高边坡、安康水电站坝区两岸高边坡、龙羊峡水电站下游虎山坡边坡等等。为治理这些边坡不但耗去了大量的资金,还拖延了工期,成为我国水利水电工程施工中一个比较严峻的问题,有的边坡工程甚至已经成为制约工程进度和成败的关键。我国正在建设和即将建设的一批大型骨干水电站,如三峡、龙滩、李家峡、小湾、拉西瓦、锦屏等工程都存在着严重的高边坡稳定问题。其中三峡工程库区中存在10几处近亿立方米的滑坡体,拉西瓦水电站下游左岸存在着高达700m的巨型潜在不稳定山体,龙滩水电站左岸存在总方量1000万m3倾倒蠕变体等。这些工程的规模和所包含的技术难度都是空前的。因此,加快水利水电边坡工程的科研步伐,开发出一套现代化的边坡工程勘测、设计、施工、监测技术,已经成为水利水电科研攻关的重大课题。

高边坡的地质构造往往比较复杂,影响滑坡的因素也很多,因此,我国广大水电科技人员在与滑坡灾害作斗争的过程中,不断总结经验教训,积极开展科技攻关,总结出了一整套水电高边坡工程勘测、设计和施工新技术,成功地治理了天生桥二级、漫湾、李家峡、三峡、小浪底等工程的高边坡问题。本文仅就水利水电工程岩质高边坡的加固与整治措施作一简要介绍。

一、混凝土抗滑结构结构的应用

1.1混凝土抗滑桩

我国在50年代曾在少量工程中试用混凝土抗滑桩技术。从60年代开始,该项技术得到了推广,并从理论上得到了完善和提高。到80年代,高边坡中的抗滑桩应用技术已达到了一定的水平。

抗滑桩由于能有效而经济地治理滑坡,尤其是滑动面倾角较缓时,其效果更好,因此在边坡治理工程中得到了广泛采用。如:天生桥二级水电站于1986年10月确定厂房下山包坝址后,11月开始在厂房西坡进行大规模的开挖,加上开挖爆破和施工生活用水的影响,诱发了面积约4万m2、厚度约25~40m、总滑动量约140万m3的大型滑坡体。初期滑动速度平均每日2mm,到次年2月底每日位移达9mm。如继续开挖而不采取任何工程处理措施,预计雨季到来时将会发生大规模的滑坡,为此,采取了抗滑桩等一整套治理措施。

抗滑桩分成两排布置在厂房滑坡体上,在584m高程上设置1排,在597m高程平台上设置1排,桩中心距6m,桩深为25~39m,其中心深入基岩的锚固深度为总深度的1/4,断面尺寸为3m×4m,设置15kg/m轻型钢轨作为受力筋,回填200号混凝土,每根抗滑桩的抗剪强度为12840kN,17根全部建成后,可以承受滑坡体总滑动推力218280kN。

第一批抗滑桩从1987年3月上旬开工,5月下旬开始浇筑,6月1日结束。第二批抗滑桩施工是在1987~1988年枯水期内完成的。

抗滑桩开挖深度达3~4m后,在井壁喷30~40cm厚的混凝土。对岩体较好的井壁采用打锚杆、喷锚挂网的方法进行支护,喷混凝土厚度10~15cm。对局部塌方部位增设钢支撑。抗滑桩开挖到设计要求深度后,进行钢筋绑扎和钢轨吊装。

混凝土浇筑采用水下混凝土的配合比,由拌和楼拌和,混凝土罐车运输直接入仓,每小时浇筑厚度控制在1.5m内,特别是在滑动面上下4m部位,还需下井进行机械振捣。在浇到离井口5~7m时,要求分层振捣。每个井口设两个溜斗,溜管长度为10~14m,管径25cm。

抗滑桩的建成,对桩后坡体起到了有效的阻滑作用。

天生桥二级水电站厂房高边坡采用打抗滑桩、减载、预应力锚杆、锚索、排水、护坡等综合治理措施后,坡体的监测成果表明:下山包滑坡体一直处于稳定状态,而且有一定的安全储备。

安康水电站坝址区两岸边坡属于稳定性极差的易滑地层,由于对两岸进行了大规模的开挖施工,所形成的开挖边坡最大高度达200余m,单坡段一般高度在30~40m。大量的开挖造成边坡岩体的应力释放,断面暴露,再加上雨水的侵入,破坏了边坡的稳定,致使边坡开挖过程中发生十几处大小不等的工程滑坡,严重地影响了工程的施工,成为电站建设中的重大技术难题。

