一种不用闸门断流现浇钢筋混凝封堵导流洞方法及封堵钢筋笼

摘要

本发明公开了一种不用闸门断流现浇钢筋混凝封堵导流洞方法及封堵钢筋笼，特点是：可以取消导流洞下闸闸门的工序，减少闸门混凝土工程量等，同时可以在导流洞正常导流的过程中进行混凝土封堵。封堵钢筋笼固定有多个排水管，多个封堵钢筋笼拼装组合后横截面积正好为导流洞的横截面积，依次把封堵钢筋笼放入导流洞内或把导流洞分成若干区域分别架设带有排水管的网状钢筋架，并依次浇筑混凝土，等混凝土强度达到设计要求时，关闭排水管的闸阀，再在闸阀后面正常浇筑封堵混凝土，并将闸阀浇入混凝土中。

说明书

技术领域

本发明涉及水电站导流洞封堵新技术，特别是该技术不需要闸门、闸门墩混 凝土的一种导流洞封堵技术。

背景技术

重庆市梅溪河渡口坝水电站工程主要建筑物为混凝土双曲拱坝导流洞封堵， 最大坝高108.5m，导流洞布置拱坝上游围堰上游左岸处，城门洞型，洞底高程 483.33m，洞顶高程491.33m(导流洞洞口处)，洞尺寸5m×7.5m。大坝混凝土浇 筑完毕，具备挡水条件，大坝段上的导流底孔也已封堵完毕，计划11月份开始 准备封堵混凝土的施工，12月份完成，11月、12月多年平均流量分别为9.53m³/s、 3.59m³/s，梅溪河河水全部经导流洞流向下游。

根据设计提供的资料，如果采临时闸门挡水，在导流洞内浇混凝土的施工办 法，临时闸门、及临时闸墩必须承受46m水头，即库区水位上升至529.33m高程。 根据库容与高层的关系，下闸后，河水很快就会就达到这一高程。

渡口坝水电站库容曲线表

由以上渡口坝水电站库容曲线表可以看出当水位线达到529.33m高程时，库 容为1500万m³，

12月份每天入库流量为：60s*60s/minute*24h*3.59m3/s＝310176m3/d

1500万m³/31.0176m³/d＝48.4d

如果在11月底下闸蓄水，则根据多年平均流量来看，需要48.4d就达到闸 门挡水设计高程，而闸门下闸后导流洞内的混凝土堵头还未形成，参建各方均承 担着巨大的风险。

以下结合渡口坝水电站坝址历年水利年逐月平均流量表(单位：m3/s)分析压 力计算、分险分析：

年份\月 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 一 二 三 年 1991--1992 9.13 69.7 43.7 27.1 53.7 53.6 3.65 2.60 3.62 2.84 3.17 12.2 23.8 1992--1993 13.1 24.5 37.9 16.9 8.52 24.4 32.5 3.30 2.11 4.70 13.9 14.7 16.4 1993--1994 10.5 38.5 34.4 61.2 64.9 44.9 5.53 19.1 3.54 2.21 1.83 2.83 24.3 1994--1995 36.1 22.3 50.1 15.9 8.66 26.9 8.05 3.70 9.20 4.32 3.33 2.74 15.9 1995--1996 8.39 3.58 12.6 31.0 31.1 22.1 39.6 5.65 2.48 1.86 1.53 6.63 14.0 1996--1997 5.74 34.6 35.2 18.9 19.4 26.6 10.3 49.4 3.25 2.35 3.37 11.5 18.4 1997--1998 10.3 12.7 18.1 29.4 4.05 1.56 3.33 5.55 2.66 2.73 2.94 7.17 8.41 1998--1999 14.5 21.0 44.4 51.0 104 4.30 10.6 2.64 1.90 1.56 1.29 1.80 21.8 1999--2000 8.25 15.2 7.98 36.2 4.28 3.09 18.7 11.4 3.74 3.25 4.42 4.69 10.2 2000--2001 3.98 13.0 29.2 132 25.8 16.6 45.5 10.7 9.13 8.52 10.3 7.58 26.3 2001--2002 11.4 13.1 28.1 35.6 10.4 5.64 19.8 9.13 7.31 5.88 6.52 11.0 13.7 2002--2003 23.7 47.6 29.2 10.3 30.8 15.6 17.0 11.4 7.78 6.08 6.97 8.12 17.9 多年平均 13.5 30.0 31.3 41.8 25.2 32.2 18.4 9.53 3.59 2.68 3.22 5.59 18.2 百分数％ 6.23 13.8 14.4 19.3 11.6 14.8 8.51 4.39 1.65 1.23 1.52 2.57 100

