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600立方倒锥形水塔新建工程

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600立方倒锥形水塔新建工程,戴蒙德水库进/出水塔的施工 摘要:戴蒙德水库是美国加州大的一座水库,库容986×106m3,初期工程于1999年完工。叙述了位于美国加州戴蒙德峡谷水库进/出水塔塔基和引渠的顺利开挖工作。主题词:大型水库;取水塔;渠道开挖;施工设计;美国 戴蒙德水库(以前又名赫米特水库),位于赫米特附近的里弗赛德县,是美国南加州大的一座水库。通过圣迭戈水渠将科罗拉多河水,以及经由新建的内河供水工程及其扩展工程(即新建的东边管线)把州立供水工程的水输送至这座水库。在夏季或旱季,通过同一输水结构又把库水输送到南加州大城市供水管理区(MWD)的配水系统之中,以满足用水需求。同时,一旦发生大地震,MWD输水渠(该渠道从包括圣安德烈亚斯断层在内的几条著名活动断层穿过)遭到破坏时,该水库也可起到应急之用。即使引水渠处于维修期,该水库也可保证向南加州提供6个月的应急用水。戴蒙德水库初期工程于1999年完工。美国土木工程师协会将其评为2000年5大杰出土木工程之一。这座库容为986×106m3的水库由两座土石坝(东坝和西坝)围成。西坝高86.9 m,长约2.4 km。东坝高56.4 m,长3.2 km。此外,水库北岸较低处修建一座0.8 km长,39.6 m高的副形坝予以封闭。坝的总体积超过84×106m3。进出水库的水均采用水工结构进行控制,包括前池、P-1泵站、P-1压力隧洞、进/出水塔、辅助进水口,位于水库西侧。3层高的泵房包括12台可变速的两级水泵,每台水泵功率为4 500 kW。用来控制进入水库和进入MWD配水系统的主要结构是一座82.3 m高的钢筋混凝土水塔。Black & Veatch公司作为MWD工程系统设计小组的成员,主要负责水库选点,可行性研究,水工建筑物的设计和启动等工作。公司同时还负责在施工过程中地质测绘和高层次的土工技术监督。 1 塔 基 由于水塔在地震期间要向南加州供水,因此,水塔必须具有足够的抗震性。通过在水塔地基四周和在相邻的引水渠周围的岩壁上做陡峭开挖,使水塔嵌入水库边缘。塔基和82.3 m长引水渠的开挖要穿过坚硬的地层。水渠底部宽182.9 m,水渠北端逐渐加深到91.4 m。在施工前对开挖区的调查过程中,发现潜在的不稳定边坡。由于事先发现了这个问题,实施了下列措施,以保证开挖工作得以顺利完成。 (1)施工过程中始终有设计人员参加,并核实设计假设与地基情况是否相符。 (2)施工过程中不断进行调查和监测,以对开挖过程中的地基情况作评估。 (3)对计划和施工规程中的意外情况允许对边坡进行支护及对地基作修复。水塔和水渠的位置下游有中等至很薄夹层和坚硬的片状石英岩、千枚岩和页岩。这些岩石中有5组断层,1组为叶理层,另外4组为中等到宽距离的空间节理。叶理层向东北倾角为50~60°,总体趋势与开挖轴向平行,这是主要的断层。一般情况下,剪切区平行叶理层。这种情况下可看作薄的粘土层缝隙,它们与叶理层平行,密封的节理区存在有数英寸的粘土断层。评估斜坡的运动学分析方法表明:整体滑动趋势使西侧岩壁的地基失稳,叶理层贯入开挖区之中;东侧岩壁的失稳主要是由于这些叶理层剪切区引起的。 2 开挖设计 水塔结构的混凝土壁和穴状开挖区域之间的空间将用混凝土浇筑到1 660 m高程。为了使混凝土体积小,好采用陡的稳定坡度。然而,由于潜在的主要因岩石叶理层导致边坡不稳定使得开挖工作难以顺利开展。在水塔基础和孔穴以外的较浅的边坡上部(其岩石高度或中度风化),设计成1.5H∶1V到1H∶1V的坡度,不需要对岩石进行加固处理。水塔的实际位置定在轻度风化岩石处,孔穴周围的坡度为1H∶10V。在边坡的每一断层处提供了3~6 m宽的护堤。渠道东北和西北处的岩壁处于塔基两边轻度风化或未风化的岩石上,设计坡度为1H∶4V。倾向与岩体叶理层平行的渠道侧壁,设计的大坡度为1H∶1V,因此很稳定,无需进行加固。为了补偿塔基西部岩壁叶理层的反向倾斜,采用了下列两种设计方法进行施工: ?宽护堤的位置定在1 600 m高程; ?通过把边坡壁设计成连续4部分,它们被3 m宽的护堤所截断,上面3部分的坡比为1H∶4V,终减少了岩石壁的整体坡度。对于坡度为1H∶4V和1H∶10V的边坡,采用基本的岩石加固模式:150号岩石锚栓,直径2.5 cm,长7.6 m,按2.4 m×2.4 m布置。此外,对于次要的,应急的岩石加固设计,则采用直径4.4 cm的150号岩石锚栓。把它们用在西面的边坡上以支撑大尺寸的不稳定岩块,这个岩块可能是由叶理层和开挖结构形成的。规程规定在较陡的边坡上至少要喷射厚7.6 cm的纤维筋混凝土。塔基设计仪器有倾斜仪和伸长计,安装在孔穴东北和边坡西面。倾斜仪安装在1 600、1 680、1 700 m高程基础护堤处的垂直钻孔中。单点遥控 读数的伸长计则成对安装,每对均有一长一短两种,其选择的长度要可跨接岩石锚栓的长度。塔基和渠道开挖,始于1996年5月。次爆破工作是在7月12日。同年10月,开挖至1 660 m高程塔孔穴处。从1 660 m高程护堤处钻出一系列预先设计的钻孔,用以估计岩石状况。同时,在岩壁西部需要安装应急的直径4.4 cm的岩石锚栓。每一钻孔穿过剪切岩和断裂岩。这样逐渐增多的钻孔沿叶理层呈扩展的趋势,其中有些钻孔反映出塔基西部、未来水塔脚部叶理层剪切区。这项调查工作证实,塔基西边岩壁有(有必要使用应急岩石锚栓)不稳定滑动石块的迹象。塔基1 600 m高程以下的开挖从1996年11月16日开始,目前进行渠道开挖。从1 660 m高程护堤开始进行地基地质测绘,其中包括对所有的边坡和该高程以下的护堤部分。对塔基周围陡边坡剪切层高度则需要予以特别关注,以确保边坡稳定和安全。每次爆破石碴清除后, 需要对断层进行仔细的勘察,以便查出周围存在的空间节理或过度爆破破坏。在喷射混凝土之前,需要对地基地质进行测绘。对边坡加固而言,较小的修整包括:定点锚栓和加大支撑板。较大的修整则包括:当发现1 660 m高程护堤过于接近节理点,导致不能为预计的4.4 cm岩石锚栓提供支撑面时,把1 660 m高程护堤一半多的部分进行移动,从而在1 640 m高程处形成一个新护堤。当地基接近后一级,钻孔确定无需进行修整,支撑能力已经足够。1 499 m高程处的爆破工作始于1997年6月10日。在6月中下旬及7月上半月,完成了P-1压力隧洞东部的开挖。1997年7月24日,1 490 m高程的蓄水槽被爆破,塔基开挖工作顺利完成。

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