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我國地處世界上兩個最大地震集中發生地帶——環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間,地震較多,大多是發生在大陸的淺源地震,震源深度在20km以內。位于青藏高原南緣的川滇地區,主要發育有北西向的鮮水河-安寧河-小江斷裂、金沙江-紅河斷裂、怒江-瀾滄江斷裂和北東向的龍門山-錦屏山-玉龍雪山斷裂等大型斷裂帶[1]。該區新構造活動劇烈,絕大多數屬構造地震,地震活動頻度高、強度大,是中國大陸最顯著的強震活動區域[2]。
而西南地區蘊藏了我國68%的水力資源,水利工程較多,且主要集中在川滇地區。據
2005年數據,四川省有大中小型水庫約6000余座[3]。2008年5月12日的四川省汶川大地震,初步統計,已導致803座水庫出險,受損的大型水庫有紫坪鋪電站和魯班水庫,中型水
庫36座,小一型水庫154座,小二型水庫611座[3]。此外,地震還致使湖北和重慶地區各
79座水庫出現險情[4,5]。為保證水利工程的安全運行,地震之后及時對水利工程進行檢測,并對受損工程進行監
測和修復是必要的。有關震災受損水利工程修復方面的文獻不多,散見于各種期刊或研究報告,為便于應用參考,本文搜集、篩選了一些震災受損水利工程的案例,并對一些實用技術進行了介紹。
2.地震對水利工程的危害
由于地震烈度、地震形態以及水庫本身工程質量的不同,地震對于水利工程的危害也有所區別。高建國[6]對我國因地震受損水利工程進行分類整理,認為水庫壩體險情主要可分為
3級:1級,一般性破壞,不產生滲漏;2級,嚴重性破壞,壩體開裂滲漏;3級,垮壩(崩塌),水庫水全部流走。
我國因地震引起的水庫垮壩并不多見,總結國內外地震對水利工程的危害,主要有以下幾種形式:
2.1壩體裂縫
地震作為外力荷載將會導致大壩尤其是土石壩整體性降低,防滲結構破壞,引起大量裂縫。地震會產生水平和垂直兩個方向的運動,并使周期性荷載增大,壩體和壩基中可能會形成過高的孔隙水壓力,從而導致抗剪強度與變形模量的降低,引起永久性(塑性)變形的累積,進而導致壩體沉降與壩頂裂開。
2003年10月甘肅民樂—山丹6.1級地震引起雙樹寺水庫大壩、翟寨子水庫大壩,壩頂
均出現一條縱向裂縫,長約401~560m,最大寬度2cm左右,并有多處不同長度斷續裂縫,
防浪墻局部錯動約0.5cm。大壩右側出現山體滑坡,形成長條帶及凹陷,滑坡長37m左右,凹陷坑深2.5~3m、寬7m左右,凹陷處上部山體有多條斜向裂縫,縫寬20cm左右。李橋水庫壩頂有縱向裂縫,多處縫寬在2~5mm,其中一條長約100m左右,出現橫向貫通裂縫,防浪墻出現多處豎向裂縫。這些裂縫在壩體漏水、自然降水和溫度作用下,又將產生新的凍融、凍脹破壞,影響大壩的整體性和穩定[7]。
托洪臺水庫位于新疆布爾津縣境內,1995年被列為險庫,1996年新疆阿勒泰地震(6.1級),使攔水壩出現10處橫向裂縫,3處縱向裂縫,最寬處達16cm,長17m,防浪墻垂直裂縫27處。經評估,水庫震后只能在低水位運行,致使發電系統癱瘓,同時對于下游構成潛在威脅[6]。
岷江上的紫坪鋪水利工程位于都江堰市與汶川縣交界處,2006年投產,是中國實施西部大開發首批開工建設的十大標志性工程之一。2008年5月12日的汶川地震造成紫坪鋪大壩面板發生裂縫,廠房等其他建筑物墻體發生垮塌,局部沉陷,整個電站機組全部停機。[3]。此外,地震對泄水輸水建筑物也將造成巨大危害。2003年8月16日赤峰發生里氏5.9級地震,使沙那水庫混凝土泄洪灌溉洞產生縱向裂縫,長15m,最大裂縫15mm;環向裂縫
22m,最大裂縫寬度1.8mm;洞出口消力池兩側邊墻產生豎向裂縫,總長15m,最大裂縫寬
度25mm。大冷山水庫溢洪道兩側導流墻產生裂縫,以縱向裂縫為主,最大縫寬12mm[8]。
2.2壩體失穩
地震可能引起壩基液化,從而導致大壩失穩。地震時,受到周期性或波動性荷載作用,土石壩內土體將產生遞增的孔隙水壓力和遞增的變形。粘性土體構成的土石壩在地震中相對安全。但相對密度低于75%的粉砂土和砂土,在幾個循環之后孔隙水壓力就會顯著上升,當達到危險應力水平時,土體在周期性荷載作用下顯示出極大的變形位移,壩內土體就會呈現出液化的流態,導致壩體失穩[9]。
喀什一級大壩1982年施工時,其壩體及防滲墻都未進行碾壓,致使密實度降低,1985
年地震時,由于液化和沉陷,導致該壩整體失穩破壞。
美國加州的Sheffield壩,1917年建成,壩高7.63m,壩頂寬6.1m,長219.6m,水庫庫
容17萬m3。1925年6月距壩11.2km處發生里氏6.3級地震,長約128m的壩中段突然整體滑向下游。事后,經調查研究發現,壩體潰決的主要原因是地震使飽和土內的孔隙水壓力增大,造成壩下部和壩基內的細顆料無凝聚性土發生液化。
地震還會造成土石壩體脫落或堆石體沉陷,從而引起壩體失穩。在庫水位較高的情況下,堆石體沉陷會造成壩體受力不均,更嚴重的會引起庫水漫頂,引發壩體垮塌。1961年4月
13日在距西克爾水庫庫區約30km處發生里氏6.5級地震,該水庫位于VIII度區[10],壩體出現了嚴重的堆石體沉陷現象,一段220m長的壩體沉陷值達到2~2.5m,崩塌范圍在從壩軸線上游3~10m到下游的35~50m[11]。
前面述及的沙那水庫土壩和朝陽水庫因地震致使土壩排水體砌石脫落,經抗震復核下游壩坡不穩定[8]。
2.3岸坡坍塌
若水庫兩岸有高邊坡和危巖、松散的風化物質存在,地震發生后,造成的巖體松動,可誘發產生崩塌、滑坡和泥石流,甚至形成堰塞湖等現象。
烏江渡水庫處于地震多發區,1982年6月地震中,化覺鄉東部厚層灰巖和白云巖地層
中發生大面積崩塌。同年8月,化覺、柏坪一帶又發生較大規模的地層滑動,影響面積約
18km2[12]。
5•12汶川大地震造成四川多處山體滑坡,堵塞河道,形成34處堰塞湖。其中唐家山堰塞湖蓄水過1億m3,另外水量在300萬m3以上的大型堰塞湖有8處[13],對下游地區造成嚴重威脅。
另外,地震還可能對水利工程一些其它部分造成損壞。如1995年1月日本阪神淡路7.2
級地震[14,15]中,使堤防基礎液化發生側向流動,造成堤防破壞以及護岸受損。我國歷次地震中,出現較嚴重險情的多為土石壩,且多為年代較久遠的土石壩,如果發
生強地震就更容易造成損壞[16]。
3.震災受損水利工程的修復技術
地震后受損水利工程修復措施主要包括以下幾個方面:
3.1壩體監測
地震后,對于受損水利工程,應及時降低水庫運行水位,并進行充分的壩體探測。對土石壩,可開挖土坑檢測,對混凝土壩,則可用無損探傷檢測[17]。包括使用地震波法、地質雷達、水下聲納法檢測侵蝕程度,必要時還需要采取槽探、鉆孔、孔內地球物理方法進行檢測。根據地震前后大壩監測結果的對比分析,判明是否存在普遍的結構損傷跡象。尤其需要加強對壩體變形和滲透的觀測,防止裂縫前后貫通,內部發育,產生滲漏通道。同時,加強對輸水洞漏水、溢洪道裂縫的監測,以防滲漏進一步擴大[18]。
震后壩體探測中,作為一種非破壞性的探測技術,地質雷達具有探測效率高、分辨率高、抗干擾能力強等特點,可以快捷、安全地運用于壩體現狀檢測和隱患探查[1
9]。
2003年甘肅山丹地震后,利用地質雷達對雙樹寺、瞿寨子、瓦房城等水庫的震后壩體裂縫、壩基滲透、溢洪道、高邊坡開裂和庫岸道路滑坡等進行了探測[20],效果很好。
3.2裂縫修復
對于已經出現的裂縫,要對其分布、走向、長度和開度等進行定時觀測和檢測。在大壩主裂縫部位設置標志,縫口要覆蓋塑料布,防止雨水流入加速其惡化。對受洪水威脅的建筑物,要采取臨時措施(如圍堰)進行保護。
裂縫的修補應從實際出發,在安全可靠的基礎上,同時考慮技術和施工條件的可行性,力求施工及時、簡單易行、經濟合理。常用的有以下幾種處理方法:
3.2.1表面處理法
