CN109137826A - 一种混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水电领域的面板堆石坝施工技术领域，尤其涉及一种混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法，包括：预处理排水钢管，安装排水钢管，安装加热电缆，搭设堆石坝趾板外侧的暖棚四个主要步骤。本发明通过加热电缆对坝体反渗排水管内水体加热，防止结冰，并通过外接管排出，外接管布置在设有电加热器的暖棚内，有效保证坝体排水管内温度为10℃左右，暖棚内外接管温度为5～6℃左右。

Description

一种混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法
技术领域
本发明属于水电领域的面板堆石坝施工技术领域，尤其涉及一种混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法。
背景技术
面板堆石坝河床部位的地基呈上游低下游高，或下游水位高于上游趾板基础高程时，应设置反向排水系统。一般通过在坝上游坝面底部预留排水管，或是设置排水井的方法将形成一定水位差的水体排出，释放水压力达到保护大坝混凝土面板的目的。
随着我国水电行业逐步向新疆、青海及西藏等西部高寒地区的开发，冬季低温季节，因低温反渗排水孔结冰堵塞，反向水流无法排出。形成一定水位差后，将造成面板坝的混凝土面板破坏，进而进一步破坏坝体的垫层料过渡料等。
中国专利申请号为：CN201110379385.3的专利公开了一种面板堆石坝施工期反渗水处理方法和反渗排水系统，在过渡区和上游堆石区的水平交界面内铺设排水盲材，排水盲材上游侧连接套管，套管的另一侧连接带有单向止水阀的水平排水管，水平排水钢管的两端外部均设接头螺纹，其另一侧连接排水软管，排水软管的另一端置于集水井内，另设竖直排水管，该发明特别适用于河床段趾板基础开挖较深、上游铺盖填筑工期较长、坝体需渡汛挡水的面板堆石坝施工期的反向排水，但是其无法适应高寒地区冬季混凝土面板堆石坝反渗排水要求，由于低温极易结冰堵塞反渗通道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法，防止堆石坝因低温反渗排水孔结冰堵塞，反向水流无法排出，导致堆石坝的混凝土面板破坏。
本发明的目的通过以下技术方案实施：
一种混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法，包括如下步骤：
步骤1，预处理排水钢管：
步骤1.1，排水钢管采用外径159mm，壁厚35mm的钢管焊接而成，单节长度为6m；采用钻头直径为5mm的电钻在钢管上钻打渗透孔，渗透孔沿排水钢管纵向间距为100mm，沿环向间距为100mm；
步骤1.2，在排水钢管外部设置无纺布，无纺布沿排水钢管长度方向螺旋缠绕，搭接长度为50mm，采用12号铁丝进行绑扎固定，绑扎间距为300mm；
步骤2，安装排水钢管：
步骤2.1，排水钢管支架施工，采用YT-28手风钻在堆石坝基岩面上沿排水钢管轴线方向设置2排竖向插筋孔，孔径为300mm，孔排距为300mm，间距为3000mm；将竖向支撑钢筋插入孔内，单根长度600mm，入孔100mm，外露500mm，灌入M20砂浆固定；待砂浆达到70％的强度时进行支架的水平支撑钢筋安装，水平支撑钢筋在垂直于排水钢管轴线方向，与竖向支撑钢筋焊接形成排水钢管支架，水平支撑钢筋距堆石坝的基岩面高度为500mm，长度为500mm，间距为3000mm；
步骤2.2，排水钢管支架施工完成后，将排水钢管固定到水平支撑钢筋上，设置排水钢管6与堆石坝的基岩面间距为500mm；
步骤2.3，封堵排水钢管，采用无纺布包裹靠近堆石坝趾板上游的排水钢管管口，用500mm见方无纺布将端部包裹，与钢管搭接长度不小于300mm，用12号铁丝板扎牢固；
步骤2.4，堆石坝垫层料区、过渡料区及卵石层施工：
在排水钢管周边覆盖500mm厚、粒径为20～40mm的卵石层，包裹整个排水钢管，控制卵石层的渗透系数大于1×10-2cm/s；摊铺堆石坝垫层料区、过渡料区及卵石层，使用2t振动碾碾压，分层厚度为25cm～30cm；