在蓄水过程中，闸门墩、闸门也面临着巨大的风险，见下受力分析：

压力计算(施工期间按多年平均12月份平均流量日流量取值为3.59m³/s)：

1、每天共计秒数：60分*60s*24h＝86400s/d；

2、12月份平均日流量：86400s/d*3.59m³/s＝310176m³/d；

3、闸门的受力面积为：5.0m*(490.83m-483.33m)＝37.5m²；

4、蓄水10d后的库容及蓄水高程：10d*310176m³/d＝3101760m³，对应库容蓄 水高程为508.0m；

蓄水14d后的库容及蓄水高程：14d*310176m³/d＝4342464m³，对应库容蓄 水高程为511.0m；

5、蓄水10d后砼衬砌每平米平均承受的压力：(508m-483.33m-7.5m*0.5) *1TF/m²＝20.92TF/m²；

蓄水14d后砼衬砌每平米平均承受的压力：(511m-483.33m-7.5m*0.5) *1TF/m²＝23.92TF/m²；

6、闸门在蓄水10d后承受的压力：(508m-483.33m-7.5m*0.5) *37.5m²＝784.5T；

闸门在蓄水14d后承受的压力：(511m-483.33m-7.5m*0.5)*37.5m²＝897T。

风险风析：

如遇2002～2003相对丰水年的日平均流量7.78m³/s，则下闸蓄水后，达到相 应的水压力，时间会减少一半。

在施工下闸闸门的土建时，发现原导流洞闸门墩砼质量非常差，有空洞、漏 振现象，经回弹仪检测，混凝土的强度仅有10～15Mpa，远小于设计20Mpa，满足 不了下闸后水对闸门、闸门墩混凝土的压力。

传统的施工方法，先下闸门挡水，让工人从下流导流洞口进入导流洞施工 封堵混凝土，因闸门墩混凝土强度不够，下闸后，迅速上升的蓄水水位，会对闸 门、闸门墩混凝土产生极大的压力，很可能在导流洞内进行混凝土封堵的施工期 间发生闸门突然被水压力破坏，造成灾难性的后果，已无法实施，必须改变传统 的施工方法抛开下闸门挡水这个施工步骤，采用不用闸门断流现浇钢筋混凝封堵 导流洞施工方法。

发明内容

本发明涉及水电站导流洞封堵，不需要闸门、闸门墩混凝土的一种导流洞封 堵方法及封堵钢筋笼，施工方便，安全可靠，可节约大量费用。

技术方案是这样实现的，1)在岸上制作钢筋笼，并在钢筋笼中穿入多根平 行的排水管制成封堵钢筋笼，排水管二端端头长出钢筋笼骨架，排水管与钢筋笼 底部相对高差大于施工同期导流洞内流水高度，每根排水管一端设有闸阀，多个 封堵钢筋笼拼装组合后横截面积为导流洞同期水流横通行横截面积的1.5～2.0， 从左侧至右侧或从右侧至左侧依次将封堵钢筋笼编号，编号顺序从1开始至M， 或是在导流洞内根据水流位情况从左侧至右侧或从右侧至左侧依次将导流洞分 成1至M号施工区；

2)先将编号为1号封堵钢筋笼从导流洞上游方向放入导流洞，排水管设有 闸阀一端在水流方向的下游，或在1号施工区架设网状钢筋架，网状钢筋架与导 流洞顶部有一定距离；

3)1号封堵钢筋笼中排水管排水方向与导流洞内的水流方向一致，并把1 号封堵钢筋笼按拼装顺序固定在导流洞内，或是在1号施工区的网状钢筋架导流 洞水位以上位置固定放置带有闸阀的排水管，闸阀位于水流方向的下游；

