咸阳湖2#橡胶坝局部水毁应急修复工程设计浅析

2017-08-01宁少妮

陕西水利 2017年2期

宁少妮

宁少妮

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西西安710001）

由于渭河河床下切，导致咸阳湖2#橡胶坝坝后消能设施发生局部水毁，如继续遭受冲刷将严重影响2#橡胶坝坝体及基础安全，继而很有可能引发大坝垮塌，严重影响咸阳湖两岸的人民安全问题，所以对2#坝局部水毁进行应急修复，是十分必要的。结合咸阳湖2#橡胶坝局部水毁情况，通过分析水毁原因、对原设计复核、计算修复河床冲刷深度等方法，对2#坝局部水毁修复进行加固方案总体布置，解决了咸阳湖2#橡胶坝主体工程的安全隐患，使得2#橡胶坝能平稳运行。

咸阳湖；局部水毁；修复工程设计

1 概况

2005年渭河咸阳城区段综合治理工程建成，简称“咸阳湖”，主河槽首尾布设1#、2#橡胶坝。2#橡胶坝，位于工程区下游泄洪蓄水渠尾部，橡胶坝底板顶高程381.47 m，坝高3.5 m。垂直水流方向坝长260 m。顺水流方向总长度为71 m，其中上游抛石防冲槽段长8 m，铺盖段长10 m，橡胶坝底板段长12 m，消力池段长12 m，海漫段21 m，下游抛石防冲槽段长8 m。

2015年1月13日2#橡胶坝坝后消能设施发生局部水毁，主要是坝后海漫段及格宾笼石毁坏严重，如继续遭受冲刷将严重影响2#橡胶坝坝体及基础安全，继而很有可能引发大坝垮塌，严重影响咸阳湖两岸的人民安全问题，所以对2#坝局部水毁进行应急修复，是十分必要的。

2 工程建设缘由

2.1 局部水毁情况

2015年1月13日2#橡胶坝坝后消能设施发生局部水毁，经现场勘查钢筋混凝土海漫段基础大部分悬空，下游格宾笼石大部分冲毁，消力池底板有裂缝。

（1）钢筋混凝土海漫段水毁情况：经统计六块海漫段发生全部断裂或者部分断裂，其余八块海漫基础大部分被掏空。

（2）消力池底板裂缝情况：两块消力池底板呈八字形裂缝，延顺水流方向6 m，垂直水流方向15 m。消力池基础有局部掏空。

（3）下游格宾笼石水毁情况：除淤积部分两块格宾笼石完好，其余段格宾笼石冲毁严重，格宾网与石头完全分离，南北两条主河床格宾笼石已无踪影。

2.2 局部水毁原因分析

2.2.1 水毁后河床地形测量

为进行河床下切原因分析，合理进行2#坝坝后修复设计和复核工作，本次治理河段在内的约500 m河道地形图全面复测工作。

2.2.2 局部水毁的原因

（1）原设计河床地形及主要设计高程复核

根据渭河历年河道实测资料，本治理河段属于滩槽分明的河道形态。依据2004年实测资料，2#坝河床滩槽分明，坝后主河床宽约100 m，位于南侧，北侧为高漫滩，范围大，漫滩高程为383.03～383.91 m，局部为382.40 m。

根据《橡胶坝工程技术规范》（GBT50979-2014），结合坝址河段的实际情况，设计确定2#橡胶坝底板高程为381.47 m，比漫滩高程低1.6 m左右。同时，由于坝址上下游河床除主河槽外均高于坝底板高程，因此，设计对坝址上下游河床进行疏浚平整设计，坝前河床疏浚高程381.30 m，较坝底板低0.17 m；坝后消能设施以下河床疏浚高程381.21 m，较原漫滩高程383.03～383.91 m低1.82 m左右，消能末端块石砼海漫顶部设计高程381.27 m，以0.65‰与下游疏浚高程381.21 m平顺衔接，消能末端基本不存在落差现象。

（2）复测河床地形对比分析

根据2016年2月工地现场实测河床高程成果：2#橡胶坝坝后河床与原设计状态相差很大，坝后约200 m范围内原有的北侧高漫滩明显萎缩，滩槽分明的河道形态被改变，坝后约500 m范围内冲刷出2条下切深河床，一条为原有主河床，位于南侧，河床宽度约50 m，坝后河床高程实测为377.71 m左右，较原施工图纸中海漫末端设计高程381.21降低了3.5 m；另外一条为新冲刷的主河床，位于北侧靠近北岸高漫滩，河床宽度约50 m，坝后河床高程实测为377.38 m左右，较原施工图纸中海漫末端设计高程381.21降低了3.83 m。新淤积的高漫滩位于2条主河床中间，范围较大，顺水流方向长380 m，宽度约60 m～200 m，高程为381.5 m～382.6，较现状主河床高程377.38，高4.12 m左右。

（3）水毁原因

通过上述对比分析，坝址区不仅滩槽分明的河道形态发生改变，而且坝后现状实测河床高程377.38 m，要比2004年河床漫滩高程383.03～383.93 m低5.65 m左右，也比原施工图纸中的设计疏浚河床高程381.21 m低了3.83 m。

因此，综合分析认为：2#坝发生局部水毁的主要原因是坝址区河床发生较大变化，主河床高程下切严重，坝后河床高程较原施工图纸中的设计疏浚河床高程低了3.83 m，坝后新增3.8 m落差水能，使得消能设施末端与下游河床不能按原设计要求平顺衔接，新增的3.8 m落差水能无法消除，导致2#坝发生局部水毁。