采用抗滑桩是稳定安康溢洪道边坡的主要手段,在263m高程平台上共设置了9根直径1m的钢筋混凝土抗滑桩,每根桩都贯穿几个棱体,最深的达35m,桩顶嵌入溢洪道渠底板内。为了不干扰平台外侧基坑的施工,桩身用大孔径钻机钻成,孔壁完整,进度较快,两个月就全部完成。这9根抗滑桩按两种工作状态考虑:在溢洪道未形成时,抗滑桩按弹性基础上的悬臂梁考虑,不考虑桩外侧滑面上部岩体的抗力;在溢洪道建成后抗滑桩桩顶嵌入溢洪道底板,此时按滑坡的下滑力考虑。

抗滑桩混凝土标号为R28250号,钢筋为φ40Ⅱ级钢。抗滑桩于1982年1月施工,3月完成后,基坑继续下挖,边坡上各棱体的基脚相继暴露。同年11月,在Fb75与F22断层构成的棱体下面坡根爆破开挖后,发现在263m高程平台上沿Fb75、F22断层及7号抗滑桩外侧近南北向出现小裂缝,且裂缝不断扩大,21天后7号抗滑桩外侧的Fb75~F22棱体下滑,依靠7号抗滑桩的支挡,桩内侧山体得以保存。

1.2混凝土沉井

沉井是一种混凝土框架结构,施工中一般可分成数节进行。在滑坡工程中既起抗滑桩的作用,有时也具备挡土墙的作用。

天生桥二级水电站首部枢纽左坝肩下游边坡,在二期工程坝基开挖浇筑过程中,曾于1986年6月和1988年2月两次出现沿覆盖层和部分岩基的顺层滑动。滑坡体长80m,宽45m,高差35m,最大深度9m,方量约2万m3。

为了避免1988年汛后左导墙和护坦基础开挖过程中滑体再度复活,确保基坑的安全施工,对左岸边坡的整体进行稳定分析后,决定在坡脚实施沉井抗滑为主和坡面保护、排水为辅的综合治理措施。

沉井结构设计根据沉井的受力状态、基坑的施工条件和沉井的场地布置等因素决定,沉井结构平面呈“田”字形,井壁和横隔墙的厚度主要由满足下沉重量而定。井壁上部厚80cm,下部厚90cm;横隔墙厚度为50cm,隔墙底高于刃脚踏面1.5m,便于操作人员在井底自由通行。沉井深11m,分成4、3、4m高的3节。

沉井施工包括平整场地、沉井制作、沉井下沉、填心4个阶段。

下沉采用人工开挖方式,由人力除渣,简易设备运输,下沉过程中需控制防偏问题,做到及时纠正。合理的开挖顺序是:先开挖中间,后开挖四边;先开挖短边,后开挖长边。沉井就位后清洗基面,设置φ25锚杆(锚杆间距为2m,深3.5m),再浇筑150号混凝土封底,最后用100号毛石混凝土填心。

沉井工程建成至今,已经受了多年的运行考验。目前,首部边坡是稳定的,沉井在边坡稳定中的作用是明显的。

1.3混凝土框架和喷混凝土护坡

混凝土框架对滑坡体表层坡体起保护作用并增强坡体的整体性,防止地表水渗入和坡体的风化。框架护坡具有结构物轻,材料用量省,施工方便,适用面广,便于排水,以及可与其他措施结合使用的特点。

天生桥二级水电站下山包滑坡治理采用混凝土护面框架,框架分两种型式。滑面附近框架,其节点设长锚杆穿过滑面,为一设置在弹性基础上节点受集中力的框架系统;距滑面较远的坡面框架,节点设短锚杆,与强风化坡面在一定范围内形成整体。

下山包滑坡北段强风化坡面框架采用50×50cm、节点中心2m的方形框架,节点处设置两种类型锚杆:在550~560m高程间坡面,滑面以上节点垂直于坡面设置φ36及φ32、长12m砂浆锚杆,在565~580m高程间坡面则设垂直于坡面的φ28、长6m的砂浆锚杆,相应地框架配筋为8φ20和4φ20。框架要求在坡面挖30cm深,50cm宽的槽,部分嵌入坡面内,表层填土并掺入耕植上,形成草本植被的永久护坡。