步骤2.5，固定堆石坝趾板混凝土内排水钢管，在浇筑堆石坝趾板前将排水钢管加固在堆石坝趾板端的钢筋网片上，采用4根500mm长钢筋围绕排水钢管形成平行四边形，并与钢筋网片焊接加固，按照步骤2.3再次进行封堵施工；
步骤2.6，连接堆石坝趾板外部的排水钢管，在堆石坝趾板的外部排水钢管安装前，用过丝机将外部排水钢管过丝，过丝长度50～80mm，深1mm，并与堆石坝趾板内的排水钢管连接；步骤3，安装加热电缆：
步骤3.1，采用的钢筋焊接工字型的支架，支架做成长度为2m，支架宽度为100mm；
步骤3.2，选用加热电缆，测量当地冬季需加热的水的平均初温T1与终温T2，单位长度加热电缆时间t内要加热的水质量为m；
即，Q＝Cm(T2-T1)；
其中，Q为加热总热量，单位为千焦(KJ)；C为比热容，单位为KJ/Kg℃；水的比热容为4.2KJ/Kg℃；冰的比热容为2.1KJ/Kg℃；m为加热体质量，单位为Kg；
则，P＝W/t＝Q/t,其中，P为电缆功率，单位为千瓦(KW)；W为功，单位为千焦(KJ)；t为做功时间，单位为秒；
根据计算所得的加热电缆功率选用相应型号的电缆；
步骤3.3，在工字型支架上缠绕加热电缆，缠绕的圈数根据排水钢管排水流量及所选用的加热电缆的功率大小确定；将缠绕加热电缆的“工”字型支架设置在排水钢管内，将加热电缆两段引出管外，与电源连接；
步骤4，搭设堆石坝趾板外侧的暖棚：
步骤4.1，采用10号槽钢焊接搭设高度2m，平面尺寸2m×3m的主骨架，主骨架固定在混凝土地面上，采用埋件焊接固定；主骨架外侧采用150mm厚的一级岩棉防火彩钢板固定安装成暖棚，并设置棉门帘；
步骤4.2，在暖棚内设置2～3台2kw的电暖器。
进一步地，步骤2.1中，堆石坝的基岩面采用水准仪确定水平。
进一步地，步骤2.6中，外部排水钢管过丝后缠绕麻丝，并在缠绕的麻丝外表涂布机油层。
进一步地，步骤3.2中，加热电缆采用220V电压。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过加热电缆对坝体反渗排水管内水体加热，防止结冰，并通过外接管排出，外接管布置在设有电加热器的暖棚内，有效保证坝体排水管内温度为10℃左右，暖棚内外接管温度为5～6℃左右。
2.本发明通过设置加热电缆和排水钢管，能使高寒地区堆石坝在冬季依旧能有效排水，防止坝体一侧水位过高损坏大坝主体。
3.本发明施工步骤简单，施工成本低，工期短，实用性强。
附图说明
图1为本发明所述混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法的安装状态示意图；
图2为本发明所述排水钢管的结构示意图。
图中：1-面板堆石坝坝体，2-垫层料区，3-过渡料区，4-面板混凝土层，5-堆石坝趾板，6-排水钢管，7-排水钢管支架，8-卵石层，9-外部排水钢管，10-加热电缆，11-暖棚，12-电暖器，13-渗透孔，14-基岩面。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，所示混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法的施工方法，包括如下步骤：
步骤1，预处理排水钢管6：
步骤1.1，排水钢管6采用外径159mm，壁厚35mm的钢管焊接而成，单节长度为6m；采用钻头直径为5mm的电钻在钢管上钻打渗透孔13，渗透孔13沿排水钢管6纵向间距为100mm，沿环向间距为100mm；
步骤1.2，在排水钢管6外部设置无纺布(图中未示出)，无纺布沿排水钢管6长度方向螺旋缠绕，搭接长度为50mm，采用12号铁丝进行绑扎固定，绑扎间距为300mm；
步骤2，安装排水钢管6：
步骤2.1，排水钢管支架7施工，采用YT-28手风钻在堆石坝基岩面14上沿排水钢管6轴线方向设置2排竖向插筋孔，孔径为300mm，孔排距为300mm，间距为3000mm；将竖向支撑钢筋插入孔内，单根长度600mm，入孔100mm，外露500mm，灌入M20砂浆固定；待砂浆达到70％的强度时进行支架的水平支撑钢筋安装，水平支撑钢筋在垂直于排水钢管轴线方向，与竖向支撑钢筋焊接形成排水钢管支架7，水平支撑钢筋距堆石坝的基岩面14高度为500mm，长度为500mm，间距为3000mm；
