復(fù)雜水閘施工工程管理論文
1基礎(chǔ)知識描述及水閘物理力學(xué)模型構(gòu)建
1.1水閘的施工設(shè)計及基本構(gòu)造
為了更好實現(xiàn)對水閘施工的工程管理,需要首先分析水閘的基本知識。水閘在開關(guān)閘門過程中,根據(jù)下游用水的需要調(diào)節(jié)流量,可以攔洪、擋潮、蓄水抬高上游水位。水閘的分類主要有按照用途分類和按照結(jié)構(gòu)分類。其中,按照用途,水閘分為節(jié)制閘、進(jìn)水閘、沖沙閘、分洪閘、擋潮閘、排水閘等;按閘室的結(jié)構(gòu)形式,可分為開敞式、胸墻式和涵洞式等[7]。為了形象說明水閘的構(gòu)建,現(xiàn)給出典型的長江葛洲壩樞紐的二江泄水工程。中的長江葛洲壩樞紐的二江泄水工程閘高53m,閘身凈長3km,被譽(yù)為海上長城,屬于開敞式排水閘,采用12m×12m活動平板門胸墻,其下為12m×12m弧形工作門。通常水閘在河床設(shè)置防沖槽、護(hù)底及鋪蓋,為了減少閘門和工作橋的高度或為控制下泄單寬流量而設(shè)胸墻代替部分閘門擋水,擋潮閘、進(jìn)水閘、泄水閘常用這種形式,適用于閘上水位變幅較大或擋水位高于閘孔設(shè)計水位。通過上述分析,結(jié)合實踐,給出水閘的施工設(shè)計過程中的基本構(gòu)造模型。水閘的施工環(huán)境多位于層狀砂土之上。層狀砂土的組成主要為粘土、礫砂、淤泥質(zhì)土夾層、圓礫和卵石。天然含水量ω=38.9%,塑性指數(shù)Ip=15,塑限Wp=22%,滲透系數(shù)Kw=1.31×10-3cm/s。在水閘頂部,設(shè)計墻和護(hù)坡,用以引導(dǎo)水流平順地進(jìn)入閘室,保護(hù)兩岸及河床免遭水流沖刷。當(dāng)前水閘的建設(shè),正向形式多樣化、結(jié)構(gòu)輕型化發(fā)展,為了滿足上述要求,要提高復(fù)雜水閘施工過程中的工程管理能力。根據(jù)運(yùn)用要求和地質(zhì)條件,選定閘室結(jié)構(gòu)和閘門形式,妥善布置閘室上部結(jié)構(gòu)。要根據(jù)水閘運(yùn)用方式和過閘水流形態(tài),按水力學(xué)公式計算過流能力,確定閘孔總凈寬度,進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和分析。
1.2復(fù)雜水閘施工物理力學(xué)分析模型構(gòu)建
在上述進(jìn)行基本模型設(shè)計的基礎(chǔ)上,通過對水閘的結(jié)構(gòu)分析表明為了提高水閘施工技術(shù)水平和工程管理能力,需要對水閘的水動力和水閘體的應(yīng)力作用進(jìn)行數(shù)學(xué)模型偶見。為了適應(yīng)必要時宣泄大流量的需要,涵洞式水閘多用于穿堤引(排)水,閘室結(jié)構(gòu)為封閉的涵洞。根據(jù)水閘所負(fù)擔(dān)的任務(wù)和運(yùn)用要求,綜合考慮地形、地質(zhì)、水流、泥沙、施工、管理和其他方面等因素,采用基底應(yīng)力附件固結(jié)法計算孔隙率方法與土力學(xué)中孔隙率,根據(jù)整個施工過程中基底附加應(yīng)力的分布特點(diǎn)和變化規(guī)律,在進(jìn)口或出口設(shè)閘門,洞頂填土與閘兩側(cè)堤頂平接即可作為路基而不需另設(shè)交通橋。分層配水管柱是實現(xiàn)同井分層注水的重要技術(shù)手段,主要分為固定配水管柱、活動配水管柱、偏心配水管柱、橋式偏心配水管柱。固定配水管柱主要由擴(kuò)張型封隔器及配水器等構(gòu)成,為保證封隔器的坐封,各級配水器的起開壓力需大于0.7MPa。水閘的固定配水管柱和活動配水管柱示意圖;顒优渌苤饕蓴U(kuò)張式封隔器和空心配水器等構(gòu)成,各級空心配水器的芯子直徑是上大下小,一般分4~6層,最多可達(dá)11層,可以實現(xiàn)對水閘的泄洪和水流引導(dǎo)。
2復(fù)雜水閘施工高效工程管理實現(xiàn)
2.1問題的提出和水閘基底應(yīng)力附加固結(jié)法描述
本文在上述分析水閘施工的受力模型和水流動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了水循環(huán)特性分析,改善水閘施工的效能,提高工程管理質(zhì)量。根據(jù)上述分析可見,在復(fù)雜水閘工程施工過程中,需要考慮基層吸水及供水能力、混凝土水閘面板濕度場數(shù)值模擬等因素的影響,制約因素較多。傳統(tǒng)的水閘施工工程管理模型采用共振致密機(jī)理模型和概率分析模型進(jìn)行了對復(fù)雜水閘施工過程中的水流性能變形性狀的測試,對水閘的孔隙率、位移、孔隙水壓力的變化情況進(jìn)行分析,導(dǎo)致水閘施工過程中的工程管理方法滯后,影響水閘施工的可靠性,降低水閘的工程質(zhì)量。為了克服傳統(tǒng)方法出現(xiàn)的問題和弊端,提高水閘施工的工程管理效能,本文研究了一種水閘基底應(yīng)力附加固結(jié)法的層狀砂土樁基混凝土施工技術(shù),進(jìn)行了模型設(shè)計和試驗分析,提高水閘施工的質(zhì)量,實現(xiàn)高效的工程管理。本文給出水閘基底應(yīng)力附加固結(jié)法,描述如下:通常情況下,對固定配水管柱,配水器的水嘴是固定的,這樣一來P就成為常量,此時只能通過調(diào)整水閘底部的井口壓力來控制注入量。