4)在1号封堵钢筋笼或1号施工区的网状钢筋架上下游作围堰，排水管的 二端端头在围堰外，并在1号封堵钢筋笼或1号施工区的网状钢筋架临水侧支侧 模，使导流洞内水流通过1号封堵钢筋笼的排水管和未放入封堵钢筋笼处流走或 使导流洞内水流通过1号施工区的网状钢筋架上的排水管和未架设钢筋架区域 流走；

5)在1号封堵钢筋笼内或1号施工区的网状钢筋架内浇筑水下混凝土，待 1号封堵钢筋笼内或1号施工区网状钢筋架内混凝土强度达到10Mpa时，拆除模 板；

6)将2号封堵钢筋笼从导流洞上游方向放入导流洞，排水管设有闸阀一端 在水流方向的下游，将1号封堵钢筋笼与2号封堵钢筋笼连接，并将2号封堵钢 筋笼固定于导流洞内，在2号封堵钢筋笼上下游作围堰，排水管的二端端头在围 堰外，使导洞内水流通过1号封堵钢筋笼、2号封堵钢筋笼排水管及未放未放入 封堵钢筋笼处流走，在2号封堵钢筋笼临水侧支侧模，2号封堵钢筋笼内浇筑混 凝土，同时浇筑1号封堵钢筋笼顶与导流洞顶之间的素混凝土，待2号封堵钢筋 笼内混凝土强度达到10Mpa时，拆除模板；或在2号施工区内架设网状钢筋架， 2号施工区网状钢筋架与1号施工区网状钢筋连接，在2号施工区网状钢筋架的 导流洞水位以上位置固定放置带有闸阀的排水管，闸阀位于水流方向的下游，在 2号施工区网状钢筋架上下游作围堰，排水管的二端端头在围堰外，使导洞内水 流通过1号施工区网状钢筋架、2号施工区网状钢筋架的排水管及未放设置网状 钢筋架处流走，在2号施工区网状钢筋架临水侧支侧模，2号施工区网状钢筋架 内浇筑混凝土，同时浇筑2号施工区网状钢筋架顶与导流洞顶之间的素混凝土， 待2号施工区网状钢筋架内混凝土强度达到10Mpa时，拆除模板

7)依次重复第六步骤至M号封堵钢筋笼，如果2号封堵钢筋笼为M号封堵 钢筋笼，则不用支侧模，或依次重复六步骤至M号施工区，如果2号施工我区 为M号施工区，则不用支侧模；

8)待M号封堵钢筋笼凝土强度达到10M时，浇筑M号封堵钢筋笼顶与导流 洞顶之间的素混凝土，或待M号施工区网状钢筋架凝土强度达到10M时，浇筑M 号施工区网状钢筋架顶与导流洞顶之间的素混凝土；

9)待M号封堵钢筋笼顶与导流洞顶之间的素混凝土达到设计强度，或待M 号施工区网状钢筋架顶与导流洞顶之间的素混凝土达到设计强度，关闭排水管闸 阀，实现用现浇钢筋混凝封堵导流洞。

优选法方还包括，在钢筋笼或网状钢筋架中穿入排水管的数量是通以下工 式计算得出，假设N为钢筋笼中穿入排水管数量、V为排水管内流速、S为排水 管面积内径面积、r为排水管内直径、H为导流洞上下流水高差、X为施工月份 平均流量，为保证施工安全，在计算钢筋笼中穿入排水管数量N时，施工月份平 均流量按120％X计，则

V＝Cv*(2gH)＾(1/2)；

S＝r/2*r/2*3.14m²；

N＝1.2*x m³/s/V*S。

优选方法进一步还包括，封堵钢筋笼中的钢筋纵向长度为导流洞高度的 1.2～2.0倍。

优选方法还可以包括，关闭排水管闸阀后，浇筑混凝土包裹排水管及闸阀。

一种不用闸门断流现浇钢筋混凝封堵导流洞的封堵钢筋笼，包括由多根纵 横相交钢筋组成的网格状结构框，网格状结构框中固定有多根相互平行的钢管排 水管，钢管排水管与网格状结构框底部相对高差大于施工同期导流洞内流水高 度，钢管排水管一端设有闸阀钢管排水管的长度大于网格状结构框纵向长度，网 格状结构框纵向上一侧设有固定环另一侧设有模板固定框。

