梨园导流洞永久堵头排水管封堵处理

形成低黏聚弱面，为确保安全，作用效应不计入黏聚力，仅考虑闷头混凝土在自重作用下的摩阻抗力，摩擦阻力系数fR取0.6。

经计算，混凝土闷头最小几何尺寸为6m×4m×4m（长×宽×高），确保排水管（含封口套管）全部包在混凝土内，且套管在混凝土闷头内各个方向埋藏厚度均不小于2m。

图4 闷头大体积混凝土几何尺寸图

2、应力分析

闷头混凝土为非杆体系的大体积结构，采用三维有限元软件进行应力分析。 计算模型采用混凝土专用单元SOLID65模拟，考虑套管锈蚀失效情况下127m水头的内水均布荷载作用在闷头内部空腔，闷头底板（与原衬砌接触面，Y向）及尾部（与堵头接触面，Z向）施加法向约束。

有限元分析几何模型见图5。

图5 闷头大体积混凝土计算模型

根据计算结果分析，闷头空腔在内水均布荷载作用下变形较小约0.6mm；最大压应力1.54MPa，在允许抗压强度9.6MPa以内；最大拉应力1.79MPa，超过允许抗拉强度1.1MPa，需通过结构配筋解决。

闷头混凝土应力及变形云图见图6～7。

表1 计算成果汇总表 最大主应力（MPa，第一主应力） 拉应力 1.79 压应力 -1.54 最大拉应力位置 空腔顶部圆板外圈 最大变形（mm） 最大值 0.598 最大值出现位置 空腔顶部圆板中央

图6 第一主应力云图

图7 第一主应力沿轴线水平切片

3、结构配筋

由于混凝土材料力学性能非均质特点，在内水荷载作用下，空腔周壁出现应力集中点，最大拉应力1.79MPa，远远超过允许拉应力值，将引起局部塑性变形或开裂，需对局部受拉区适当配筋，约束混凝土塑性变形，形成三向受压应力状态，提高结构抗拉抗裂能力，确保闷头结构长期运行安全。

大体积混凝土局部受拉钢筋配筋按混凝土设计规范推荐公式计算，并按最小配筋率ρmin≥0.2%进行复核。

局部受拉区钢筋最小面积As,min=kckf’tAc/fy

式中，kc、k为应力分布系数、应力非线性调整系数，分别取1.0、0.5；

f‘t、fy为混凝土抗拉强度、钢筋抗拉强度设计值，分别取1.1MPa、335MPa； Ac为局部受拉区面积，mm2。

根据配筋公式及有限元应力云图计算，需在空腔外侧2.2m长度范围内配置环向箍筋，直径18mm，间距200mm，保护层厚度5mm；在空腔外侧3.6m长度范围内配置纵向钢筋，直径18mm，间距200mm。

结构配筋见图8。

图8 受拉区配筋示意图

4、止水处理

由于不具备排水管管内灌浆填实施工条件，为防止管内高压水体沿混凝土接触界面持续出渗，影响长期运行安全，需采取可靠的止水防渗处理措施，具体要求如下：

1）新老混凝土界面凿毛加糙，改善缝面结合性能；

2）在闷头与后方混凝土堵头界面设一排跨缝插筋，限制裂缝开度； 3）在排水管上距后方混凝土堵头0.5m处设置一道Ф800mm止水环； 4）排水管外壁包裹一层混凝土面板嵌缝用柔性自封闭止水材料。

5 结语

梨园水电站导流洞堵头排水管封堵事故采取上述处理措施，从闷头内预埋的渗压计和钢筋应力计反馈数据分析，封堵结构带压运行安全可靠，取得了满意的效果。

根据本次排水管封堵事故分析和处理过程，得出几点经验可供今后类似工程

参考：

1、排水管后期封闭如采用灌浆填实方式处理，需考虑到灌浆脉动压力的影响，建议在设计水头基础上，进出口阀门工作压力应提高一级；

2、为降低封堵施工风险，也可考虑仅在排水管末端设置一道闸阀，后期带压关闭，直接浇筑大体积闷头混凝土封闭。