紅巖渠石亭江涵洞加固方案
2015-07-13
1 工程概況
紅巖渠穿石亭江涵洞位于什邡市洛水鎮(zhèn)與綿竹市廣濟(jì)鎮(zhèn)交界之石亭江上，始建于1966年春，1969年竣工。主體為卵石拱涵洞，總長(zhǎng)430m（入口閘門到出口泄水閘）。紅巖渠穿石亭江涵洞設(shè)計(jì)流量為20.0m3/s，灌溉面積達(dá)17.08萬(wàn)畝。2013年7月4日、8日和10日，灌區(qū)普降暴雨，石亭江高景關(guān)水文測(cè)站洪峰流量達(dá)2710m3/s，是建國(guó)以來(lái)最大的洪水。根據(jù)洪水頻率查詢，石亭江約50年一遇洪水。本次洪水造成紅巖渠穿石亭江涵洞下游河床下切，涵洞頂部與下游河床高差達(dá)20余米。消力池左岸擋土墻垮塌，消力池大部份被沖毀，涵洞下游斜坡局部懸空，直接威脅到涵洞本身的安全，涵洞一旦失事，將導(dǎo)致該涵洞下游灌區(qū)17.08萬(wàn)畝農(nóng)田灌溉用水中斷。
2 工程總體布置
工程總布置的原則是，根據(jù)地形地質(zhì)條件以及河流特征，合理選定各建筑物的形式，在確保建筑物安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，盡量力求運(yùn)行安全、管理維護(hù)方便，節(jié)省工程量，降低工程投資。根據(jù)選定的紅巖渠石亭江洛水段、廣濟(jì)段河道整治方案（根據(jù)河道上游已建堤防安全超高和行洪安全，使河道水流逢正、歸槽，將涵洞洞頂行洪斷面由原來(lái)的385m縮窄至315m。），在涵洞頂與下游河道22.17m落差范圍內(nèi)，修復(fù)石亭江該河段河床陡坡連接工程及消能工程，使上下游河床良好銜接，加固兩岸堤防和護(hù)岸工程。
涵洞頂與消力池間修建C35抗沖耐磨砼陡坡連接涵洞頂與消力池，涵洞頂高程604.8m，與原涵洞頂高程一致，陡坡段水平投影總長(zhǎng)50.72m，陡坡坡比為1：2。消力池底板高程580.00m，池深4.5m，池長(zhǎng)50m，池后接C30砼防沖槽，防沖槽埋深12.0m。陡坡段與消力池段兩岸邊墻采用重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，擋土墻采用C25埋石砼結(jié)構(gòu)，消力池末端河道堤防采用C25埋石砼面板堤型，上下游、左右岸堤防護(hù)坡新建總長(zhǎng)度1350m。上游護(hù)坡與擋土墻和消力池邊墻與下游護(hù)坡以扭面漸變銜接，護(hù)坡末端與河段已建護(hù)岸銜接并封頭，涵洞頂采用空箱式擋土墻結(jié)構(gòu)。斜坡段與消力池垂直水流向?qū)挾染鶠?15m。
2.1 空箱式擋土墻
為使河道水流“逢正、歸槽”，根據(jù)河道上游已建堤防安全超高和行洪安全，將涵洞洞頂行洪斷面由原來(lái)的385m縮窄至315m。洞頂修建鋼筋砼空箱式擋土墻，擋土墻與上游重力式擋土墻相接。空箱式擋土墻高4.55m，總長(zhǎng)9.6m，總寬5.0m，分四個(gè)箱體平均布置，空箱內(nèi)用碳渣回填，每箱體底部設(shè)φ50mm排水孔。
2.2 陡坡
涵洞頂與消力池間修建C35抗沖耐磨鋼筋砼陡坡連接段連接洞頂與消力池，洞頂高程604.8m，與原涵洞頂高程一致，陡坡坡比為1：2，陡坡段水平投影總長(zhǎng)50.72m。
新建陡坡上段，針對(duì)原陡坡的現(xiàn)狀（表面已磨損），在現(xiàn)存陡坡段上植φ20鋼筋，間距2.0m，梅花形布置后，澆筑厚0.5mC35抗沖耐磨砼與原陡坡銜接，該段順?biāo)飨蛩酵队伴L(zhǎng)度為24m，陡坡首端與洞頂采用水平面板銜接，銜接段嵌入涵洞頂砼面板內(nèi)2.0m與原洞頂高程一致，水平銜接段后與斜坡段起坡點(diǎn)采用圓弧連接，圓弧半徑2.0m，新建C35抗沖耐磨砼面板設(shè)Φ50PVC排水管，排水管與原有排水管相連。
2.3 消力池
本項(xiàng)目?jī)?nèi)消能方案采用下挖式消力池消能，消力池底板高程580.00，尾坎頂高程584.50m，池深4.5m，池長(zhǎng)45m。消力池底板厚2.0m，分2層結(jié)構(gòu)進(jìn)行澆筑，底板面層采用0.5m厚C35抗沖耐磨砼結(jié)構(gòu)，底板下層采用C30埋石砼結(jié)構(gòu)，消力池底板設(shè)φ50PVC排水管，間距2.0m呈梅花型布置的排水管，下設(shè)0.4m厚反濾層。消力池后尾坎采用1：0.5的斜坡。面層采用C35抗沖耐磨砼結(jié)構(gòu)，下層采用C30埋石砼結(jié)構(gòu)。消力池底板與斜坡段、邊墻連接處均設(shè)置沉降縫，消力池底板在中間位置設(shè)置沉降縫，縱向每15m設(shè)置沉降縫。