表面處理法[21]主要適用于對結構承載能力沒有影響或者影響很小的表面裂縫及深層裂縫,同時還可以處理大面積細裂縫的防滲防漏。常用的有表面涂抹水泥砂漿、表面涂抹環氧膠泥以及表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料等,從而達到封閉裂縫和防水的作用。在防護的同時應當采取在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施,這樣可以防止混凝土在各種作用下繼續開裂。
3.2.2灌漿法
灌漿法主要應用于對結構整體有影響或有防水防滲要求的混凝土裂縫的修補。經修補
后,能恢復結構的整體性和使用功能,提高結構的耐久性。
灌漿法[22]分水泥灌漿和化學灌漿。水泥灌漿適用于裂縫寬度達到1mm以上時的情況;裂縫較窄的情況下宜采用化學灌漿。此外,工程經驗表明水泥漿適于穩定裂縫的灌漿處理,不適用于活縫或伸縮縫的處理。化學灌漿也存在類似問題,應用最廣的環氧樹脂漿固結體是脆性材料,因此對活縫應選用彈性材料。部分化學灌漿還有毒性,應加強施工人員的保護措
施。
大量實踐證明,灌漿法是目前最有效的裂縫修補處理方法。
3.2.3結構加固法
危及結構安全的混凝土裂縫都需作結構補強。結構加固法適用于對整體性、承載能力有較大影響的較深裂縫及貫穿性裂縫的加固處理。混凝土結構的加固,應在結構評定的基礎上進行,以達到結構強度加固、穩定性加固、剛度加固或抗裂性加固的目的。結構加固中常用的主要有以下幾種方法:加大混凝土結構的截面面積,在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。結構加固法還適用于處理對結構的承載能力、整體性、耐久性有較大影響的不均勻沉陷裂縫和較為嚴重的張拉裂縫
[23]。
3.3滑坡處理
土壩滑坡有剪切破壞、塑流破壞、液化破壞三種形式[24]。可采用“上部減載”與“下部壓重”法來處理。“上部減載”就是在滑坡體上部的裂縫上側削坡,以保持穩定;“下部壓重”就是放緩下部壩坡,在滑坡體下部做壓坡體等。當滑坡穩定后,應當及時進行滑坡處理[17]。主要處理方法介紹如下:
3.3.1放緩壩坡
若滑坡由于剪切破壞造成,則放緩壩坡為最好的處理方法。可填入土體將壩坡放緩,或是先削掉滑動面上壩頂的土體,使滑動面壩坡變緩,然后再加大未滑動面的斷面[24]。
對存在失穩危險的土石壩也可采用水上拋石法放緩上游壩坡,施工方法簡單,且不受季節和水位的變化。加固工程不破壞原壩體結構,減去拆除原有的壩體護坡石和反濾料工序,對保護原壩體非常有利。石料滲透系數大,在庫水位降落時,新筑部分的自由水面線,幾乎與庫水位重合,這樣就造成新增斷面和原有斷面共同承擔原有壩殼中庫水位降落時產生的滲透水壓力及地震產生的超隙孔壓力,起到壓重的作用,從而有利于大壩的穩定[25]。
3.3.2壓重固腳
若滑坡體底部滑出壩趾以外,則需要在滑坡段下部采取壓重固腳的措施,以增加抗滑力。壓重固腳的材料最好用砂石料。在砂石料缺乏的地區,也可用土工織物,代替反濾,以達到排水的要求[17]。
通過在壩體上加壓蓋重,或對壩體培厚加固處理,可以進一步提高防滲流土、壩體抗裂和抗滲性能,同時增加壩體穩定性。
實例:1999年山西大同堡村發生5.6級地震,對位于震中附近的冊田水庫造成VII度影響,壩體產生結構變形[26]。震后對主壩和北副壩下游壩坡采用石渣進行培厚加固處理。主壩所在956m高程以下石渣培厚體,壩坡分別為1:2.75,在956m高程設12m寬的平臺,在
949m高程、940m高程設3.0m寬的馬道,并在石渣體與原壩體設置反濾層。培厚壩體后,
即使再次遭遇地震,由于壩體在正常水位下(956m高程)寬度增加,也可避免大壩整體失
穩,從而保證大壩的安全[27]。
3.3.3庫岸巖體加固
對于地震中松動的庫岸巖體,應采取工程措施進行加固。地震后,首先需要對庫岸巖石情況進行重新評估,選擇加固方式。庫岸加固通常采取錨固、支擋、排水相結合的方式。錨固措施是利用預應力錨索和錨桿固定不穩定巖層,適用于震后加固巖體滑坡和不穩定的局部巖體。通過一端與建筑物結構相連,一端打入巖體內部,在增強巖體抗拉強度的同時,
改善庫岸巖體的完整性[28]。該方法在高切坡中被廣泛應用。支擋方法是通過支擋體來平衡滑坡體的下滑力,確保滑坡體的穩定安全。支擋結構能有
效地改善滑坡體的力學平衡條件,阻止滑坡、泥石流等。常用的方法有重力式擋墻、拉釘擋墻、加筋土擋墻、抗滑樁等[29]。
此外,由于地震過后經常伴隨暴雨,更易在松動巖石處產生滑坡、泥石流等災害,因此需及時排水,包括地表水和地下水。可設置截水溝排除地表水;排除地下水可用廊道、豎井和水泵等。在美國、加拿大和日本等國家較多采用專用鉆機打水平孔的辦法排地下水[28]。
3.4滲漏修復
應根據具體情況降低庫水位或放空水庫,徹底修復防滲體,對由于浸潤線過高而逸出坡面或者由于大面積散浸引起的滑坡,除結合下游導滲設施外,還應考慮加強防滲。
3.4.1劈裂灌漿
對于土石壩較嚴重的滲漏破壞,可以采取劈裂灌漿或加強防滲斜墻等方式解決。劈裂灌漿是指在垂直滲流的方向沿壩軸線劈開壩體,灌入稠泥或水泥砂漿,截斷滲流通道,可以在短時間內壩體內的滲流,使大壩轉危為安。
采用劈裂灌漿技術的嶺澳水庫具體做法如下:根據壩長選用適量的灌漿機,多臺灌漿機同時開灌,為使漿液盡快硬化固結,所用漿料為摻入速凝劑的水泥加粘土。在灌漿工藝上,連續的多次復漿,使混凝土或泥漿墻盡快加厚,并使貫通的漏水通道通過灌漿壓力和多次灌漿擠壓膨脹與原壩土體緊密結合,最終形成垂直連續的防滲混凝土砂漿墻,防止再次出現漏水通道的可能[30]。
3.4.2開挖置換
置換技術是土石壩震后修復中的一種重要手段,尤其對于心墻開裂的土石壩具有重要意義。首先需要通過探測技術檢測到侵蝕的區域,然后在心墻的下游側補填塑性混凝土,并用顆粒反濾層加以支持。最后使用水泥膨潤土混合物進行灌漿。置換技術可以有效阻止土石壩心墻的進一步破壞,達到防滲漏的目的[18]。
實例:新西蘭的馬拉希納壩,在經歷埃奇克姆地震后,初期表現穩定,在1987年12月后出現水位明顯下降的現象。通過詳細的監測發現,雖然大壩沒有遭受嚴重的滲漏,但左壩肩心墻和下游副心墻出現明顯的開裂和侵蝕,且侵蝕依然在繼續發展。持續不斷的侵蝕導致庫水位不斷下降,因而采取心墻置換的方式,即對左右岸壩肩進行開挖,噴上混凝土,置換開挖出來的材料。水庫再次蓄水時沒有出現新的事故[18]。
3.4.3排水設施
在阻止滲流發生的同時,需要做好排水工作,通過設置寬敞的排水帶,使滲流能順利排走,降低壩體內的浸潤線,減小孔隙水壓力。
4.典型水利工程抗震搶險及修復實例
4.1美國Hebgen壩
Hebgen土石壩[31]位于美國Montana州,1915年建成,1959年8月遭受里氏7.1級的強烈地震,壩和水庫所在地變形并整體下沉約3.1m,右岸溢洪道嚴重損壞,壩體沉陷開裂,水庫岸坡坍塌,庫水震蕩并漫溢壩壩。當時此壩并無抗震設計,承受地震對其的各種危害而未垮壩,其破壞模式和耐震經驗極有借鑒意義。
當時業主Montana電力公
司采取的緊急搶救措施包括:
(1)立即將泄水底孔進水口原用迭梁封閉的二個孔口開啟,以80m3/s的流量泄水降低庫水位。
(2)對半角沉陷區和被流沖蝕的壩下游面填土修復。檢查表明,心墻與溢洪道連接處的漏水并非通過心墻上的裂縫而是從破壞的溢洪道流出。
(3)在心墻的大裂縫處下游,打豎井檢查和修補。同時對下游河岸坍方區進行了修整。此后于1960年4月開始對溢洪道、壩體心墻和上游面進行了全面的修復和加固工作。
至今運行完好。
4.2美國LowerSanFernando壩
LowerSanFernando壩[31]位于美國加州洛杉磯市北,1912年動工,最大壩高43.2m,壩頂寬6m,長634m。1971年2月在壩東北12.9km處發生里氏6.6級地震,致使主壩發生巨大滑坡,壩的上游部分帶動壩上部9.2m高的壩體和壩頂一起坍落滑向水庫20多米遠。
事故發生后,救援人員立即采取了如下措施:一方面立即運來砂袋加固筑高壩的低陷部位;另一方面緊急撤離壩下游地區8萬居民;此外,通過2條泄水道和3條引水管排放水庫中的水。
經初步調查和后期進一步挖槽、鉆孔取樣研究得出,壩內有大范圍土區在地震后液化,但液化區被強度較高的非液化土約束住,因而直到液化區內有足夠擴張力,促使土向外和向下移動時,才出現大規模滑動。
