人民渠穿石亭江涵洞加固治理方案

钱波 郭军 李帮建

摘 要：河床演变，使河工建筑物上下游形成落差。本文分析了河段演变原因、陡坡稳定，根据分析结论提出了河工建筑物上下游衔接治理方案，对已有河工建筑物起到了保护作用，减小了河段剧烈演变现状。

关键词：河道；建筑物；衔接；治理方案

1 工程背景

人民渠干渠穿石亭江涵洞位于什邡市双盛镇与绵竹市新市镇交界的石亭江上，始建于1956年春，后经1962年、1964年、1970年、1975年扩改建，达到设计过水流量75m3/s，加大流量81m3/s的通水规模。自建成以来运行至今涵洞工程情况良好。该涵洞工程是人民渠干渠向涵洞下游灌区输水的控制性工程，控灌面积308.75万亩，同时还承担着涵洞下游灌区部分城镇居民生活、工农业生产、生态环境用水的输供水任务，工程的安全极其重要。

为实现对涵洞主体工程起到保护作用，减小工程河段剧烈演变的现状，本文在现场踏勘及收集基础资料的基础上，分析了工程现状特征、水毁成因及稳定状况提出了合理的治理方案。

2 工程水毁因素分析

由于地震灾后重建集中需要大量的砂砾石材料，河道下游出现了大量无序开采现象，中游采集中粗砂和砼粗骨料（卵砾石），形成大坑、深槽，破坏了河道糙率，人为加大了河床比降导致水流紊乱，冲刷加剧；5.12地震后，石亭江上游河段多次爆发了大型泥石流，上游河段於塞严重，河道内大量泥石流物质中分散着大量粒径小于0.1mm的粘性颗粒，对水流的粘性产生显著影响，大大减小了粗颗粒沉砂的沉速，使其具有较大的挟砂能力，这种高含砂流体具有很强的冲刷能力。这些因素导致了河流动力作用加大，冲淤平衡破坏，河道处于继续下切的不稳定状态。

工程河段原河道自然比降为4.5‰左右，经调查2008年-2013年工程河段河床变迁剧烈，涵洞上、下游原河道河床基本与涵洞顶齐平，仅仅几年的时间涵洞上、下游河道高差达20.29m，在涵洞上下游形成巨大的落差。工程河段漫滩杂乱，高差近10m，河床深槽摆布游荡，河床宽300-400m，但工程河段下游行洪断面最窄处仅80m，局部的缩窄使河流流速加大，增大了局部冲刷力，河床深槽进一步下切，加之“7.9”洪水突如其来，涨水迅速，冲击力极强，在这种情况下，河床受洪水的冲刷，再次严重下切，致使涵洞下游的消力池尾坎防冲槽齿板基础悬空垮塌，进而导致消力池基础掏刷，底板垮塌。

3 治理方案

工程治理原则是根据地形地质条件以及河流特征，合理选定各建筑物的形式，在确保主体建筑物安全运行的基础上，尽量力求运行安全、管理维护方便，节省工程量，降低工程投资。工程设计期间进行了拆除重建渡槽方案和保留主体涵洞加固治理方案的论证，经综合分析投资、影响范围、管理、运行、施工等条件，选定了加固治理方案。

4 工程布置

为使河道水流“逢正、归槽”，根据河道上游已建堤防安全超高和行洪安全，将涵洞洞顶行洪断面适当缩窄。洞顶修建钢筋砼空箱式挡墙，挡墙与上游护岸采用100m长扭面护坡衔接。在涵洞顶与下游河道的落差范围新建消力池，涵洞顶与消力池间修建C35抗冲耐磨砼陡坡连接段连接洞顶与消力池，洞顶高程567.30m，与原涵洞顶高程一致，陡坡坡比为1：2。消力池底板高程543.70m，池深4.5m，池长55m，池后接防冲槽，防冲槽齿板埋深10.0m，采用C30砼浇筑。陡坡段与消力池段两岸边墙采用重力式挡土墙结构，挡土墙采用C25埋石砼结构，消力池末端河道堤防采用砂卵石砼面板护坡，堤防护坡新建总长度200m。护坡与消力池边墙以扭面渐变衔接，扭面渐变段长60m，护坡末端与河段已建护岸封闭衔接。按照“挖河心、固河岸、消除倒滩水、稳定河势”的基本原则，对整治河段高滩按自然稳定河床比降和稳定河宽进行平整，将平整开挖料填至两岸台地或岸坡坡脚。

5 陡坡段稳定计算

（1）砂卵石土体凝聚力C=0 Kpa，内摩擦角27-36度，天然容重2.1-2.2g/cm3，浮容重1.15-1.25g/cm3，渗透系数（1～5）×10-3-7.60×10-2cm/s。（2）边坡等级及抗滑稳定安全系数标准。本工程主要建筑物级别为3级，相应边坡级别为3级，各运用条件下边坡抗滑稳定安全系数按规范标准为1.05-1.20。（3）地震参数：工程场地地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.40s，对应的地震烈度均为Ⅶ度。（4）边界条件。边坡水平计算长度在上、下游边界处各延伸15-20m；垂直计算深度取到坡脚密实砂卵石基礎以下10m左右。两边坡正常运用工况上游水位与涵洞顶齐平，下游水位为消力池底板高程。（5）设计计算方法：采用边坡稳定计算的毕肖普计算法，计算参数选用线性指标。计算程序采用河海大学土石坝边坡渗流、稳定有限元分析系统Autobank7.exe。（6）计算成果分析及支护措施。计算滑弧顶部在边坡内侧，下部滑出点位于边坡较陡的坡脚临空面处。从计算所得滑动面来看，滑带主要在地层物性指标较差的各类砂卵石中，因而计算成果是合理的。消力池边坡的抗滑稳定安全系数计算值在各工况下均满足规范要求值。稳定计算结果说明消力池陡坡支护设计是合理的。涵洞顶与消力池间修建C35抗冲耐磨砼陡坡连接段连接洞顶与消力池，陡坡坡比为1：2。陡坡结构分两层：底层为1.3m厚C30砼，面层采用0.5m厚C35抗冲耐磨砼，并设置相应的排水设施减小渗透压力。

6 结束语

工程在砂砾石河床上修建上下游落差达20余米的河道衔接建筑物，类似工程很少。利用本加固治理方案衔接型式，不仅对原有河工建筑物起到了保护作用，同时也节约了投资，有利于减小河段剧烈演变现状。为在平原河道建筑物的上下游在的落差进行工程衔接积累了经验。

参考文献

[1]华东水利学院.水工设计手册（第六卷）[M].北京：水利电力出版社，1987.

[2]陈德亮.水工建筑物[M].北京：水利电力出版社，2001.

作者简介：钱波（1982-），男，四川营山人，都江堰人民渠第一管理处什邡站，工程师，本科学历，研究方向：水利工程设计、施工。

郭军（1963-），男，四川什邡人，都江堰人民渠第一管理处什邡站，工程师，大专学历，研究方向：水利水电工程。

李帮建（1961-），男，四川什邡人，都江堰人民渠第一管理处什邡站，助工，中专学历，研究方向：水利水电工程。