进一步讲，封堵钢筋笼模板固定框包括平行网格状结构框纵向侧面，与网 格状结构框纵向一个侧面的距离为5～8CM的片状钢筋网，片状钢筋网通过U型卡 与网格状结构框连接。

本发明的优点在于：

1、更安全、施工质量更高，导流洞进口段的闸门墩混凝土一般为工程早期 导流时浇筑的，浇筑质量监控难度较大，是一个施工难点，混凝土有漏振、空洞 等缺陷时有发生；大坝浇筑完毕并具备下闸条件时，已经历数年，这几年的洪水 对闸墩的冲击破坏是难以预料的；一旦下闸，迅速上升的蓄水水位，会对闸门、 闸门墩混凝土产生极大的压力，闸门、闸门墩的混凝土能不能承受不断加大的水 压力，不能保证。下闸后，在导流洞内进行混凝土封堵的施工人员就要面临闸门 突然被水压力破坏而带来灾难性的后果。

使用本技术，可以从根本上解决以上问题，不需要下闸门，利用导流洞内混 凝土封堵的排水管排水，多根排水管排水量的总和大于或等于导流洞施工同期的 排水量，先浇筑一部分封堵浇筑混凝土，待强度达到10MP，再浇筑另一部分封 堵混凝土，待强度达到10MP再浇灌下一部混凝土，直至把导流洞内临时堵头混 凝土全部浇筑完毕，封堵混凝土强度增长的过程中，水流被从排水管引出，其水 流对封堵混凝土的压力被消解，水流对封堵混凝土的冲刷力被上下游围堰消解， 这时水流对封堵混凝土基本没有影响，待封堵混凝土强度达到设计强度时，依次 关闭排水管的闸阀，水压开始作用于封堵混凝土，水对封堵混凝土的压力是随排 水管的闸阀依次关闭而依次增加的，单个排水管的横截面积远远小于导流洞 的横截面积，封堵混凝土受的水压力影响远小于下闸门挡水，为封堵混凝 土强度增长增取了时间，施工过程也更加安全。其施工过程是在后期进行的，便 于监控混凝土的施工质量，也减少了洪水对混凝土浇筑的影响。再在闸阀后面正 常浇筑封堵混凝土，并将闸阀浇入混凝土中。

2、更经济

不用闸门断流现浇钢筋混凝封堵导流洞方法，可以节省门墩的混凝土、闸门 制作安装、为下闸门而修建的设施如混凝土墩柱、钢梁、吊装设备、吊装平台等 费用。

附图说明

下面结合附图和实施例作进一步说明。

图1是本发明一种不用闸门断流现浇钢筋混凝封堵导流洞方法一种实施例 横断面示意图。

图2是本发明图1中一种实施例的纵断面示意图。

图3是本发明封堵钢筋笼结构示意图。

图4是本发明封堵钢筋笼模板固定框结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种不用闸门断流现浇钢筋混凝封堵导流洞方法，包括 以下步骤：

1)在岸上制作二个钢筋笼，二个钢筋笼的钢筋笼纵向钢筋长度为9m(导流 洞高度7.5m的1.2倍)、横向钢筋长度为导流洞宽度的2.5m(导流洞宽度5m的 二分之一)、高度为3m是同期导流洞水流高度的1.5倍，并在二个钢筋笼各穿入 N/2(以下有求N的具体步骤)根相互平行的排水管制成封堵钢筋笼，排水管二 端端头各长出钢筋笼骨架1m，排水管一端设有闸阀，二个封堵钢筋笼拼装组合 后横截面积正好为导流洞的横截面积，从左侧至右侧依次将封堵钢筋笼编号，编 号顺序为1号、2号；