4.3新疆西克爾水利工程
西克爾水庫[10,11]位于新疆伽師縣東北西克爾鎮,1959年建成使用,為均質土壩,設計庫容10053萬m3,屬大型攔河式平原水庫。該工程自建成以來共經歷了15次地震,其中較嚴重的有3次:1961年4月13日發生6.5級地震,震中距水庫約30km,致使220m長的壩出現沉陷崩塌,余壩產生165條裂縫;1996年3月19日發生6.4級地震,壩段出現涌沙,裂縫,局部產生沉陷;2002年3月3日,阿富汗發生里氏7.1級地震,造成水庫副壩段出現決口,并迅速擴大到50m左右,決口流量約120m3/s,損失慘重。
由于西克爾水庫運行年限長,且早年建設時沒有進行地質勘探,因此極易糟受地震破壞。多次地震后,主要采取的措施有:
(1)加高壩頂,壩后設置壓重,并鋪設無紡布反濾。
(2)大壩決口后,進行搶險封堵,修復缺口。
(3)按庫區基本烈度八度進行設計校核,對西克爾水庫主壩、副壩和其它建筑物進行加固修復。針對部分壩段壩基地震液化問題,主壩采用壓蓋重措施,以進一步提高防滲流土、壩體抗裂和抗滲性能。副壩部分改線,采用粘料含量高的土進行填筑,加固填筑總方量為
58.59萬m3,其中粘土39.29萬m3,占60%。
4.4北京密云水庫
密云水庫位于北京密云縣城北13km處,庫容43.8億m3,是北京市民用、工業用水的主要來源。水庫始建于1958年9月,分白河、潮河、內湖三個庫區,主要建筑有白河主壩
(高66m,長1100m)、潮河主壩(高56m,長960m)和5道副壩等。
1976年7月28日,河北唐山發生里氏7.8級強烈地震,白河主壩發生強烈扭動,主壩水面以下6萬m2的塊石坡和砂礫保護層滑落,受損嚴重。地震后,采取的主要措施[6]有:
(1)及時探測大壩裂縫,并派潛水員進行水下探測。
(2)通過筑堰建閘,把密云水庫分隔成兩個庫區,放空庫水后,進行全面檢查加固。清除白河主壩上的砂礫保護層,加厚鋪蓋粘土斜墻,改用碴石保護層,往水下填粘土及砂石
達20萬m2。隨后,打通白河廊道、削坡清基,進行壩體加固。
(3)加固了3座副壩,并增建了3條泄水隧洞、1座溢洪道等。
白河主壩加固工程于1977年11月21日完成,達到了國家一級工程標準,至今完好。
5.小結
地震后受損水利工程修復是項復雜的工作,要因地制宜盡快采取最合適的方法進行修復。幾條主要結論如下:
(1)地震發生后,各級水行政主管部門應該對境內的水利工程,尤其是堤防、水庫大壩、水閘等工程進行排查,及時掌握工程破壞的情況及其隱患,有針對性地制定搶修方案。對地位重要、關系重大、危險性高的受損水利工程,要抓緊修復,確保度汛安全。
(2)壩和地基土料的液化,是導致垮壩或嚴重破壞的主要原因,此外,較普遍的震害有滑坡、開裂、沉陷和位移。
(3)盡可能保證水壩順利泄水,降低蓄水位,避免出現垮壩事故。
(4)目前對于水利工程一般都有相應的突發事故(如地震、洪水等)預警機制,但對于如何應對出現的險情,采取必要的工程措施,尚是一個薄弱環節,宜提高認識,加強要應的工作。
(5)對山區河流因沿岸崩山、泥石流等形成的堰塞湖,要當機力斷主動盡早清除,以避免水位升高,堰塞湖潰決形成洪災。
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2001.2
Casestudiesandrepairingtechniquesrelatedtohydraulic
engineeringprojectsdamagedbyearthquakes
MaJiming,ZhengShuangling
DepartmentofHydraulicEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing(100084)
Abstract
EarthquakesfrequentlyoccurinChina,especiallyintheSichuan-Yunnanregionwheredensehydro
1.2現代計算機網絡技術的利用階段上世紀九十年代末以來,計算機網絡逐步進入水利行業,為水利工程建設的管理提供了發展的契機。水利系統相繼開通了因特網,建立了電子政務系統、數據庫以及項目管理系統等多種網絡體系以及信息管理平臺,除了可以有效、自動、快速、有系統地對大量的水利工程建設管理信息進行、儲存、修改、查找及分析處理外,還能夠跟蹤管理水利工程建設管理中的各個環節。近年來,隨著數碼相機、掃描儀等現代電子產品在水利工程建設中的應用,利用各種表格、圖形、文字、圖片以及聲像信息,水利工程建設管理的電子化信息得以被光速傳輸、無限復制、長久保存以及資源共享。水利工程建設的管理也真正進入了“數字化”和“信息化”時代。
2信息技術在水利工程中的應用
信息技術主要指在對信息整合、處理以及存儲中所使用的技術的總稱。這些技術主要采用計算機及通信技術來研發并安裝信息系統和應用軟件。GPS技術就是其中典型的一種。下面筆者將以GPS技術為例試談信息技術在水利工程建設管理中的應用。
2.1GPS技術概況及特點GPS技術即全球定位系統,它主要包括三部分,即空間、地面控制及用戶設備,這三部分也被稱為GPS衛星星座、地面監控部分和GPS信號接收設備。這三大部分是GPS系統的核心組成部分。因為全球定位系統可以在短時間內使水利工程在建設管理活動中獲取到大量有效準確的數據、信息,所以,GPS技術的廣泛使用可以大大提高水利工程的工作效率,為水利工程建設管理工作提供技術保障。GPS技術的如上構成使得它在水利工程建設以及海洋測繪等方面也有著非常廣泛的應用,并充分發揮著自己的優勢特點:全球性、全天候以及高精度、自動化。首先,GPS技術可以觀察到存在地球上的每一個區域,而不受國家或地區的限制。此外,對于復雜、繁瑣的水利工程檢測,它也有著十分重要的意義。其次,在進行觀測操作時,GPS技術不受時間及天氣變化的影響。它的這個特點對于需要長時間以及重點監測的水利工程來說,無疑具有一定的優勢。再次,GPS技術的監測精度也非常高,表現在動態方面,其動態觀測一般可以達到±(101×10-6×D)mm標準;表現在靜態觀測方面,它的水平精度則可以達到±(31×10-6×D)mm,垂直精度也能達到±(51×10-6×D)mm的標準,這些測量數據都是比較精確的。最后,GPS技術還具有自動化特點,GPS系統能夠自動地采集、整合、存儲以及運輸各項信息數據,有助于節省大量的人力、物力以及時間,大大提高水利工程建設管理的效率。
施工人員是項目的直接開展人,所以要想保證項目有較高的品質,就必須保證施工人員的專業水平高,綜合素養強大。在具體的組建施工隊伍的時候,要選擇那些素養高,能力強的人。而且在分配任務的時候也要認真的分析工作者的自身特點和長處,確保項目能夠順暢的開展。
1.2設備方面的原因
設備的好壞會對項目的施工技術產生一定的影響,具體的說能夠影響到技術的落實,影響到品質。所以,在具體選購的時候,不僅要分析其技術特點,還要分析設備的適用性等,經過多重要素的對比進而選擇那些便于操控,性能優越的設備。除此之外,為了增加設備的使用時間,還應該建立完善的養護制度,確保使用能夠處在最佳的狀態之中。
1.3方式方面的原因
使用的施工技術和方案不同,會對項目的建設品質產生不一樣的影響。假如使用方案不正確,就會導致后續的品質無法保證。
1.4材料方面的原因
除了上述的要素之外,材料的品質和性能等同樣會對施工工作產生很大的影響、所以,要認真的掌控材料的品質。在具體的開展工作的時候,要不定期的檢查材料的品質,降低資源浪費率,只有這樣才能夠保證施工工作順暢開展。
2現階段水利施工技術改革的途徑
2.1確保管理體系完善
眾所周知,施工技術進步了,單位的效益也會隨之增加。然而要想提升施工技術,就必須要做好管理工作。因此在當前時期必須要建立完善的管理體系。目前我們國家絕大部分的水利單位的運行機制不是很健全,缺少合理的監管模式。在大的市場背景之下,單位面對的競爭很激烈,要想獲取發展必須進行合理的體制改革,只有這樣才可以在提升施工品質的前提下,提升競爭水平。