2.3 河床下切原因分析

在工程设计至工程运行期间，即2004年～2016年的12年中，河道断面总体变化较大。主要体现在：深泓下切，原有高漫滩严重萎缩，河床高程下切严重。

综合分析，河床下切的主要原因：一是受小水小沙年份自然条件的影响，渭河自然冲刷下切造成，使北侧主河槽不同程度下切；二是在工程开工前和施工过程中存在采砂开挖，使原有的高漫滩不复存在；而随着沿河两岸城镇建设的快速发展，采砂现象日趋严重；三是施工期扰动；四是河床下切变化符合渭河中游河段近年的演变趋势。

总体而言，咸阳湖城区河段发生的河床下切变化符合渭河中游河段近年的演变趋势：渭河流域近年水沙条件变化较大，整体处于小水小沙年份，水流淘刷主槽加剧；加之沿河城市建设的飞速发展，使得渭河沿线河道疯狂采砂，对整个渭河中游河道破坏严重，甚至影响到下游潼关高程下降1.0 m左右。

典型实例1：咸阳市2008年底建成投入运行不到5年的石头河供水管线穿渭河倒虹管道于去年2013年9月被冲出，管道折断。冲刷水毁的具体情况为：穿渭河管道原设计主槽段管道埋深7.4 m，两侧漫滩埋深大于7.4 m，去年9月不但把管道顶部大于7.4 m的河床覆土冲掉，而且将管道底部河床掏空，导致管道悬空、折断。此外，在该供水管线上游约10 km处跨渭河的周普大桥，桥基横系梁已被冲出5 m～6 m深。

典型实例2：咸阳湖，距离2#坝下游约554 m处的陇海铁路桥，由于河床下切，桥墩基础已明显外露。

典型实例3：咸阳湖，由于河床下切，陇海铁路桥以东附近河道形成落差3 m高左右小瀑布，市民形象称之为“小壶口”。小瀑布由于河床地质钙化造成水流落差，对铁路桥和橡胶坝存在安全隐患。

因此，渭河中游河段近年河床的剧烈演变，导致沿线河道普遍下切严重。

3 工程建设的必要性

咸阳湖自2005年建成至今，经历10余年的河床下切，日积月累对2#橡胶坝坝后海漫段及格宾笼石毁坏严重，如继续遭受冲刷将严重影响2#橡胶坝坝体及基础安全，继而很有可能引发大坝垮塌。因此为确保咸阳湖两岸的人民安全问题，对2#坝局部水毁进行应急修复，是十分必要的。并且在未来5月的汛期来临之前，工程建设是更加迫切的。

4 工程修复设计

4.1 复核原设计

为确保消能设施和下游河床平顺连接，对2#坝按照不同工况进行消能复核计算，复核后认为：原设计确定的2#坝位置、坝底板高程和结构形式是合理的，坝后消能设计及衔接布置亦是合理，符合《橡胶坝工程技术规范》[1]的要求。

4.2 工程修复河床冲刷深度计算

鉴于目前河道形态变化较大，河床下切较大，为确保2#橡胶坝修复工程消能防冲安全，

河床冲刷深度按《水闸设计规范》[2]中公式进行计算：

海漫末端的河床冲刷深度计算

式中：dm为海漫末端河床冲刷深度（m）；qm为海漫末端单宽流量（m2/s）；[v0]为河床土质允许不冲流速（m/s）；hm为海漫末端河床水深（m）。

根据以上计算成果，本次设计坝后防冲深度取深泓以下4m。

4.3 工程修复设计总体布置

根据上述计算复核结果，结合现状河床下切严重情况，维持现状一级消能设计方案。由于河床下切较深，在钢筋砼海漫末端新增设现浇C20块石砼防冲斜墙，坡比为1∶2.5，防止下游柔性格宾笼石被淘刷后，砂基溯源回淘，新增设台阶式柔性格宾笼石与现状河床高程平顺衔接。

本次水毁修复设计方案如下：

（1）对现状水毁钢筋砼海漫段的处理措施为：拆除重建已毁坏的海漫，修复外观完好的海漫。

（2）本次修复范围内所有砼结构的基础处理：施工前应先清基（厚300 mm），对地基局部淤泥软弱层挖除1 m采用砂砾石换填，对所有砼结构基础采用河道内的砂砾石夯填，分层碾压至设计建基面。

（3）对未拆除的钢筋砼海漫段以及消力池和中隔墙裂缝进行基础修复，人工回填砼底板下的空洞。要求先清理空洞区垃圾，回填河道内的砂砾石，尽量密实。

（4）本次水毁修复范围：以橡胶坝底板末端为起点，顺水流方向65.54 m，垂直水流方向260 m。顺水流方向：消力池底部空洞检查修复12 m，恢复重建钢筋砼海漫段11 m，新建C25块石砼海漫段12 m及防冲墙18.8 m，防冲墙坡比1∶2.5，基础位于深泓高程377.38 m以下4 m；下游柔性格宾笼石及抛石防冲槽共长30.54 m。

（5）全面检查并修复各条伸缩缝，视具体情况进行伸缩缝防渗处理：新建钢筋砼结构之间的伸缩缝内设651型橡胶止水带，其它新老砼及块石砼结构缝内设膨胀止水条，伸缩缝宽2 cm，填缝材料采用聚氯乙烯闭孔泡沫板。

（6）上述措施施工结束后，再进行针对性灌浆处理：主要对钢筋砼海漫未拆除段空洞以及消力池两块底板空洞进行重点灌浆处理。灌浆要求：以注浆为主，视具体情况可给一定的灌浆压力；浆液为稠水泥浆。

（7）充分利用拆除的钢筋砼板，用于工程末端的防冲作用，要求堆砌于工程末端的防冲槽及防冲槽下游，整齐摆放。