步骤2.2，排水钢管支架7施工完成后，将排水钢管6固定到水平支撑钢筋上，设置排水钢管与堆石坝的基岩面14间距为500mm；
步骤2.3，封堵排水钢管6，采用无纺布包裹靠近堆石坝趾板5上游的排水钢管6管口，用一块500mm见方无纺布将端部包裹，与钢管搭接长度不小于300mm，然后用12号铁丝板扎牢固；
步骤2.4，堆石坝垫层料区、过渡料区及卵石层施工：
在排水钢管周边覆盖500mm厚、粒径为20～40mm的卵石层8，包裹整个排水钢管6，控制卵石层8的渗透系数大于1×10-2cm/s；摊铺堆石坝垫层料区2、过渡料区3及卵石层8，使用2t振动碾碾压，分层厚度为25cm～30cm；
步骤2.5，固定堆石坝趾板5混凝土内排水钢管6，在浇筑堆石坝趾板5前将排水钢管6加固在堆石坝趾板5端的钢筋网片(图中未示出)上，采用4根500mm长钢筋围绕排水钢管6形成平行四边形，并与钢筋网片焊接加固，按照步骤2.3再次进行封堵施工；
步骤2.6，连接堆石坝趾板5外部的排水钢管9，在堆石坝趾板5的外部排水钢管6安装前，用过丝机将外部排水钢管6过丝，过丝长度50～80mm，深1mm，并与堆石坝趾板内的排水钢管6连接；
步骤3，安装加热电缆10：
步骤3.1，采用的钢筋焊接工字型的支架，支架做成长度为2m，支架宽度为100mm；
步骤3.2，选用加热电缆10，测量当地冬季需加热的水的平均初温T1与终温T2，单位长度加热电缆10时间t内要加热的水质量为m；
即，Q＝Cm(T2-T1)；
其中，Q为加热总热量，单位为千焦(KJ)；C为比热容，单位为KJ/Kg℃；水的比热容为4.2KJ/Kg℃；冰的比热容为2.1KJ/Kg℃；m为加热体质量，单位为Kg；
则，P＝W/t＝Q/t
其中，P为电缆功率，单位为千瓦(KW)；W为功，单位为千焦(KJ)；t为做功时间，单位为秒；
根据计算所得的加热电缆功率选用相应型号的电缆，如下表：
序号 项目 规格 特性
1 工作电压 220V
2 发热芯线 合金实芯电阻丝 发热稳定，抗拉强℃大
3 电缆绝缘\交联聚乙烯 XLPE 0.7mm 绝缘好，耐压35000V
4 外径尺寸 7.0mm 线经粗，发热快
5 最高工作温℃ 连续工作温65℃ 发热温℃稳定，安全性高
6 发热电缆安装弯曲最小半径 5倍电缆直径 35mm
7 线性功率、电阻值 20W/m、10Ω/m 规格型号齐全
在排水钢管6出口以内5～6m设置发热电缆10，发热电缆10在6m长的“工”字架上来回折叠10次，长度为60m，发热电缆总功率为60×20＝1200w；每分钟做的功为60×1200＝72000焦耳；
步骤3.3，在排水钢管6出口以内5～6m设置发热电缆10，发热电缆10在6m长的工字架上来回折叠10次，长度为60m，发热电缆总功率为60×20＝1200w；每分钟做的功为60×1200＝72000焦耳；将缠绕加热电缆10的“工”字型支架设置在排水钢管6内，将加热电缆10两段引出管外，与电源连接；
步骤4，搭设堆石坝趾板5外侧的暖棚11：
步骤4.1，采用10号槽钢焊接搭设高度2m，平面尺寸2m×3m的主骨架，主骨架固定在混凝土地面上，采用埋件焊接固定；主骨架外侧采用150mm厚的一级岩棉防火彩钢板固定安装成暖棚11，并设置棉门帘(图中未示出)；
步骤4.2，在暖棚11内设置3台2kw的电暖器。
进一步地，步骤2.1中，堆石坝的基岩面14采用水准仪确定水平。
进一步地，步骤2.6中，外部排水钢管9过丝后缠绕麻丝，并在缠绕的麻丝外表涂布机油层。
进一步地，步骤3.2中，加热电缆10采用220V电压。
经排水实测，外界温度最冷时-32℃、时，每根排水钢管流量为1.5～5.2L/s，坝体排水钢管温度为15～18℃，外部排水钢管的温度为8～10℃，暖棚内温度5℃～10℃，排水效果良好。
除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (4)

1.一种混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，预处理排水钢管：