2.2積極的進行技術創新工作
任何工程的發展都離不開技術的進步。最近幾年,我們國家的水利項目獲取了非常好的發展。水利施工單位要積極的進行技術創新工作,要不斷的拓寬創新渠道,比如可以開展校企合作,以此來共同帶動我國水利事業的發展。除此之外,還應該設立專門的資金,將其用到技術創新工作之中,要不斷的鼓勵工作者積極的開展創新工作,提升其創新的熱情,提升綜合素養。
2.3明確技術和市場間的關聯
市場的發展會在無形中對施工技術的發展產生一定的影響。水利項目的施工單位要想獲取發展,就必須要不斷的提升自身的管理能力,認真的和同行開展技術層面的溝通工作。同時還要強化自身的競爭水平,積極的參加到市場競爭之中,在吸收國外的優秀發展技術的前提之下,還要結合自身的特點加以合理的利用,創造屬于自己的品牌。
2.4改進技術人員與水利施工技術的關系
優化改進技術人員與水利施工技術的關系,是改進我國現階段的水利施工的重要措施。只有改進了技術人員與水利施工技術的關系才能夠促進我國水利施工技術的發展進步,而水利施工技術的發展關鍵還是要靠技術人員。為此,應高度重視對技術人員的培養,樹立良好的觀念,進一步提升其技術水平。同時,還要樹立勞酬相當的分配觀念,不斷向多勞多得的觀念轉變,技術人員要根據自己實際創造的效益來獲得合理性的收益,企業要在最大程度上調動技術人員的積極性,給予技術人員豐厚的報酬,這樣能夠促進技術的研發和升級。企業還應強化責與利的觀念,建立健全管理機制,促進企業的發展。
2.5具體施工技術的改革要點
土石壩施工技術改革。對于水利工程中土石壩施工技術的改革,應認真的做好以下兩個方面的工作:一是規劃料場。土石壩施工中,料場的合理規劃和使用,是土石壩施工中的關鍵技術之一,它小僅關系到壩體的施工質量、工期和工程造價,甚至還會影響到周圍的農林業生產。施工前,應配合施工組織設計,對各類料場作進一步的勘探和總體規劃、分期開采計劃。使各種壩料有計劃、有次序地開采出來,以滿足壩體施工的要求,含水量高料場夏季用,含水量低料場冬季用。施工強度高時利用近料,強度低時利用遠料,平衡運輸強度,避免窩工。對料場高程與相應的填筑部位,應選擇恰當,布置合理,有利于重車下坡。作到就近取料,低料低用,高料高用;避免上下游料過壩的交叉運輸,減少干擾。二是加工土料。由于新開采的土料中含水量均較大,因此在填筑前應控制土料的含水率,保證在填筑壓實時土料的含水率在最優含水率上下2%左右。如果工程使用的是臺地和河灘地的土料,其含水量較高,在加工土料時就應采用自然蒸發、翻曬、摻料等方法進行處理,使土料含水量達到了填筑料的標準。在進行壩體填筑前,還應對土料中含有的超徑石進行清除。導流施工技術的改革。對于水利工程中導流施工技術的改革,應從以下幾個方面著手:第一,認真的選擇堤壩的位置。在具體的開展設計工作之前,必須要對項目堤壩所要選取的方位進行綜合化的分析論證,要將不利要素都考慮在內,設計中選壩是有效勘測地形的最重要環節。在實際的選壩的過程中,通常根據地質條件、地形地勢的優缺點、水能的指標差異、工程施工難度、工程量的大小、施工工期的長短等各方面來進行全方位的分析。第二,水電樞紐工程的布置方案。這是在選壩過程中最重要的研究問題,當壩址確定之后,為了能夠達到工程的分布規律、合理,一般情況下都會先從導流明渠開始進行布置。第三,編制施工計劃。編制施工計劃是工程實施的前提條件。在具體的編制施工計劃過程中,不僅需要采用合理的施工方案,還需要考慮是否可以采用施工導流技術。
在水利工程中,對于混凝土的施工是其中的關鍵環節。作為一種應用較為廣泛的優質材料,混凝土在水利工程施工中發揮了重要的作用,是構成工程主體的重要組成部分。因此,水利工程施工的創新與發展,離不開新技術的廣泛應用,而新型混凝土技術作為一種關鍵的技術,因其能夠提高施工質量和加快施工速度,越來越受到業內人士的普遍關注。通過大面積碾壓的方式,可以使結構的密實度獲得提升,從而使得結構的穩定性和耐久性能也獲得大幅度的提高。尤其是在灌注和砌筑壩體時,采用混凝土碾壓技術,便于澆筑施工,并使得壩體強度獲得明顯提高。該技術的優點是簡單方便,對于施工和技術的成本,也能夠進行很好的控制。
1.2綠色混凝土技術
水利工程的強度和穩定性,是延長水利工程使用壽命,確保其質量的關鍵,因此加強對于混凝土邊坡的防護對于水利工程施工來說至關重要。通常采用使混凝土厚度增加,設置防護結構或者防護層的方式,然而這種傳統做法的缺點是成本較高,工程造價也隨之上升。因此,綠色混凝土技術應用而生,給混凝土技術帶來了新的活力,使其在結構、功能和技術等方面獲得了質的飛躍,充分利用了混凝土和綠色植物在結構以及防護方面的不同優勢,并達到了很好的環保效果。在進行施工時應按照一定的施工步驟進行,通過混凝土的預制,形成不規則孔徑,從而使混凝土的耐久性獲得提升。為了促進綠色植物的生長,還需要在孔內填充適合的土壤和肥料。
1.3圍堰技術
閘門和壩體在水利工程中是較為常見的建筑類型,通常需要進行水下的建設,施工環境較為復雜,而圍堰技術的應用則可以使復雜的施工環境變得簡單化。新型圍堰技術側重于導流,在使圍堰結構的穩定性獲得提高的同時,也確保了工程的順利進行。新型圍堰技術以控制河床和水系中的水流為側重點,采用導流的方式,來對水流進行控制,使得水流保持在穩定的狀態。因此,新型圍堰技術能夠有效提高水利工程的質量和進度,并在實際的施工中獲得了廣泛的應用。
1.4防水毯技術
在水利施工中,防水毯技術也是一種新型的施工技術,并具有防水和防滲,保護生態環境的優點。防水毯應用了高科技的納米技術,由土工織物和鈉基膨脹土等材料復合而成,新型環保,在水利工程開挖的前期應用較為廣泛。傳統的防水防滲施工,會對水體和水環境造成一定程度的破壞,而防水毯技術的應用則可以有效避免這一現象。遇到水后鈉基膨潤土會產生膨脹,施工時在相應的部位鋪設防水毯,進而形成黏土狀的連續交替,從而有效地封堵滲水部位。防水毯技術在提高經濟效益的同時,對生態環境起到了保護作用,并且具有簡單、可操作性強、費用不高等特點,因此在水利工程建設中應用較為廣泛,并取得了很好的效果。
2我國水利施工新技術發展與探索的趨勢
2.1差異性
我國幅員遼闊,各地區在經濟發展程度以及氣候和水文條件方面也存在很大的差異。同時,各地所表現出來的水問題和水利基礎設施的建設程度也有很大的差別。因此,在制訂水利工程施工計劃、確定施工技術和施工進度時,應根據各地的特色因地制宜,對于本地區的現有條件,必須進行深入的分析和研究。制訂計劃時既要滿足當前利益,又要兼顧長遠的利益。水利工程是一個長期的、長遠的工程,不應局限于現狀,應該與該地區的發展聯系起來。針對沒設防或防洪標準低的城市,首要的工作是防洪排澇的建設。對于缺水干旱的地區,應先解決用水的問題。采取排污措施以及水資源的開發,來對水域污染嚴重的地區進行治理。水利建設任務具有明顯的時代特征,較為復雜,其核心內容也各不相同,有的以防洪為主題,有的則注重景觀建設,有的重在生態的平衡,然而其實現的基礎都是水利工程建設的具體實施。
2.2階段性
人類的文明與進步離不開水資源,在長期的治理水資源的進程中,人們對水利工程的發展階段做出了精辟的概括和總結,即水利建設可以分為防洪-水資源保護-供水-生態-景觀五個階段。水利發展的階段性非常明確,其發展進程不能顛倒,也在某種程度上體現了人們對于水利工程建設的從低級到高級的要求。例如,防洪是人們對于水利建設的最基本的要求,是保證人們生命財產安全的重要保障,在此基礎上,其他較高層次的要求才有其現實意義。目前,一部分城市沒有按照水利發展的規律來進行建設,在水資源保護不到位的情況下,實施景觀建設,興建林帶、綠地、樓臺亭榭等設施,河流被污染,根本無法體現設計的美感。
