專利名稱：沉箱截流壩施工法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種大江大河水電站建設(shè)前期臨時截流大壩的施工方法。水電站大壩建設(shè)要開工，有賴于江河截流。過去的臨時截流大壩在施工中單一地使用泥砂石料為主要截流材料。需動用大量人力物力。石料的使用十分浩大巨量。而且在最后的截流階段，驚險、困難，使用大量鋼筋水泥巨塊、鋼鐵石料大籠，拋下急流處截流。施工中存在著石料投放定點不穩(wěn)定，投放石料的隨意性。遇上水深流急的截流后期，巨塊鋼筋水泥下沉出現(xiàn)定點盲目性，被急流沖走甚多，使截流成為驚險、困難、耗資巨大，浪費巨大。這其中的石料大量開采、運輸、投入江河，經(jīng)費的消耗極為昂貴，施工時間被嚴(yán)重地拖久了。因而需要創(chuàng)造全新的施工方法。本發(fā)明提供的方法不是用石料來堵水，而是用水來堵水！用長江之水來堵截長江之流。迅速地建造三峽水電站及各類水利設(shè)施。本法用沉箱來截流所需之沉箱可根據(jù)河床地形設(shè)計制造。用石料截流是一種原始的截流方法。鋼鐵誕生了，就要更好地使用鋼鐵，鋼鐵與石塊相比是一大進步。用鋼鐵做成一定形狀的六角形棱柱狀框架，再在河面上搭接，組建成巨型沉箱，這種用鋼鐵做成沉箱之整體沉箱式截流法是一種快速、安全、大膽、有效、經(jīng)濟的施工方法。由鋼板及正六角形棱柱狀框架組合的巨大沉箱用來代替石料、泥砂截流，它能有效地提前水電站永久大壩的開工建造時間。
眾所周知，建截流大壩與建水電站永久大壩是兩回事，前者是截流壩，后者是永久壩。祗有在江河之水被截流后，才能開工建水電站。因而對于提供一種全新的，可反復(fù)使用多次的截流施工材料和方法，為加快我國水電建設(shè)，為促進長江流域水電工程的加速進展，大膽地、科學(xué)地提出，嚴(yán)肅認(rèn)真地分析論證采用這種新的施工方法，是一件大事。對促進各國的水電建設(shè)也有幫助。
本發(fā)明的目的是提供一種快速施工方法。江河之水，一年四季變化迅猛，如用過去的施工方法，用石料、砂土、水泥塊，鐵籠石料進行截流那是一種原始的截流方法，時間拖得很長，工作進度很慢，要跨越一年才能完工。
本發(fā)明建截流壩時間控制在一個月至三個月之內(nèi)，因而可以在水流量最小，河水最穩(wěn)平的少雨季節(jié)開工、收工。
水電站建成后的截流壩拆除，只要將沉箱改為浮箱即可達到目的。箱體邊浮升，邊拆除。將沉箱改為浮箱的方法是通過箱體內(nèi)的水排出，獲得浮力，箱體內(nèi)水由泵抽水，完成排水。這里沉箱截流壩施工法的優(yōu)點是明顯的1.可以縮短截流壩的施工時間達75％至80％；
2.可以避開雨季施工，雨季江河之水猛漲，施工難度大；3.可以在水流量最少的季節(jié)安排施工，完成施工；4.水電站建成后拆除截流壩變得容易很多；5.可以在水深流急的峽谷河道中，建起多個中小型水力發(fā)電站，象梯田一樣降水。通航成為可能。這種梯度發(fā)電站的特點是水位落差小，電站數(shù)量多。這類中小水電站特別適合建造在江河之上游，經(jīng)濟不發(fā)達的西部地區(qū)。此類沉箱需設(shè)計成凹字型。