2.4 防沖槽
為進(jìn)一步消除水流剩余能量，使水流在較短距離內(nèi)均勻擴(kuò)散到下游河床全斷面，減小水流折沖，保護(hù)消力池后面的一定范圍河床和河岸不受沖刷，保證消力池的安全，必須對(duì)消力池后一定范圍內(nèi)的河床進(jìn)行防護(hù)。因此，在消力池后設(shè)置防沖槽，防沖齒墻水平段長(zhǎng)2.0m，厚2.5m，防沖齒墻斜坡坡比1：2，防沖齒墻總高12m，齒墻厚1.2 m，采用C30砼澆筑，齒板基礎(chǔ)底寬5.0m，高2.0m，采用C30砼澆筑。
2.5 陡坡邊墻與消力池邊墻
根據(jù)地形及工程布置，河段堤頂與河床高差達(dá)20m以上，為防止堤防破壞，需修建陡坡段邊墻和消力池邊墻與堤防護(hù)坡銜接。高邊坡邊墻設(shè)計(jì)采用重力式擋土墻，墻身采用采用C25埋石砼結(jié)構(gòu)。
重力式擋土墻總高度5.53-14m，墻頂高程590.00-607.24m，陡坡首端邊墻高5.53m，末端與消力池邊墻相交處高14.0m，順?biāo)飨蛩酵队伴L(zhǎng)49.4m，首、末端邊墻漸變銜接，漸變段基礎(chǔ)為階梯式基礎(chǔ)，階梯高1.0m寬2.0m，在邊墻中部設(shè)沉降變形縫，縫內(nèi)填瀝青杉木板。重力式擋土墻墻頂寬1.0m，在重力式擋土墻墻板上設(shè)置φ5cm間距2.0m呈梅花型布置的排水管，排水管管后設(shè)級(jí)配砂卵石反濾層并用透水土工布包頭。
3 陡坡段建筑物設(shè)計(jì)
3.1 陡坡段流速計(jì)算
根據(jù)紅巖渠石亭江洛水段、廣濟(jì)段河道整治工程范圍內(nèi)紅巖渠石亭江涵洞的具體情況，2013年“7.9”洪水后，沖毀原涵洞消力池部分，僅余原工程部分消力池底板和全部涵洞陡坡，由于紅巖渠石亭江涵洞處于石亭江中上游，推移質(zhì)大。故陡坡設(shè)C35抗沖耐磨砼面層。
經(jīng)計(jì)算，陡坡上最大流速達(dá)18.38m/s，摻氣水深為0.82m。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，在原陡坡上新澆筑0.5米C35抗沖耐磨砼（AFC35）和新建1：2陡坡面層澆筑0.5米C35抗沖耐磨砼（AFC35）以達(dá)到砼的抗沖耐磨性。
3.2 陡坡段穩(wěn)定計(jì)算
3.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算方法
采用邊坡穩(wěn)定計(jì)算的畢肖普計(jì)算法，計(jì)算參數(shù)選用線性指標(biāo)。
計(jì)算程序采用河海大學(xué)土石壩邊坡滲流、穩(wěn)定有限元分析系統(tǒng)Autobank7.exe。
3.2.2 計(jì)算成果分析和擬定支護(hù)措施：
計(jì)算滑弧頂部在邊坡內(nèi)側(cè)，下部滑出點(diǎn)位于邊坡較陡的坡腳臨空面處。從計(jì)算所得滑動(dòng)面來(lái)看，滑帶主要在地層物性指標(biāo)較差的各類砂卵石中，因而計(jì)算成果是合理的。
消力池（除正常運(yùn)用及非常運(yùn)用Ⅱ工況）及齒墻邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值在各工況下均滿足規(guī)范要求值。
穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果說(shuō)明消力池邊坡支護(hù)按照實(shí)施方案設(shè)計(jì)是合理的。由于消力池邊坡在正常運(yùn)用及非常運(yùn)用Ⅱ工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值略低于規(guī)范要求值，且消力池底板置于砂卵石層基礎(chǔ)。
4 結(jié)束語(yǔ)
該工程為在砂礫石河床上修建上下游落差達(dá)20余米的河道銜接建筑物，在國(guó)內(nèi)的類似工程少，成功地利用本銜接型式，不僅保證了原工程的安全，同時(shí)也節(jié)約了投資，也為在平原河道建筑物的上下游在的落差進(jìn)行工程銜接積累了經(jīng)驗(yàn)。