2.2復(fù)雜水閘施工設(shè)計及高效管理模型實現(xiàn)
在低循環(huán)疲勞情況下和超荷載情況下,本文進(jìn)行復(fù)雜水閘施工設(shè)計及高效管理模型試驗與設(shè)計實現(xiàn)。聚合物砂漿和鋼絞線均系國產(chǎn)材料,考慮初始彈性模量,河流由于長年水含量充足,通過滲透的方法,可以不斷增加水閘上下游最大水位差和地基條件,并與閘室共同組成足夠長度的滲徑,確保滲透水流沿兩岸和閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性。假設(shè)決定流體流動狀態(tài)的.重要參數(shù)是雷諾數(shù)Re,臨界雷諾數(shù)Rec為Rec=cdμ=cdν⑨式中:為流體的密度;μ為流體的粘度;d為圓柱管的直徑。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定,閘址一般設(shè)于水流平順處。從統(tǒng)計學(xué)上表示為一種模型預(yù)測概率,mi表示通過側(cè)向徑流補(bǔ)給時間,地下水的整體流向控制總體模型W,采用高斯分布密度的積分得到局部最大荷載作用點(diǎn)的應(yīng)力分析結(jié)果,分析作用于水閘上的荷載及其組合,進(jìn)行閘室和翼墻等的抗滑穩(wěn)定計算、地基應(yīng)力和沉陷計算。
3試驗及結(jié)果分析
為了測試本文設(shè)計的復(fù)雜水閘施工技術(shù)在工程管理模型的節(jié)省工程開銷、提高水閘的質(zhì)量方面的性能,進(jìn)行試驗分析和研究,進(jìn)行施工實現(xiàn)和性能測試。采用本文設(shè)計的基底應(yīng)力附加固結(jié)法得到作用在砂土樁基混凝土施工基底沉降的不同時刻模型的應(yīng)力結(jié)構(gòu),參數(shù)設(shè)計中,設(shè)定河流的過水量ω=38.9%,塑性指數(shù)Ip=15,塑限Wp=22%,滲透系數(shù)Kw=1.31×10-3cm/s,穩(wěn)定水位在面下8.5m。水閘施工設(shè)計中,首先進(jìn)行閘檻高程的選定,確定閘址和閘檻高程,用以引導(dǎo)出閘水流向下游均勻擴(kuò)散,減緩流速,消除過閘水流剩余動能,防止水流對河床及兩岸的沖刷。結(jié)合地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研究確定地基處理方案,對組成水閘的各部建筑物(包括閘門)根據(jù)其工作特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算。以工程成本開銷為測試指標(biāo),得到采用本文模型和傳統(tǒng)模型的水閘施工開銷結(jié)構(gòu)。結(jié)合工程實踐經(jīng)驗,確定地下輪廓線(即由防滲設(shè)施與不透水底板共同組成滲流區(qū)域的上部不透水邊界)布置,須滿足沿地下輪廓線的滲流平均坡降和出逸坡降在允許范圍以內(nèi)的條件。
4結(jié)論
在復(fù)雜水閘工程施工過程中,需要考慮基層吸水及供水能力、混凝土水閘面板濕度場數(shù)值模擬等因素的影響,制約因素較多,且根據(jù)水閘的承擔(dān)任務(wù)不同,可分為節(jié)制閘、進(jìn)水閘、沖沙閘、分洪閘、擋潮閘、排水閘等。不同的水閘施工有不同的管理模型和施工方案,因此難以形成一個有效的施工管理方案,研究復(fù)雜水閘施工的高效工程管理模型成為提高水閘施工效益的重要環(huán)節(jié)。本文研究了一種基于水閘基底應(yīng)力附加固結(jié)法和層狀砂土樁基混凝土施工的復(fù)雜水閘施工設(shè)計和管理技術(shù),進(jìn)行了模型設(shè)計和試驗分析,旨在提高水閘施工的質(zhì)量,實現(xiàn)高效的工程管理。本文首先分析水閘施工的技術(shù)要點(diǎn),然后分析水閘施工的受力模型和水流動力學(xué)模型,進(jìn)行水循環(huán)特性分析,結(jié)合地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研究確定地基處理方案,對組成水閘的各部建筑物(包括閘門)根據(jù)其工作特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算,以改善水閘施工的效能,提高工程管理質(zhì)量,最后設(shè)計了水閘施工圖紙,進(jìn)行系統(tǒng)實驗。研究得出,采用本文設(shè)計的施工管理模型,在相同項目中有效節(jié)省了工程的成本開銷,提高了工程施工的質(zhì)量。
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