2)先将编号为1号封堵钢筋笼从导流洞上游方向放入导流洞，排水管设有 闸阀一端在水流方向的下游；

3)1号封堵钢筋笼中排水管排水方向与导流洞内的水流方向一致，并把1 号封堵钢筋笼按拼装顺序固定在导流洞内，闸阀位于水流方向的下游；

4)在1号封堵钢筋笼上下游作围堰，排水管的二端端头在围堰外，并在1 号封堵钢筋笼或1号施工区的网状钢筋架临水侧支侧模，使导流洞内水流通过1 号封堵钢筋笼的排水管和未放入封堵钢筋笼处流走；

5)在1号封堵钢筋笼内内浇筑水下混凝土，待1号封堵钢筋笼内混凝土强 度达到10Mpa时，拆除模板；

6)将2号封堵钢筋笼从导流洞上游方向放入导流洞，排水管设有闸阀一端 在水流方向的下游，将1号封堵钢筋笼与2号封堵钢筋笼连接，并将2号封堵钢 筋笼固定于导流洞内，在2号封堵钢筋笼上下游作围堰，排水管的二端端头在围 堰外，使导洞内水流通过1号封堵钢筋笼、2号封堵钢筋笼排水管及未放未放入 封堵钢筋笼处流走，在2号封堵钢筋笼临水侧支侧模，2号封堵钢筋笼内浇筑混 凝土，同时浇筑1号封堵钢筋笼顶与导流洞顶之间的素混凝土，待2号封堵钢筋 笼内混凝土强度达到10Mpa时，拆除模板；

7)待2号封堵钢筋笼凝土强度达到10M时，浇筑2号封堵钢筋笼顶与导流 洞顶之间的素混凝土

8)待2号封堵钢筋笼凝土强度达到20Mpa，关闭排水管闸阀，实现用现浇 钢筋混凝封堵坝导流洞。

求在钢筋笼中穿入排水管数量N的步骤为：

假设V为排水管内流速、S为排水管面积内径面积、r为排水管内直径、H 为导流洞上下流水高差、X为施工月份平均流量，为保证施工安全，在计算钢筋 笼中穿入排水管数量N时，施工月份平均流量按120％X计，则N的计算过程为

V＝Cv*(2gH)＾(1/2)；

S＝r/2*r/2*3.14m²；

N＝1.2*x m3/s/V*S。

根据梅溪河渡口坝水电站导流洞上下流的实际情况，H为0.5m，r为30MM， X为3.59m³/s(12月份平均水流)，

侧V＝0.82*(2*9.8*0.5)＾(1/2)＝0.82*3.13＝2.57m/s

S＝r/2*r/2*3.14m²

n＝1.2*x m³/s/V*S＝1.2*x m³/s/2.57m/s*r/2*r/2*3.14m²＝24根

如图3、图4所示，一种不用闸门断流现浇钢筋混凝封堵导流洞的封堵钢筋 笼，封堵钢筋笼包括由多根纵横相交钢筋组成的网格状结构框1，其中纵向钢筋 长度为9m，横向钢筋长度为导流洞宽度的2.5m，网格状结构框1中固定有12 根相互平行直径为Φ30钢管排水管2，钢管排水管2与网格状结构框1底部相对 高差大于施工同期导流洞内流水高度，一端设有闸阀，钢管排水管2二端各长出 网格状结构框1纵向长度1米，网格状结构框1纵向上一侧设有固定环3另一侧 设有模板固定框4，模板固定框4为平行网格状结构框1纵向侧面，与网格状结 构框1纵向一个侧面的距离为5～8CM的片状钢筋网6，片状钢筋网6通过U型卡 5与网格状结构框1连接。

利用图3、图4所示的封堵钢筋现实不用闸门断流现浇钢筋混凝封堵导流洞 方法，优点在于，固定环3便于封堵钢筋笼与导流洞墙体连接，也便于封堵钢筋 笼之间相互连接，与导流洞墙体连接时通过固定环3在墙体上打入锚钉，即可， 与封堵钢筋笼连接时，穿过固定环3将扎丝与另一个封堵钢筋笼模板固定框4 绑扎在一起，固定环3可以限定扎丝滑动；模板固定框4方便侧模板的施工，把 模板依次的放入模板固定框4中，再固定即可；封堵钢筋笼为网格状结构，水流 对封堵钢筋笼的推力不大，忽略不计，可以直接放入到导流洞底板。