6.沉箱可以拆開后再次使用，反復(fù)使用，局部使用，異地使用，這里的沉箱是施工過程中，逐步組合建造而成的一個整體大件。首先根據(jù)河床、河岸地形，設(shè)計出截流所需之巨大箱體的形狀及大小，儲存至電腦。這箱體之高度為電站大壩之高度(河床至壩頂)，其厚度可為60m至100m，其寬度及形狀為兩岸石壁之寬度及形狀(傾斜形)。得出整體沉箱大小及形狀后，用電腦分割整體巨箱為單元小六角形棱柱體。每個六角形棱柱狀單元其體積是由正六角形之面積乘六角形棱柱之高而成，這里正六角形每邊長2m，棱柱高為3m。因此，每個六角形棱柱狀單元其體積為
一條江河的截流祗用一個總體沉箱作為截流主體依靠，完成總體沉箱后，周邊的小股滲漏流水，可用傳送帶投送石料、砂袋，用翻斗車投送泥石，用架設(shè)浮橋安裝傳送帶等輔助手段來完成最后斷流?？傮w沉箱是由許多棱柱狀單元在施工過程中迅速組裝而成。沉箱的單元即為六角形棱柱狀鋼質(zhì)框架，此框架單元(以下簡稱單元)由上框蓋、下框蓋及六根柱組成。上框蓋與下框蓋類同，由直角角鋼彎制而成，為整六角形。直角角鋼加工成六角形框后，成為平面部分和垂直側(cè)邊，在此垂直側(cè)邊上，由內(nèi)向外鈷有螺紋小孔，孔徑為1cm，每轉(zhuǎn)角處鉆一對孔，用來安裝固定棱柱。而孔徑為2cm的大孔是貫穿孔，無螺紋，總裝時用六根柱是由角鋼加工而成，其夾角為120°，這樣通過螺紋由內(nèi)部裝接后的六角形棱形柱狀框架單元，其特征是八個外表面呈平整狀。因此要求柱的兩端有平行的15cm的向內(nèi)沖壓加工。其目的是保證組裝后的單元，其外表面相對平整，因為祗有每個單元的外表面呈現(xiàn)平整狀態(tài)，才能進行下一步的單元與單元之同的全面裝接組合。
最佳實施方案舉例長江三峽水電站下游之截流大壩(副截流壩)。
1.施工開始，填土、堆石料，收縮江面寬度成200m至300m。
2.由工廠送來所需數(shù)量之鋼板，其尺寸為2m×3m＝6m2，厚為0.5cm。(對于中小河流鋼板厚為0.3cm～0.5cm)6m2鋼板用在四周安裝。
3.由工廠送來所需數(shù)量之六角形上框蓋及下框蓋，六角形之每條邊長2m。
4.由工廠送來所需數(shù)量之六角形棱柱體之柱條，柱高為2.98m。
5.以上材料送達工地時均加工有孔，孔徑為2cm，平滑光潔貫穿孔。但在六角形上下蓋垂邊之內(nèi)側(cè)，加工有由內(nèi)向外的螺紋孔12個，孔徑為1cm，此孔的目的是將六根柱與上下框蓋裝接成一個單元棱柱體，因而在柱的兩端，各開有內(nèi)孔徑為1.2cm的貫穿孔。
裝接完工后的六角形棱柱狀單元框架外表面是平整的(因為此處棱柱裝在上下框蓋上采用內(nèi)螺紋，內(nèi)裝接)。
6.六根棱柱的加工，取鋼板條0.01m×0.3m×3m，沿中心長軸線加工成角鋼條，角鋼的夾角為120°，角鋼條兩端沖壓加工16cm沖壓內(nèi)移1cm，向上、向下各展15cm，因而加工后成形的棱柱高2.98m?？蛏w的加工取鋼板條0.01m×0.3m×12m，沿中心長軸之平行線，沖壓折彎成90°，加工成直角角鋼條，鋼板條厚1cm。在此直角角鋼條之同一側(cè)，每相距2m處，剪切一等邊三角形。此等邊三角形的高即是直角角鋼邊的寬＝15cm。鋼條長12m，剪有5個切口，彎折、焊接成一個六角形的框形蓋，由上蓋、下蓋及六根棱柱組裝成一個單元。
7.以上材料送達工地時均加工有孔。2.98m高之柱上沿長軸方向每隔0.5m打一孔，合計5個孔，兩端再各打一孔?？仔木嘧笥叶诉?cm，這樣每條棱柱每邊開有7個孔。兩邊合計有14個孔，孔距離邊沿皆是5cm。