步骤1.1，排水钢管采用外径159mm，壁厚35mm的钢管焊接而成，单节长度为6m；采用钻头直径为5mm的电钻在钢管上钻打渗透孔，渗透孔沿排水钢管纵向间距为100mm，沿环向间距为100mm；
步骤1.2，在排水钢管外部设置无纺布，无纺布沿排水钢管长度方向螺旋缠绕，搭接长度为50mm，采用12号铁丝进行绑扎固定，绑扎间距为300mm；
步骤2，安装排水钢管：
步骤2.1，排水钢管支架施工，采用YT-28手风钻在堆石坝基岩面上沿排水钢管轴线方向设置2排竖向插筋孔，孔径为300mm，孔排距为300mm，间距为3000mm；将竖向支撑钢筋插入孔内，单根长度600mm，入孔100mm，外露500mm，灌入M20砂浆固定；待砂浆达到70％的强度时进行支架的水平支撑钢筋安装，水平支撑钢筋在垂直于排水钢管轴线方向，与竖向支撑钢筋焊接形成排水钢管支架，水平支撑钢筋距堆石坝的基岩面高度为500mm，长度为500mm，间距为3000mm；
步骤2.2，排水钢管支架施工完成后，将排水钢管固定到水平支撑钢筋上，设置排水钢管6与堆石坝的基岩面间距为500mm；
步骤2.3，封堵排水钢管，采用无纺布包裹靠近堆石坝趾板上游的排水钢管管口，用边长500mm的正方形无纺布将端部包裹，与钢管搭接长度不小于300mm，用12号铁丝板扎牢固；
步骤2.4，堆石坝垫层料区、过渡料区及卵石层施工：
在排水钢管周边覆盖500mm厚、粒径为20～40mm的卵石层，包裹整个排水钢管，控制卵石层的渗透系数大于1×10-2cm/s；摊铺堆石坝垫层料区、过渡料区及卵石层，使用2t振动碾碾压，分层厚度为25cm～30cm；
步骤2.5，固定堆石坝趾板混凝土内排水钢管，在浇筑堆石坝趾板前将排水钢管加固在堆石坝趾板端的钢筋网片上，采用4根500mm长钢筋围绕排水钢管形成平行四边形，并与钢筋网片焊接加固，按照步骤2.3再次进行封堵施工；
步骤2.6，连接堆石坝趾板外部的排水钢管，在堆石坝趾板的外部排水钢管安装前，用过丝机将外部排水钢管过丝，过丝长度50～80mm，深1mm，并与堆石坝趾板内的排水钢管连接；
步骤3，安装加热电缆：
步骤3.1，采用的钢筋焊接工字型的支架，支架做成长度为2m，支架宽度为100mm；
步骤3.2，选用加热电缆，测量当地冬季需加热的水的平均初温T1与终温T2，单位长度加热电缆时间t内要加热的水质量为m；
即，Q＝Cm(T2-T1)；
其中，Q为加热总热量，单位为千焦(KJ)；C为比热容，单位为KJ/Kg℃；水的比热容为4.2KJ/Kg℃；冰的比热容为2.1KJ/Kg℃；m为加热体质量，单位为Kg；
则，P＝W/t＝Q/t，
其中，P为电缆功率，单位为千瓦(KW)，W为功，单位为千焦(KJ)，t为做功时间，单位为秒；
根据计算所得的加热电缆功率选用相应型号的电缆；
步骤3.3，在工字型支架上缠绕加热电缆，缠绕的圈数根据排水钢管排水流量及所选用的加热电缆的功率大小确定；将缠绕加热电缆的工字型支架设置在排水钢管内，将加热电缆两段引出管外，与电源连接；
步骤4，搭设堆石坝趾板外侧的暖棚：
步骤4.1，采用10号槽钢焊接搭设高度2m，平面尺寸2m×3m的主骨架，主骨架固定在混凝土地面上，采用埋件焊接固定；主骨架外侧采用150mm厚的一级岩棉防火彩钢板固定安装成暖棚，并设置棉门帘；
步骤4.2，在暖棚内设置2～3台2kw的电暖器。
2.根据权利要求1所述一种混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法，其特征在于，所述步骤2.1中，堆石坝的基岩面采用水准仪确定水平。
3.根据权利要求1所述一种混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法，其特征在于，所述步骤2.6中，外部排水钢管过丝后缠绕麻丝，并在缠绕的麻丝外表涂布机油层。
4.根据权利要求1所述一种混凝土面板堆石坝的冬季反渗排水设备的施工方法，其特征在于，所述步骤3.2中，加热电缆采用220V电压。
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