1.2軟土地基存在的危害由于上述特點的存在,軟土地基自身存在的危害也往往受到水利工程的重視。通常來說在水利工程的施工過程中如果軟土地基沒有得到有效處理,則會嚴重的影響水利工程正常功能的發揮和使用,與此同時往往還會縮短水利工程的使用壽命。除此之外,在水利工程施工過程中由于一些工程施工單位沒有能夠嚴格的執行工程施工質量和檢測標準,從而導致了在對軟土地基進行簡單的處理之后就立刻進入到下一工序的施工中,這一現象會導致在水利工程施工過程和建設初期軟土地基的各項指標符合設計要求,但是當水利工程施工完成并且在后期正式投入使用的過程中就會發現由于軟土地基本身的原因導致了地基失穩和建筑物發生沉降或者是不均勻裂縫等問題,這些問題的存在將會直接影響到水利工程的整體質量和正常使用。
2水利施工中軟地基處理技術的應用
水利施工中軟地基處理技術的應用是一項系統性的工作,其主要內容包括了砂礫土墊層軟土地基處理技術、置換填土軟土地基處理方法、拋石擠淤進行軟土地基處理方法、加固土樁軟土地基處理方法、高壓旋噴樁軟土地基處理方法等處理方法,以下從幾個方面出發,對水利施工中軟地基處理技術的應用進行了分析。
2.1砂礫土墊層軟土地基處理技術砂礫土墊層軟土地基處理技術是目前我國許多水龍工程施工時常用的軟土地基處理方法。例如在水利工程施工遇到軟土區域時施工單位通過使用砂礫土墊層來進行軟土地基的處理時可以在軟土層的上部進行排水砂層的鋪設,這一鋪設的有效進行可以增加水利工程的排水量并且能夠使軟土地基在砂礫土填入同時也就增加了其自身整體的荷載能力。除此之外,砂礫土墊層軟土地基處理技術的應用還能夠加速其內部的排水過程,從而能夠進一步提升其自身的強度和硬度,并且還能有效提高其穩定性能。
2.2置換填土軟土地基處理方法置換填土軟土地基處理方法的應用主要是在水利工程遇到一些如沼澤地帶的比較難以施工的軟土地域時采用的軟土地基處理方法。通常來說在泥沼地帶以及當軟土地基的軟土厚度小于一點四米并且路堤的高度較低時,置換填土軟土地基處理方法的應用優先度是較高的。在置換填土軟土地基處理方法的處理過程中,水龍工程施工單位應當首先將地基中的淤泥和亞粘土以及軟土根據情況進行全部的挖出或是是部分的挖出,并且在挖出后采用滲水性好的材料。例如可以加入一些粉煤灰和水泥或者是石灰等材料并且進行分層填筑。除此之外,在每一層的填筑工作完成之后水利工程施工人員應當進行夯實碾壓,從而能好的確保工程質量符合要求。
2.3拋石擠淤進行軟土地基處理方法拋石擠淤進行軟土地基處理方法是在水利工程施工建設中由于一些軟土區域很難使用常見的處理技術而選擇的軟土地基處理方法。通常來說在軟土地基的淤泥厚度小于四米并且軟土區域沒有硬殼與此同時呈現流動狀態并且排水較為困難時則會優先選擇拋石擠淤進行軟土地基處理方法進行軟土施工處理。在這一軟土地基處理方法的應用過程中首先應當保證用料的高質量,并且采用一些不容易被風化和侵蝕的石料,與此同時對于片石的大小應當視淤泥的粘稠程度來決定,從而能夠在此基礎上優先保證片石的直徑不大于三十五公分,并且淤泥含量不超過百分之二十五。
2.4加固土樁軟土地基處理方法加固土樁軟土地基處理方法通常是在一些軟土地基施工的改良施工中得到有效應用。一般而言加固土樁軟土地基處理方法的應用需要使用專門的施工機械設備來將軟土地質局部范圍內的軟土加入加固材料進行改良,在這之后形成樁體并且使得樁體和樁之間軟土形成復合地基。除此之外,加固土樁軟土地基處理方法的應用還需要使用水泥、生石灰、粉煤灰等作為其樁身的填充加固材料,因此較為適用于含沙量較大的軟土層中,。就樁身的用料比例來說,其水泥用量和軟土的天然重量之間的比例不應當過大,一般控制在百分之八到百分之十六之間是較為理想的情況,因此最好使用普通水泥或是礦渣等來進行加固土樁軟土地基處理。
2.5高壓旋噴樁軟土地基處理方法高壓旋噴樁軟土地基處理方法通常分為單管和雙管的處理方法,這一軟土地基的處理方法主要是利用旋噴鉆機,將旋噴注漿裝置放入預定的軟土層深處,并通過旋轉鉆桿的轉動和徐徐上升,把事先配置好的漿液,從噴嘴噴出,并且能夠形成具有一定強度和硬度的人工地基,在這一過程中需要注意的是在使用高壓旋噴技術時,最大有效深度不超過二十米。在片石高出原有的軟土地基表層高度之后,就要使用較小的片石進行填筑,并且,使用重型碾壓設備進行反復碾壓,使得填石密實,然后再之后,鋪上反濾層,進行填土,進行下一工序的施工。
導流施工包括導、截、攔、蓄、泄一系列環節,需遵循一定的流程。施工前通常要設計導流方案,在接到工程建設通知后,先綜合經濟技術指標加以考慮,對比多種方案,選出最佳的一種。若是進行一次性攔截導流,需涉及明渠、涵管等施工方式。所有工作結束后,還要對基坑進行全面檢查,以確保基坑沒有質量問題;若是采用分期導流的方式,需要考慮如何劃分工期、如何分段,以及各段的施工順序等問題,并制定應急方案以解決突發問題。包括導流之后的建設方法也是考慮的重點。確定大致方案后,需結合實際條件、工程要求加以優化,做更深一步地考慮。主要包括方案的可行性研究、施工所用設備、人力物力資源、建設成本、社會經濟效益等。如果有必要,還需根據方案建立起相應的模型,經多次論證后給出最終方案。
1.2導流條件分析
導流工作對水利施工非常重要,需綜合多方面因素加以考慮。首先是地形地質,施工現場可能是平原、也可能在山區或丘陵,地形不同,導流方式也有所差異。平原地帶多選擇明渠或分期導流的方式,如松嫩平原等地;山區施工則應根據地形具體考慮,如秦嶺使用隧洞導流比較合適。其次是水文條件,導流主要是對河流進行攔截引導,所以水流量、水流速度、泥沙含量及混合液等都應納入考慮范圍。夏季多數地方都是雨季,降水豐富,會使得河流水量增加,在河道較狹窄處,極易出現河水淹沒基坑的情況。泥沙含量較大又容易使基坑變淺,進而影響到施工進度。此時排水較為關鍵,多選擇河床、明渠等排水方式,盡量不要選擇涵管或隧洞排水;此外還要考慮樞紐因素,不同的樞紐類型,相對應的導流方式也不同。一般而言,混凝土樞紐多選擇分期導流,但在土壩施工中不太適用,土壩在水流的沖擊下容易被毀,所以多選擇攔截導流方式。如果是高水頭水利樞紐,盡量分區分段進行導流,先采用隧洞倒流的方式,然后利用泄水孔,最終促進工程順利完成。
2水利施工中的混凝土運輸
混凝土是水利施工中不可或缺的材料,隨著對水利工程要求的提升,對混凝土也提出了更高的要求。混凝土施工多經過攪拌配置、運輸、施工幾個環節,運輸則是指從配置點將混凝土運至倉面。
2.1運輸條件
混凝土在攪拌后通常需要立刻運至施工現場,若在途中發生質變、分離等情況,必將會影響到施工質量。所以要重視混凝土的運輸,以保證混凝土質量。在運輸中須確保容器的嚴密性,內壁要光滑平整,不能粘附太多的混凝土,應方便清洗;運輸要具有連續性,盡量不要中斷,否則可能會錯過施工的最佳時機;運輸道路要平坦,如果顛簸太過嚴重,極易出現離析現象。另外還需注意一些事項,攪拌后待混凝土完全凝固方可運輸,到達現場卸載時,高度不得超過2m,否則易破壞混凝土的穩定性。而且在卸載時,應保持出口通地面的垂直狀。
2.2運輸方式
混凝土攪拌好后運往施工現場多為水平運輸,包括混凝土泵、汽車、皮帶機、攪拌運輸車等。在運至現場后還需利用纜機、塔機等將混凝土運至指定地點,多為垂直運輸。運輸類型和運輸方式不同,在工具選擇方面有所差異,應根據實際情況而定。汽車運輸和機車運輸較為常見,前者比較靈活,為避免出現分離現象,對運輸距離和坍落度都有一定的要求。運輸距離不超過1.5Km、坍落度不超過5cm時。工程量較大時,要考慮經濟性,可選用機車運輸,無需過多的設備,作業效率較高,而且成本低、具有良好的適應性,在實際中有著廣泛應用。
3實例分析導流和混凝土運輸技術在水利施工中的應用
3.1工程實例
某工程為庫內取水工程,壩址附近地貌屬典型的河谷地貌,斷面呈“U”形,河床底寬116m,開口寬335m,右岸有殘存一級堆積階地發育,地形總體較平坦,微向河床傾斜。本流域的洪水是由暴雨形成的,暴雨多發生6月~9月,而7月中上旬到8月下旬一般是暴雨最為活躍的多發季節。本地區暴雨特點是面積小、強度大、歷時短。由于本流域下墊面為沙土丘陵區,遇到小雨時基本不產流,遇到大暴雨時,匯流速度快,歷時短,洪水陡漲陡落,一次洪水歷時最多不超過24h。
3.2施工導流