8.整個六角形框蓋，其水平面六條邊上，每條邊上加工有6個孔?？着c孔之間相距0.45m。即中間、左右相距0.45m各一孔(0.1m+0.45m+0.45m+0.45m+0.45m+0.1m＝2m)孔徑2cm?？蛏w之垂直側(cè)邊上，每條邊長2m，在轉(zhuǎn)角處，距角頂10cm處左右兩側(cè)各開有一個孔。正六角形框蓋，六條垂邊，每條垂邊開有2個孔，合計12個孔，孔徑為2cm。
9.總體沉箱內(nèi)部是由眾多單元，即眾多整六角形棱柱狀框架搭接裝配而成，其形狀如同蜜蜂營造的巢脾?？傮w框架上表面及下表面為六角形棱柱搭接10.整個沉箱的密封性能由纖維橡膠帶嵌入鋼板與框架中，由螺絲螺母固緊密封來完成。橡膠帶寬0.3m，長3m或2m(或3m的整倍數(shù))，厚度在1.5cm至2cm。
11.箱體下沉截流后，當(dāng)箱體高度達到施工所需之高度時，封頂。對于中、小河流，不必封頂也可達到截流之目的。
12.總箱體的安裝壯大，類同于新船下水，先安裝局部，在滑道上滑向水面，爭取到適當(dāng)浮力，再加高兩側(cè)及底壁之高度，加長底板長度，不斷地壯大箱體，加高箱體，逐步滑向水中，逐步下沉，逐步升高四壁，達到所需之高度。
13.整個籍體在水中，位置的固定由河岸放出80根至120根鋼索牽拉定位。兩岸打樁，固定鋼絲索。鋼絲索的直徑大小由整體沉箱可能遇上的最大洪水沖擊力大小，通過計算后決定。鋼絲索牽拉沉箱，其沉箱下方，所受壓力較大，可用粗鋼絲索。而沉箱之上部可以用細一點的鋼絲索牽拉。直徑在7cm～5cm。
14.龍骨的安裝。鋼絲索牽拉箱體是通過上游水與箱體接觸面處箱體上安裝的龍骨來完成的，龍骨由直角角鋼條制作，長30m，寬0.1m加直角折彎0.1m，厚0.02m。即龍骨鋼條厚0.02m。6根龍骨總長為180m，每層6根。假如沉箱高100m，設(shè)置4層龍骨。龍骨與鋼絲索的連接通過鋼鉤，每根龍骨長30m，開孔三處牽拉鋼索。即中同開有一孔，離中心點12m左右各開一孔，兩端還剩余3m，孔徑為8～5cm，每層有龍骨6根，計有孔18個。四層有龍骨24根，合計有孔72個，可牽拉鋼索72根，孔徑為8～5cm，龍骨與沉箱的連接是通過龍骨上的孔與沉箱框架上的孔，用螺絲螺帽進行連接的。因此孔與孔之間的距離應(yīng)與框架上的孔距一致。即每隔4.2m+1.8m＝6m開一孔。每條龍骨長30m，可開有4個孔，此孔直徑為2cm。
15.整個沉箱之蜂脾狀結(jié)構(gòu)，即六角形柱狀結(jié)構(gòu)安置方向是六角形呈水平方向展開。棱柱呈垂直方向升高。
16.用鋼絲索牽拉兩岸及沉箱，使沉箱在施工的全過程中，保持固定位置。沉箱施工完成后，也是依靠鋼絲索的拉力來抵消水對沉箱的巨大壓力及洪水的沖擊力。
17.對于沉箱所用鋼板的厚度關(guān)系到密封程度的螺絲的多少，密封條的材料性能等實踐中可作相應(yīng)調(diào)整。最后截流完成后可能出現(xiàn)的箱體縫處少量滲漏水的處理是采用開明溝用泵排除。
這項施工法其巨大經(jīng)濟效益、社會效益可以從下面幾點來考慮(一)用江水代替了大量石料。江水或河水就地取材，取之不盡。因而在經(jīng)濟上、經(jīng)費上節(jié)省數(shù)額巨大，縮短了施工時間。加快了水電站前期的建設(shè)。如果是在一般江河上建設(shè)中、小型水電站，那么沉箱法的優(yōu)勢就更為明顯。
(二)在運輸上可利用江河本身。鋼板及角鋼棱柱條均為散件，運輸十分方便，安裝也方便。
(三)截流壩的拆除工作，如果截流壩是石料、泥砂大壩，那么其工作量極為浩大。而用沉箱法施工，只需要將沉箱改為浮箱即成。將注水入箱改為抽水出箱即可，易如反掌。