在岩性较好的部位可采用锚杆和喷混凝土保护坡面。

1.4混凝土挡墙

混凝土挡墙是治坡工程中最常用的一种方法,它能有效地从局部改变滑坡体的受力平衡,阻止滑坡体变形的延展。

在1986年6月,天生桥二级水电站工程下山包厂址未定之前,由于连降大雨(其降雨量达91.2mm),550m高程夹泥层上面的岩体滑动10余cm,584m高程平台上出现3条裂缝,其中最长一条55m长,2.2cm宽,下错2cm。为此采取了在550m高程浇筑50余m长的混凝土挡墙和打锚杆等措施。

天生桥二级水电站厂房高边坡坡顶设置了混凝土挡土墙,以防止古滑坡体的复活,部分坡面采用浆砌块石护面加固,坡脚680m高程设置混凝土防护墙。

在漫湾水电站边坡工程中也采取了浇混凝土挡墙及浆砌石挡墙、混凝土防掏槽等措施,综合治理边坡工程。

1.5锚固洞

在漫湾水电站边坡工程中,采用各种不同断面的锚固洞64个,形成较大的抗剪力。在左岸边坡滑坡以前,已完成2m×2m断面小锚固洞18个,每个洞可承受剪力9000kN。此外,还利用地质探洞回填等增加一部分剪力。由于锚固洞具有一定的倾斜度,防止了混凝土与洞壁结合不实的可能性,同时采取洞桩组合结构的受力条件远较传统悬臂结构合理,可望提供较大的抗力。

二、锚固技术的应用

采用预应力锚索进行边坡加固,具有不破坏岩体,施工灵活,速度快,干扰小,受力可靠,且为主动受力等优点,加上坡面岩体抗压强度高,因此,在天生桥二级、漫湾、铜街子、三峡、李家峡等工程的边坡治理中都得到大量应用。

在漫湾水电站边坡工程中,采用了1000kN级锚索1371根、1600kN级锚索20根、3000kN级锚索859根、6000kN级锚索21根,均为胶结式内锚头的预应力锚索,采取后张法施工。预应力锚索由锚索体、内锚头、外锚头三部分组成。内锚头用纯水泥浆或砂浆作胶结材料,其长度1000kN级为5~6m,3000kN级为8~10m,6000kN级为10~13m;外锚头为钢筋混凝土结构,与基岩接触面的压应力控制在2.0MPa以内。

为提高锚索受力的均匀性,漫湾工程施工单位设计了一种小型千斤顶,采用“分组单根张拉”的方法,如3000kN锚索19根钢绞线,每组拉3根,7次张拉完;6000kN锚索37根,10次张拉完,既简化操作程序,又提高锚索受力均匀性。锚索在补偿张拉时可以用大千斤顶整体张拉(如3000kN锚索),也可继续用分组单根张拉方法(如6000kN锚索),都不会影响锚索受力的均匀性。

在小浪底工程中大规模采用的无粘结锚索具有明显的优点,其大部分钢绞线都得到防腐油剂和护套的双重保护,并且可以重复张拉。由于在施工时内锚头和钢铰线周围的水泥浆材是一次灌入的,浆材凝固后再张拉,因此减少了一道工序,提高了工效,但其价格相对较高。

在高边坡施工过程中为保证开挖与锚固同步施工,必须缩短锚索施工时间,及早对岩体施加预应力,以达到加快工程进度,确保边坡稳定的目的。为此,结合八五科技攻关,在李家峡水电站高边坡开挖过程中,成功将1000kN级预应力锚索快速锚固技术应用于工程中。室内和现场试验表明,采用N-1注浆体和Y-1型混凝土配合比可以满足1000kN级预应力锚索各项设计技术指标,而施加预应力的时间由常规的14~28d缩短到3~5d。该项成果对及时加固高边坡蠕变和松弛的岩体具有重要的现实意义,充分体现了“快速、经济、安全”的原则。

三峡永久船闸主体段高边坡工程规模之大、技术难度之高均为国内外边坡工程所罕见,其加固过程中,采取了喷混凝土、挂网锚杆、系统锚杆、打排水孔、设置排水洞、采用3000kN级预应力锚索等综合治理措施,其中,3000kN对穿锚束1924束,在国内尚属首例。系统设计3000kN级预应力对穿锚束1229束,孔深22.1~56.4m,主要分布在南北坡直立墙和中隔墩闸首及上下相邻段。南北坡直立墙布置两排,水平排距10~20m,孔距3~5m,第一排距墙顶8~10m,第二排距底板高20m左右,均于两侧山体排水洞对穿。中隔墩闸首布置3排,排距10m,孔距3.5~6.4m,第一排距墙顶10m。此外,动态设计3000kN级预应力对穿锚束695束,孔深16~66m,主要布置在中隔墩闸室和竖井部位。对穿锚束分为无粘结和有粘结两种型式,其结构主要由锚束束体和内外锚头组成。由于锚索采取对拉锚索的形式,将内锚头放在山体内的排水廊道中,因此,内锚头不再是灌浆锚固端,而是置于廊道内的墩头锚或双向施加张拉的预应力锚。这类加固方式将排水和锚固结合起来,减少了约占锚索长度1/3~1/4的内锚固段,是一种理想的加固形式。