結合實際情況,從水庫抽水下排的方式為:將離心泵站設在壩肩一側,從水庫內抽水翻越壩頂排至下游河道;離心泵站由兩臺IS150-125-250型單極單吸式離心泵組成。關于擋水建筑物的設計,根據地勘所進行的區域地質調查,勘察區及與其相近區均無符合壩體防滲要求的天然土料,因此設計采用編織袋內裝粉細沙土來填筑堰體,防滲土工膜做防滲心墻的形式;上下游邊坡為1∶1.5,考慮交通及搶險,圍堰頂寬取7.0m。經計算,考慮波浪爬高和安全超高后的圍堰頂高程為1029.3m。
3.3混凝土運輸
該工程所需混凝土總量為0.94萬立方米,主要集中在岸邊泵站。運輸時選擇的是機車運輸,確保混凝土在攪拌凝結后及時運至現場,路面平坦干燥,沒有大幅的顛簸。最終混凝土在質量安全的前提下,及時運到現場,使得施工工作順利完成。
2水利技術標準體系發展歷程及現狀
我國水利標準化工作起步于建國初期,隨著不同時期社會經濟發展中心任務的需要不斷發展壯大。水利技術標準體系作為國家工程建設技術標準體系的重要組成部分,在國家工程建設技術標準化發展進程引領下,先后了四版技術標準體系表。
2.11988年版《水利水電勘測設計技術標準體系》
改革開放以來,我國水利標準化工作得到了長足的發展。1988年,原能源部、水利部聯合了由水利水電規劃設計總院制定的《水利水電勘測設計技術標準體系》。該體系表采用了一維多層框架結構,共規劃標準項目127項。這是我國正式的第一個水利水電技術標準體系表。從此,水利技術標準體系建設邁開了整體化、系統化的步伐。
2.21994年版《水利水電技術標準體系表》
1994年,水利部刊印了第一個覆蓋整個領域的水利水電技術標準體系表。該表仍然采用一維多層框架結構,按工程建設標準和產品標準兩大類,共規劃標準項目473項。它標志著我國水利技術標準的基本分類和管理體制初步形成。
2.32001年版《水利技術標準體系表》
“1998年大洪水”促使人們對自然規律、治水理念等人與自然關系問題進行重新思考與探索,建設現代化水利、實現水資源可持續利用逐漸成為水利發展的目標。隨著標準化工作的深入開展,標準涉及的專業領域也越來越廣、越來越深入,不同專業領域以及專業領域內部不同標準之間的重復、交叉和矛盾現象日益突出。為了解決這些問題,2001年5月,水利部正式了2001年版《水利技術標準體系表》,提出了由專業序列、專業門類和層次構成的三維框架結構,共規劃標準項目615項。2003年4月,根據水利信息化工作的突出需要,水利部又補充了《水利信息化標準指南(一)》,進一步完善了水利技術標準體系。之后,根據工作需要,又先后補充了多項應急標準,水利技術標準體系穩步充實。
2.42008年版《水利技術標準體系表》
可持續治水思路的不斷發展和水利科技創新水平的不斷提高,對水利技術標準提出了更高的要求。為了適應新時期水利工作的需求,在總結多項標準體系研究新成果的基礎上,經反復論證、多方案比選,水利部修訂了2008年版《水利技術標準體系表》(以下簡稱2008年版《體系表》)。2008年版《體系表》沿襲了2001年版《體系表》的框架結構,采用專業門類、功能序列和層次構成的三維坐標(見圖1),共規劃標準項目942項(含已頒、在編和擬編的標準)。截至2012年12月,實施的現行有效水利技術標準共713項,其中國家標準138項,行業標準575項,與2002年相比,現行有效標準數量提高了69%,標準覆蓋率由44%提高到74%[2],基本滿足了水利改革發展對技術標準的需求。
32008年版《體系表》存在的問題及解決對策
3.1體系框架中層次維作用問題及對策
三維結構是一個空間的思維概念,對標準的定位科學準確,邏輯層次分明。體系框架中層次維反映了各項標準所屬的技術領域擁有的共性特征和適用范圍。但是,在2008年版《體系表》執行過程中,層次維沒有發揮顯著作用。2008年版《體系表》的層次維是指一定范圍內一定數量的共性標準的集合,反映了各項標準之間的內在聯系,包括基礎、通用、專用三個層次。層次的劃分,是按“共性提升”的原則,把下一層標準中的共性內容,提到上一層。層次之間體現的是標準間的主從關系,上一層標準制約著下一層標準,下一層標準應遵守上一層標準的規定。層次的高低表明了標準在一定范圍內共性的內容及覆蓋面的廣度。因此,層次維能夠很好的控制標準的級別,從而調節體系中標準顆粒度。隨著標準從基礎標準到專用標準的提升,標準化對象也就越精確,顆粒度越小。而目前,層次維沒有得到很好的利用,也就導致了體系內的標準存在著交叉重復、偏小偏細等問題。層次維作用的利用,應從分析水利部各項主體業務工作中入手,梳理為支撐業務工作所需要的一整套標準。通過研究標準之間的共性和個性,明確標準主從關系,更好的發揮層次維的作用,進而能夠剔除或優化部分交叉重復的標準。
3.2交叉重復問題及對策
水利技術標準體系的交叉重復含兩個層面的問題,一是體系框架內部的交叉重復問題,二是標準之間的交叉重復問題。
3.2.1體系框架內部的交叉重復問題及解決對策
體系框架中最突出的交叉重復問題體現在“專業門類”中。“專業門類”是從水利行業的特色和管理角度出發,反映了水利事業的主要對象、作用和目標。2008年版《體系表》的“專業門類”中的“大中型水利水電工程”是工程等別,而“水資源”、“水文水環境”、“防洪抗旱”等是按照專業分類的,分類的尺度不同,也就導致了框架的交叉重復。然而,標準體系表最主要的功能之一是便于管理。目前,水利技術標準實行的是分級管理,即主管機構、主持機構和主編單位三級管理。“專業門類”綜合反映了水利各專業領域對技術標準的需求,對應的是各主持機構的管理范圍。因此,應在便于管理的基礎上,通過框架研究,盡可能減少框架內部的交叉重復。
3.2.2標準之間的交叉重復問題及解決對策
現行的水利技術標準,一般是根據當時的需要獨立確定的,在歷經一段時間的發展之后,標準之間不同程度的存在著不協調、不配套、相互重復或矛盾等問題。尤其是人為因素造成的標準之間的交叉重復問題更為突出,主要體現在:(1)部門之間(主持機構)業務交叉造成的標準重復,如大部分水工標準內均包含安全監測章節,對監測項目、監測設施的布置等都有規定,但篇幅不大,而《混凝土大壩安全監測技術規范(試行)》(SDJ336-89)、《土石壩安全監測技術規范》(SL551-2012)等又詳細的對安全監測工作做了全面的規定;(2)相近內容的標準重復立項,如《建設項目水資源論證導則》(SL/Z322-2005)和《水利水電建設項目水資源論證導則》(SL525-2011);(3)行標上升為國標或拆分為多項標準,而原有標準未進行及時清理等。這些人為因素導致了標準之間未經協調或協調不足,體系越來越龐大。目前,應通過體系框架中層次維作用的研究,全面清理整合現行水利技術標準,盡可能避免人為因素造成的標準之間的交叉重復。然而,由于體系中的標準之間應是緊密聯系的,幾乎每項標準的制定都會或多或少的引用與其關系密切標準中的相關內容,這也就造成了在實際中適度的交叉重復是不可避免的。并且有時交叉并非致命缺陷,只能是盡可能提高標準之間的銜接程度,盡量保持交叉部分的一致,從而保持水利技術標準體系的整體協調性。
3.3標準偏小偏細問題及對策
目前,由于同一標準化對象或同一用途的標準被拆分為多項標準,造成體系中有些標準存在偏小偏細的問題。一般情況下,應針對每個標準化對象編制一項單獨的技術標準。但是,當標準的適用范圍過小時,總體思想是將標準化對象范圍適當擴大,運用系列化的標準化形式,對同一類標準化對象進行通盤規劃后,再將一項技術標準劃分為若干個單獨的部分。劃分部分時可使用兩種方式:一是每個部分涉及標準化對象的一個特定方面,并且能夠單獨使用;二是標準化對象具有通用和特殊兩個方面,通用方面作為第一部分,特殊方面作為其他部分。例如,使用第一種劃分部分的方法可將同一類標準化對象的不同類型儀器的校驗方法整合在一起。針對2008版《體系表》中110~118號:《切土環刀校驗方法》(SL110-95)、《透水板校驗方法》(SL111-95)等9個校驗方法標準,可以考慮合并,建議總名稱為《土工試驗常用儀器校驗方法》,包括9部分內容,以后還可以增加。總之,對儀器設備校驗方法標準,很多標準都可進行類似處理,如混凝土試驗常用儀器校驗方法、瀝青試驗常用儀器校驗方法、巖石試驗常用儀器校驗方法、土工合成材料測試常用儀器校驗方法、水利水電工程施工專用計量儀器校(檢)驗方法等。經過整合,減少了體系中標準的數量,標準的顆粒度也就趨于均衡,標準的整體結構較為合理,也更利于標準用戶的使用。而對于目前體系中標準名稱含有“項目建議書編制規程”的5個標準,可使用第二種劃分部分的方法,將《水利水電工程項目建議書編制規程》(擬編)作為通用的規定,并將《小型水電站建設項目建議書編制規程》(SL356-2006)、《水利信息系統項目建議書編制規定》(SL/Z346-2006)、《水土保持工程項目建議書編制規程》(SL447-2009)和《水文設施工程項目建議書編制規程》(SL504-2011)的特殊要求附在其后,合并為一本標準。同樣,可行性研究報告編制標準、初步設計報告編制標準等也可用此方法進行整合。
