尤溪防洪二期工程梅仙段左岸施工

2017-05-11

湖南水利水电 2017年3期

关键词：堤段尤溪抛石

（福建省尤溪县水电工程管理站三明市365000）

尤溪防洪二期工程梅仙段左岸施工

田光鹏

（福建省尤溪县水电工程管理站三明市365000）

福建省闽江上游尤溪流域防洪二期工程（尤溪段）是保障人民生活及生产，促进社会和谐发展的民生工程。在其梅仙段左岸原施工设计中存在诸多问题，文针章对问题提出变更方案使施工可行。

闽江防洪梅仙段施工变更

前言

福建省闽江上游尤溪流域防洪二期工程（尤溪段）地处尤溪县城关镇、西城镇、梅仙镇、坂面镇、洋中镇，拟新建7条堤段（解联建堤段、埔头堤段、汶潭堤段、梅仙堤段、坂面堤段、后洋坪堤段、洋中堤段），合计27.18km；移动排涝站3座，水闸3座。尤溪县城区防洪标准按20年一遇，其余乡镇按10年一遇。施工总工期3年，工程静态总投资34595万元，其中工程部分静态总投资29277万元，移民征地补偿静态总投资2982万元，水土保持工程静态总投资1964万元，环境保护工程静态总投资370万元。闽江上游尤溪流域防洪二期工程（尤溪段），有助于区域社会经济的发展，提高城市品位，完善防洪体系和提高防洪标准的需要，提升海峡西岸经济区防洪保障能力，整体推进防洪治理，构建防洪减灾体系。是保障人民生活及生产，促进社会和谐发民展的民生工程，其建设是十分必要和紧迫的。

梅仙堤段总长4267.0m，保护对象主要为沿岸村庄及工业园区。设计的洪水标准确定为20年一遇洪水，堤型结构为复合式堤和衡重式埋石混凝土堤。其左岸堤段洪水水面线高程为（96.28～93.40）m，堤防高度（9.64～10.34）m，堤防长2619.5m。桩号MX（左）0+000.0～MX（左）1+054.6、MX（左）1+780.7～MX（左）2+619.5，为下部重力式C15埋石混凝土挡墙、上部土堤的复合式防洪堤，下部挡墙高（5.64～6.34） m，堤顶宽0.8m，堤顶设C20压顶混凝土，厚200 mm，迎水面边坡1∶0.30，背水面边坡1∶0.15，堤防背后填土。上部土堤，堤高4m，迎水面坡比为1∶2.0，植草皮护坡，迎水面坡顶设0.8m高钢筋防浪墙，坡顶高程（96.88～94.00）m，堤顶设置防汛道路。两级防洪堤之间的亲水平台高程为（93.88～91.00）m，宽3.0 m，平台下部铺150mm厚碎石垫层，预制混凝土块路面。桩号MX（左）1+054.6～MX（左）1+780.7为衡重式C15埋石混凝土堤，堤高（9.27～9.52）m，堤顶高程为（95.20～94.09）m，迎水面堤顶设0.8m高钢筋防浪墙，堤顶宽0.8m，迎水面坡比1∶0.15，上墙高4.5m，背水面上墙坡比1∶0.25，台宽2.6m，下墙坡比1∶0.35。基础设C15垫层厚150mm，堤防背后填土，填土至堤顶高程。

1 存在问题

根据原设计施工图，梅仙段左岸石龟倒桩号0+ 750～0+930堤段基础为抛石与网箱石笼，设计基础处理方案为水下抛石一定高度后进行平整，而后安置网箱石笼至85.10m高程，高程85.10以上为抛石与格网石笼护垫。根据设计要求网箱石笼安置高度（2～5）m，层数（2～5）层，网箱石笼需外购并由厂家进行指导制安。但是受雍口水库库水位影响，本堤段基础施工时需在水下作业，水深为（3.6～8.5）m，在准备施工时网箱石笼生产厂家工作人员到现场察看，认为水下抛石整平与网箱石笼安置十分困难，质量不予保证，格网石笼护垫施工同样存在此问题，后经联系多家生产厂家均如此表态。

2 变更施工方案

2.1 变更施工方案原则

针对梅仙段左岸存在的问题，变更方案从安全、可行角度出发，拟定变更原则：

（1）变更后建设标准与原设计一致；

（2）变更断面稳定满足相关规范要求；

（3）变更后水位变化不影响原设计堤顶高程；

（4）变更断面满足不冲流速要求；

（5）变更断面应便于施工与后期维护；

（6）变更后堤段尽量做到断面最优，工程量最省。

2.2 变更方案影响分析复核

变更方案稳定性主要从变更后水位变化影响、堤脚防冲稳定、堤防整体稳定与变更后投资影响进行分析，进而对变更方案进行评价。

（1）水位影响分析。

根据闽江上游尤溪流域防洪二期工程初设报告水面线计算控制断面以及本工程总平面图看出，变更堤段不属于水文计算控制断面，现状河床常年受冲刷形成天然凹岸，堤防建设后桩号0+750～0+930段河面行洪水面宽度达（130～150）m，岸坡受冲刷坡面陡。距变更堤段下游60m处的桩号0+989.131～ 1+036.803堤段行洪水面宽度为（115～125）m，且高程87.60m以上滩涂宽度达（10～42）m，行洪宽度较变更段窄小很多。