预应力锚杆也是常见的一种加固形式,如天生桥二级水电站厂房高边坡工程中实施了减载、排水、抗滑桩等技术后,滑坡位移速度虽有明显减小,可未能完全停止。为了确保雨季在滑坡体前方的施工安全,稳定抗滑桩到滑坡体前缘的约20~40m长,10余万m3的滑坡体,决定在565m高程马道上设置300kN预应力锚杆。锚杆分两排,孔距2m、孔径90mm,孔与水平成60°夹角,用36的钢筋,共实施了152根预应力锚杆,保证了工程的安全。

三、减载、排水等措施的应用

3.1减载、压坡

在有条件的情况下,减载压坡应是优先考虑的加固措施。如天生桥二级水电站厂房高边坡稳定分析结果表明,滑坡体后缘受倾向SE的陡倾岩层影响,将向S(24°~71°)E方向滑动。该方向与滑坡前缘滑移方向有近20°~60°的夹角,将部分下滑力传至滑坡体前缘及治坡建筑物上,对滑坡整体的稳定不利,因此能有效控制后坡滑移也就能减缓整体滑坡。

在滑坡体后缘覆盖层最厚的部位,在保证施工道路布置的前提下,尽量在后缘减载。第一次减载14万余m3,至610m高程,第一次减载后,滑动速度明显降低。紧接着再减载12万余m3,至600m高程。两次减载共26万余m3,滑坡抗滑稳定安全系数提高约10%。

乌江渡水电站库区左岸岸坡距大坝约400m,有一石灰岩高悬陡坡构成的小黄崖不稳定岩体。滑坡下部软弱的页岩被库水淹没,地表上部见有多条陡倾角孔缝状张开裂隙,最大的水平延伸长度达200m,纵深切割190m。4年多的变形观测结果表明,裂隙顶部最大累计沉陷量达171.1mm,最大累计水平位移量达56.0mm,估计可能滑动的体积约50~100万m3。为保证大坝的安全,对小黄崖不稳定岩体先后进行了两次有控制的洞室大爆破,共爆破石方20.8万m3。从处理后的变形资料可以看出,已达到了削头、压脚、提高岩体稳定性的目的。

3.2排水、截水

地表水渗入滑坡体内,既增加滑坡体的重量,增加滑动力,又降低了滑动面上岩层的内摩擦力,对滑坡体的稳定是不利的。对于滑坡体以外的山坡上的地表水,采取层层修建拦水沟、排水沟的方法排水。在坡体范围内的地表水,对开裂的地方用黄土封堵,低洼积水地方用废碴填平,顺地表水集中的地方设排水沟排走地表水。如天生桥二级水电站厂房边坡工程治理中总共修建拦水沟、排水沟近10km。地下水的排除采取在滑坡体的后缘开挖总长384m的两条排水洞(距滑动面以下5~10m),并相联通,形成一个∪形环,在排水洞内再设排水孔,把滑动体内地下水引入排水洞。

漫湾水电站边坡工程深层排水采用在坡面打深15~20m的排水孔,每6m×6m设一孔,利用施工支洞和专设排水洞排水,并在洞内向上、向坡外方向打辐射形排水孔,深15m。

三峡船闸高边坡稳定分析结果表明,地下水是影响边坡稳定的主要因素。三维渗流分析成果表明:船闸高边坡形成之后,在坡面喷混凝土防渗条件下遇连续降雨,若无排水设施,边坡山体地下水均在较高位置出逸;当设置排水洞后,地下水位较无排水情况有所降低,但不明显;当在排水洞中设置排水孔幕之后,地下水位有较大幅度降低,南北坡地下水出逸点已接近闸室底板高程,排水效果显著。为此,三峡船闸高边坡采用地表截、防、排水与地下排水相结合的综合排水方案,以地下排水为主,地表截、防排水为辅,有机结合,通过截、防、导、排,尽可能降低边坡岩体地下水位,减小渗水压力,改善边坡稳定条件,提高边坡稳定性。

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