3.4標準缺失問題及對策
標準具有政策導向、戰略定位、行業發展和技術進步等方面的引導作用。近幾年來,水利部雖然加大了標準編制工作的力度,但現代水利事業的快速發展對水利技術標準體系提出了更新的要求,例如最嚴格的水資源管理制度和生態文明等,特別是一些民生問題,這些內容在2008年版《體系表》制定時還是不夠完善的,造成了體系目前的缺項漏項問題。針對關鍵技術標準缺少的問題,應加強技術標準對水利部中心工作的響應和服務,把安全、環保、節約資源和民生等作為強制性規定放在更加突出的位置,加大對水資源節約與利用、水電可持續利用、先進的試驗方法等標準制定力度,解決標準滯后于發展、覆蓋面不全的問題。例如針對水利工程建設的生態環境保護,需要從水利工程設計、施工到運行管理各環節,制定環境、社會、經濟和安全的綜合評價規范,進一步促進水電行業的健康發展;加強洪水管理、降低洪澇災害風險,需要制定與我國社會經濟發展相適宜的預報預警等規避性技術標準,重點加強防汛抗旱指揮系統成果的標準轉化工作;針對最嚴格的水資源管理制度,需要從水資源配置、取水、供水和用水等多個環節制定規范化評價體系等等,如綠色小水電評價標準、藻類評價標準、飲水健康風險評價標準、湖泊生態系統完整性評價標準和水大流量計檢定規程等。
3.5標準特征名使用不規范問題及對策
2008年版《體系表》中,水利技術標準的特征名除了規范、規程、導則、標準,還運用了通則、準則、條件、規約、方法、指南和模式等形式,與水利行業使用到的六個大類標準編寫體例格式標準中對標準特征名的規定不符。根據《標準化工作導則第1部分:標準的結構和編寫》(GB/T1.1-2009)的規定,標準名稱無須描述文件的類型,不應使用“……標準”、“……國家標準”、“……國家標準化指導性技術文件”等表述形式。《工程建設標準編寫規定》(建標〔2008〕182號)規定,標準名稱宜由標準的對象、用途和特征名三部分組成,標準應根據其特點和性質,采用“標準”、“規范”或“規程”作為特征名。《工程項目建設標準編寫規定》(建標〔2007〕144號)規定,建設標準的名稱,宜由建設標準的對象和建設標準的類別屬名(特征名)兩部分組成;建設標準的類別屬名,應根據標準的特征和性質確定,可采用“建設標準”、“面積定額”。《國家計量檢定規程編寫規則》(JJF1002-2010)和《國家計量校準規范編寫規則》(JJF1071-2010)明確提出了計量檢定類標準的特征名為“規程”,計量校準類標準的特征名為“規范”。《水利技術標準編寫規定(SL1-2002)宣貫指南》中指出,按標準的形式(或特征名),標準分為規范、規程、規定、導則等。由此可見,在上述標準的規定中,標準的特征名除“檢定規程”、“校準規范”、“建設標準”和“面積定額”已經明確外,其他特征名的使用方式不明確,甚至在《標準化工作導則第1部分:標準的結構和編寫》(GB/T1.1-2009)和《工程建設標準編寫規定》(建標〔2008〕182號)中對“標準”二字的使用規定是矛盾的。綜合考慮水利行業使用到的六大類標準編寫體例格式標準中對標準特征名的規定,水利技術標準特征名宜采用“規范”、“規程”、“規定”、“導則”、“通則”、“指南”和“建設標準”等表述形式。特征名定義及適用范圍見表1。
3.6標準國際接軌問題及對策
我國的水利技術標準與國際標準、美國和歐盟等發達國家和地區的技術標準相比,在水利工程設計、施工、泥沙問題處理、小水電等領域的多項技術標準具有國際領先水平,而在2008年版《體系表》中,僅有5項國際標準,標準國際化力度明顯不足。標準是暢通國際貿易和科技關系的紐帶。隨著與國外先進技術交流空間的拓展,應逐步通過水利技術標準權威外文版、利用現有國際學術組織平臺進行推廣、加強與國際標準化組織相關技術委員會秘書處的聯系等途徑,加快筑壩技術、小水電、灌溉排水和泥沙等水利優勢技術標準的輸出,加快水文、機電技術等領域標準與國際標準和國外先進標準的融合,加快我國水利技術標準體系國際化的形成。
1.2將水利工程整體布局給予優化社會在發展,科技在不斷進步,要使水利工程跟得上時代的步伐,就得根據施工現狀,著眼于全球的市場大環境,從中不斷的汲取有用成分,才能做到與時俱進,才能做到施工思想及施工設備的更新。需要指出的是,優化工程布局不是簡單的設備引進,而是在全面了解施工現場的前提下,根據施工企業現有的經濟基礎及裝備,進行全面的施工方案策劃。策劃中應具有最新科學技術使用、施工過程監控、施工質量管理及施工過程自動化及智能化等。
1.3制訂總的施工規劃要提高施工效率,提高施工適量,除了做好新技術引進及更新,施工整體布局,還得對制訂總體施工規劃,才能做到放眼于整個施工環境,才能做好全盤施工工作。規劃不是通過簡單的測量幾個數據,查找數篇文獻資料就能完成的,還得對施工河段的水質環境,水流特點,地形特征及其它環境因素進行全方位的考察,才能做到施工規劃制訂。此外,在這諸多因素考察的同時,還要放眼于全國乃至全世界的水利工程,分析它們是如何施工的,在施工中采取了那些重要措施,才建成了今天成功的水利工程。只將這兩大方面的工作做到位,才能使水利工程高效、高質量完成。
2全段圍堰導流技術的具體應用
2.1隧洞導流法這種方式的重要特點是,在河流的上下游分別修筑圍堰,并在河流兩岸挖取隧道,以便于河水分流,使圍堰免于損傷。隧洞的施工方式,則根據不同的地形,具體情況具體分析。在施工中主要注意這幾點:首先,為了提高排水量,避免孔徑減少,應注意改善洞內的施工條件。其次,修筑的隧洞應貫通于上下游,實現上下游河水分流。但應注意和河道的交角,通常情況下,交角應在左右為宜。再次,為了便于排水,隧洞通常都為直線,但也有彎道的情況,這時應注意彎曲度不能超過5度,否則,會產生橫波。另外,隧洞的進出口應和圍堰保持一定距離,才能避免流水過近造成的沖刷。還有,隧洞內部是否采取襯砌,應根據施工場地而定,當所在地的土壤較為疏松時,應在洞內襯砌,以達到加固作用。否則,不給予襯砌。第四,隧洞導流發適合于地質堅硬、水流急速,并且上下游落差較大的河段,這時,不僅降低了隧洞修建成本,還提高了施工安全性。但需要指出的是,要做好汛期防護工作,以保證隧洞正常運作。如可以臨時挖掘一些低高程的隧洞,和永久性隧洞相連接,便可以起到排汛作用。
2.2明渠導流法顧名思義,就是在河岸上挖取渠道,分解水流的方式。該種方式在施工中,應注意這幾個方面:首先,在渠道選址時,應具備施工量少,需要挖掘的渠道短,還要保證渠道挖好之后,引流作用良好;在渠溝挖掘時,保證施工安全,不能具有安全隱患,如水流、山體滑坡等。其次,為了很好的引流,通常在渠道上設置轉彎,彎度半徑應在渠道寬度的5倍左右。另外,渠道的進出口應和圍堰保持一定距離,避免過近被流水沖刷,造成損壞。一般情況下,進出口應距離圍堰50-100m為宜。再次,一般由于基坑內不能聚集較多的水分,為達到此目的,常要求明渠和基坑間保持一定距離。最短距離應在2.5-3.0米左右。第四。明渠適合于水流平緩的河道施工,在開挖時,還得靈活應用周邊的有利條件,以減少施工成本。如,當施工所在地附近有廢棄的河道,則可以將渠道中間位置挖掘工作省去,只就進出口進行挖掘,這樣明顯降低了物力、人力及財力的使用。