本次涉及变更堤段位于桩号0+750～0+930段，根据变更方案断面图可以看出，桩号0+750～0+0+ 842.927堤段变更方案堤脚宽度较原设计小；桩号0+842.927～0+920.051堤脚较原设计宽（0～1.265）m，过水断面面积小（0.51～2.02）m2，但是缩窄面积占河道行洪面积甚微，且变更段现状河床常年受冲刷形成天然凹岸，河床较上下游水面宽（15～35）m，可认为本堤段变更后不存在阻洪问题，同时本项目为雍口电站库区范围河段，水库库容大，库区调节平衡能力强，变更堤段位于河床凹岸，所处河床水面宽，不是水文计算控制断面。因此可以认为堤防建成后，较原设计变更堤段不会对上下游水位产生影响。

（2）堤基防冲复核。

①抛石粒径计算。尤溪流域防洪二期工程梅仙段水面线推算成果（见初设报告表4-7-8与图4-7-2），变更项目位于初设计算水文C1～C5断面范围内，其流速范围为（2.28～3.12）m/s，本方案从安全角度出发，计算流速采用3.5m/s。根据《堤防工程设计规范》要求，抛石护角需进行抛石粒径计算，经计算，当抛石粒径为0.70m，计算单个重量约385kg，同时规范要求抛石厚度不小于抛石粒径2倍，坡度宜缓于1∶1.5，本次变更方案堤基常水位以下采用人工锚固抛石，每组重量要求不小于600kg，常水位以上为理砌抛石，护面边坡为1∶1.75，因此变更抛石基础处理方案合理可行。抛石粒径计算过程如下：

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）附录D.3.4规定，在水流作用下，防护工程护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径（折算粒径）可按下式计算：

式中d——折算直径（m），按球形折算；

W——石块重量（kN）；

V——水流流速（m/s），从安全角度出发流速取值3.5m/s；

g——重力加速度（9.81m/s2）；

C——石块运动的稳定系数；取值0.9（按倾斜底坡考虑，偏安全）；

rs——石块的重度，取值21.0kN/m3；

r——水的重度，取值10kN/m3。

经计算，抛石折算粒径d=0.70m，单个重量W= 3.78kN，约385kg，本次设计护面人工锚固抛石单组重量不小于600kg，满足块石粒径要求。

②冲刷深度计算。按照《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）的规定，对防洪堤脚冲刷坑深度进行验算，为便于计算，本次选择桩号0+858.132断面进行复核，计算结果见表1。平顺护岸冲刷深度可按下列公式计算：hs=Ho[（Ucp/Uc）n-1] Ucp=U×2η/（1+η）

表1 各粒径抛石冲刷深度计算成果

Uc=1.08×[g×d50×（rs-r）]0.5×（Ho/d50）（1/7）

式中hs——局部冲刷深度（m）；

Ho——冲刷处的水深（m）；

UCP——近岸垂线平均流速（m/s）；

n——与防护岸坡在平面上的形状有关，取值范围n=1/4～1/6，本次取值；

UC——泥沙起动流速（m/s），对于卵石的启动流速，可采用长江科学院的启动公式计算；

d50——床沙的中值粒径（m）；

U——行近流速（m/s），取值3.5m/s；

η——水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α查规范采用，冲刷脚为40°，查表η= 1.75。

本次变更段位于冲刷凹岸，水流流速大，从安全与施工角度出发，变更方案人工锚固抛石面层厚度为（1.5～3.2）m。

（3）堤防整体稳定计算。

①堤防渗流稳定计算。本堤段为山区河流，洪水暴涨暴落，一般一场洪水过程历时24h左右，因此复合式堤防（土堤堤身）挡水时间内不一定能形成稳定渗流，根据初设报告本堤段地勘成果，项目区堤基大部分为砂卵石，为强透水层，洪水可能通过砂卵石层在背水坡堤脚处逸出，形成稳定渗流，为此根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98），计算考虑稳定渗流以及水位骤降工况下的渗流。渗流计算是根据项目工程地质勘察报告提供的地质参数建议值及参照类似工程经验值，选取各土层渗透系数如表2。