(四)在國際上開創(chuàng)了一個大膽、科學(xué)、快速、優(yōu)質(zhì)的施工方法。
(五)給江河山川重新安排，給治山、治水、治沙漠提供了一個新的、強有力的工具和手段。多建中小水電站，保護大環(huán)境。緩解洞庭湖歷年大水之壓力。對水庫等各種水利設(shè)施的大修提供方便條件。
(六)總沉箱體拆開后，單元框架及鋼板可多次反復(fù)使用，異地使用。
(七)可在淡水季節(jié)當(dāng)年當(dāng)月施工，當(dāng)年當(dāng)月截流，防止因雨季來臨而造成的江水大起大落所造成的截流困難及危險。沉箱式截流法對于總箱體的形狀、大小均不作具體規(guī)定及限制，這要看河床、地形、水電站設(shè)計及水電站要求來決定。
(八)對于中、小型水電站的建設(shè)，對于舊水利設(shè)施的大修，例如，大型水庫的裂縫搶修工程，沉箱截流法提供了更廣闊的應(yīng)用范圍。在拆除臨時壩之前，用虹吸法調(diào)度水位。經(jīng)初步匡算下來用本法截流每m3花費160元左右，500萬m3的石料可調(diào)撥各地支援抗洪儲備物資的緊急需要。
權(quán)利要求
1.沉箱截流壩施工法。本發(fā)明是一項綜合性施工方法。其特征在于用一件總體沉箱來完成截流的主要部分。箱體為鋼材，外表面安裝鋼板。內(nèi)部由眾多六角形棱柱狀框架組合裝配而成?？傮w沉箱的組裝是在江河工地上進行。每個六角形棱柱狀框由兩個六角形框蓋及六根相同的棱柱組成?？傮w沉箱的組裝類同于蜜蜂營造巢脾。通過灌水進箱，鋼索牽拉沉箱定位來完成截流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工法，其特征在于正六角形棱柱框架其每個單元形狀、大小全部一致，外表面平整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之施工法，其特征在于施工中用螺絲、螺母、串聯(lián)、并聯(lián)組裝全部單元成為整體沉箱。
4.鋼板與總體框架的裝接處，其特征是襯填有橡膠類密封條。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述之施工法，其特征在于沉箱側(cè)面安裝有龍骨，通過鋼絲索牽拉龍骨及兩岸來達到定位箱體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述之施工法，其特征是箱體內(nèi)可安裝分隔鋼板，用制作隔艙的方法來加強沉箱的受力強度。
全文摘要
沉箱截流壩施工法公開了一種新的截流方法,水電站建設(shè)前期,江河需要截流。水電站建成,截流壩要拆除。這是一件工作量極為巨大的工作。用鋼鐵來制作沉浮箱,替代大量石塊泥砂來完成截流,可以做到快速、高效施工,可以在水深流急的峽谷河段施工,因而可以在全世界許多江河上游廣建大、中、小型水力發(fā)電站,沉箱是用直角角鋼作成六棱形框架,再在大件沉箱框架四周表面裝鋼板組合而成。采用鋼絲索來牽拉定位箱體,整個巨大箱體的沉浮控制,可用灌水進箱及排水出箱來完成。
文檔編號E02B7/04GK1173572SQ96110838
公開日1998年2月18日 申請日期1996年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月12日
發(fā)明者姚慧根 申請人:姚慧根