2.3涵管導流法涵管是一種鋼筋混凝土結構,其修建位置具有特定的選址,通常選在河岸沙灘上,并且該處的位置應在枯水位以上。選定之后,在進行圍堰修筑,當圍堰筑好之后,滿溢的水流就會順著涵管流出。但涵管不一定都是用鋼筋混凝土澆筑而成,在施工地段河岸是巖石的情況下,通常在巖石上開挖溝槽,然后封蓋,便形成不一樣的涵管。不僅省去了大量的鋼筋混凝土,更提高了工作效率。在涵管使用中,特別注意的一點就是水分外滲,這將給水利施工帶來不便,阻礙了工程推進。針對此種情況,可在涵管外層設置截流環,可以減少外滲,也可以加長外滲距離,從而減小了外滲造成的破壞,對提高施工具有重要意義。要達到防滲效果,應壓緊防滲材料,才能起到防滲效果。在具體的水利工程施工中,由于施工條件復雜、施工形式及內容也不盡相同,在防滲材料使用時,也應做到靈活應用,才能有效的提高涵管水分外滲。上面將全段圍堰分流技術中常見的幾種進行簡單的介紹,還有不少由于篇幅問題不能一一列出。另外,上述這三種導流技術在水利施工使用中,并不是彼此分明,而是相互交錯使用的。所以在施工中,應根據地理特征,水系狀況,及施工條件,將這三種技術靈活應用,才能從根本上提高水利工程施工質量和效率。
圍堰是一種臨時性作為擋水工具的一種建筑物,由于其主要是用來進行擋水工作,因此,在對其進行設計的過程中,一定要保障結構設計的合理性,并且注意保障結構的穩定性,使得結構能夠抵抗強大水流的沖擊,從而達到防水的目的。一般來說,圍堰工程的類型有多重,而每種圍堰在進行施工的過程中,都需要依據當地的環境、地理條件以及當地的資源情況進行合理的圍堰選擇和圍堰設計,只有這樣,才能夠保障圍堰工程可以正常的使用,其所具有的擋水功能才能夠真正的發揮出來。假設水利工程周邊環繞的是淺水區,而且河水的最大深度小于1.5m,而且水流的速度相對較慢,針對這樣的環境條件,在對水利圍堰工程進行設計的時候,不需要將其結構的防滲水性設計的過強,所采用的圍堰類型可以是土石圍堰。然而,當水利工程周邊的水域較深,水流速度又相對較快,而且在河床中包含多種較為堅硬的巖石時,針對這種情況,所需要選擇的圍堰種類應該是鋼板樁圍堰。鋼板樁圍堰不僅能夠有效的抵抗水流的沖擊,還能夠使得圍堰的本身結構更加的牢固,在受到強大壓力的時候,能夠充分的保障其自身的穩定性,而且鋼板樁能夠深入到堅硬的巖石中,以保障其自身的穩定性,這對于提高水利工程的整體施工效率具有積極的影響意義。
1.2水利工程中的圍堰施工
一般來說,圍堰施工的現場都比較狹窄,而且在周圍會存在很多的干擾因素,這些干擾因素本身就會對圍堰的結構造成影響,如果施工的工期比較趕,這樣就會進一步使得圍堰施工的難度提升,從而對圍堰工程的施工質量就會產生影響,所以,要想能夠保障圍堰施工的質量,就需要對其高程進行及時的填筑,這樣可以為下一步的施工打下堅實的基礎,同時,要注意準備相應的材料,對各種材料進行有效的選擇,保障在施工的過程中,各種施工材料可以準備完畢,并且可以隨時進行利用。而就圍堰施工的工序來來說,其具體的工序如下:
1.2.1在對圍堰進行施工的過程中,需要先從圍堰的一面進行入手,逐漸向渠底進行挖掘,在將尾水出口的圍堰基礎進行全面的清理之后,就可以開始進行下一步的清水處理,對水下存在的大塊物體進行深度清理,然后利用一些堰體石料以及粘土進行回填處理,在回填到設計的高程時,就需要對出口段部位的圍堰進行保護處理,合理的對圍堰展開保護后,就可以開展進行下一步的施工,直到水利工程施工完成之后,就可以將臨時搭建的圍堰進行拆除。
1.2.2在利用粘土以及堰體石料進行回填施工的時候,要注意對回填土原料進行合理的選擇,保障每個工序之間都能夠銜接得當,而堰體要采用分段施工的方式進行搭建。合理的利用機械進行相應的挖掘工作,汽車進行原材料的運輸以及廢棄物的輸出,一般來說,堰體的填筑分層高度要盡可能的控制在80cm范圍內。
1.3水利圍堰基坑排水
所謂的水利圍堰基坑排水主要分為兩個部分,其一就是在圍堰形成之前進行基坑一次性排水,其二就是在圍堰形成之后進行基坑經常性排水。汛期壩體過水,圍堰形成后的經常性排水又包括圍堰內側基坑一次性排水和經常性排水。①圍堰基坑一次性排水,堰體水下填筑形成后,開始排除基坑內集水。排水量主要為基坑內積水、滲透水、雨水及施工棄水。②基坑經常性排水,基坑排水包括基礎滲水、天然降水及施工棄水。根據圍堰地基滲水特性及各施工工作面用棄水情況估算。
1.4水利圍堰聯接技術
圍堰防汛墻相互之間的聯接實況會對河道工程項目的施工進度產生重要影響。因此,如何保障防汛墻之間的緊密聯接需要引起施工單位的高度重視。河道工程項目圍堰在施工之前應該安排相關人員對圍堰周圍的環境進行實地考察。如果接口處出現了問題,應及時采用沙包或者粘土袋進行填充。
水利工程施工具有一定的獨特性,和其他工程存在著很大的差別,因為其非常容易受到施工環境的影響。水利工程的建設是為了更好的對水資源進行利用,因此,其施工一般都是在海岸或者是河流沿岸進行,這些地區的水資源非常的豐富,在施工中非常容易受到水流的影響。水利工程中壩址的選擇以及樞紐位置的決定要根據施工現場的具體自然條件來進行確定,很多施工場地的自然環境非常的復雜,因此施工環境也就非常的復雜。水利工程施工面臨的施工基礎結構也具有一定的復雜性,施工現場的復雜以及施工基礎結構的復雜性,導致施工企業在施工前要進行大量的勘測以及試驗工作,這樣才能保證水利施工地基設計的合理性。水利工程的建設要在防洪、灌溉、擋水以及泄水方面有重大作用,因此,對水利工程的建設施工也提出了更高的要求,水利工程中才會不斷應用新的技術,對施工質量進行不斷的提高。水利工程的建設對我國經濟的發展有直接的影響,尤其是一些比較大型的水利工程,對經濟的發展影響非常直接。水利工程的建設對局部的氣候會產生影響,在生態效益方面有明顯改善。水利工程建設過程中會設置很大的庫區,庫區一旦出現問題將會直接影響下游人們的生命財產安全,對社會穩定發展將會產生很大的影響。水利工程的建設通常位于河流湖泊區域,因此,在施工中經常會出現截流現象對原有的河流進行導流,在整個施工中對水文因素也將產生很大的影響,在任何環節出現問題都將會影響工程的工期,給施工帶來不必要的損失。在水利工程中應用新技術,不僅僅能夠對施工工期進行保障,同時,對施工質量也能進行提高。
1.2水利工程測量技術的需求
水利工程施工中測量技術的水平對工程的施工質量將會產生很大的影響。水利工程施工環境比較復雜,測量放線工作也將會面臨很大的困難。測量放線時水利工程施工中非常重要的組成部分,要保證測量工作的周密性以及準確性,這樣才能保證施工工程圖紙設計順利完成,為施工提供必要的支持。水利工程測量方面應用新的技術對施工順利進行有著重要的意義,新技術的應用對測量的準確性能夠進行提高,為施工質量的提高給予保證。
2水利施工新技術的應用
2.1堤防工程和地基處理的新技術
在水利工程施工中,堤防加固是防洪工程中重要的組成部分,隨著科學技術的不斷發展,水利工程施工中應用了很多的技術對堤防進行加固。在堤防加固方面有效的技術措施包含垂直防滲墻技術,對水利工程的防滲處理能夠起到非常重要的作用。垂直防滲墻在施工中包括置換法、擠壓法以及深攪法,對水利工程的使用有著很大的促進作用。在水利施工中,地基建設施工是比較復雜的環節,在進行處理時主要的方法是防滲帷幕灌漿,帷幕灌漿在實施過程中注入的水泥漿量要非常的均勻,并且要合理的分布,這樣對效益和投資的比率的最大化能夠實現,在地基處理方面能夠對時間進行節省。
2.2碳纖維復合材料的應用
在水利工程施工中,壩體裂縫是比較常見的施工問題,對水利工程的施工質量將會產生直接的影響,因此,在施工中對加固壩體的材料要格外重視,為施工質量帶來保證。在對壩體裂縫進行修復中利用新的技術能夠對混凝土的防水功能進行提高,對壩體裂縫問題進行解決。水利施工中,土工膜材料應用比較廣泛,其利用高分子聚合物材料加工而成,對舊壩的防滲效果非常明顯。土工膜材料具有很強的耐久性,因此,在紫外線或者是臭氧作用下也不會出現質量受到影響的問題,而且,土工膜具有很強的抗拉強度,質量也非常輕,在應用方面能夠使用很長的時間。土工膜在施工中能夠進行冷施工,操作工序也非常的簡單,對環境污染也非常小,是一種非常實用的施工材料。水利工程施工中,土工膜施工方法能夠對混凝土澆筑中出現的病害進行很好的解決,因此,得到了非常廣泛的應用。