红石嘴枢纽冲砂闸下游消能设施除险加固研究
2020-12-22汪剑安陈玉兵
汪剑安,陈玉兵
(1. 安徽省淠史杭灌区管理总局,安徽 六安 237005;2.安徽省淠史杭灌区管理总局红石嘴管理处,安徽 金寨 237000)
2016年入汛以来,红石嘴渠首枢纽工程在经受住洪水考验的同时,其部分建筑物遭受了不同程度的损坏。其中冲砂闸下游海漫、护坡等部位损坏严重。为确保枢纽工程安全度汛,必须对冲砂闸下游消能设施进行除险加固。
1 加固方案
本次应急水毁修复主要内容对红石嘴冲砂闸下游消能设施进行加固。
1.1 冲砂闸下游消能设施设计
洪水过后,冲砂闸下游海漫大部分冲毁,两岸干砌石护坡坍塌严重,左岸长度约16.5m,右岸长度约30m。根据消能防冲复核计算,红石嘴冲砂闸现状消能工不能满足设计消能要求,需增加一级消力池尾坎高度,并需增设二级消力池。经计算一级消力池尾坎高度2.1m,现状消力坎高1.8m。本次加固对原消力坎表面进行凿毛,浇筑400mm厚钢筋砼面层,加固后消力坎顶面高程为62.10m。
本次应急水毁修复增设二级消力池长35m,其中斜坡段长19.20m。水平段长15.80m。消力池宽38m,池深1.72m,池底高程57.30m,底板厚0.5m,尾坎高1.72m,末端坎顶高程58.50m。消力池底板设φ100mm@2000mm排水孔,底板下部设置反滤层厚600mm,其下设土工布1层。消力池为C25钢筋混凝土结构,为适应温度及沉陷变形,沿底板顺水流向对称轴线分两块浇筑,分块间设伸缩缝。消能剖面图,如图1所示。
图1 冲砂闸下游消能剖面图
二级消力池两侧采用C20混凝土重力式挡土墙,各长35m。挡土墙顶宽0.5m,墙高4.8m,墙顶高程62.10m;挡土墙底板厚0.5m,宽3.5m,前后趾长度均为0.5m。海漫段两侧采用C20混凝土重力式挡土墙,两侧墙长度均为30m。挡土墙顶宽0.4m,墙高3.2m,墙顶高程62.10m~61.70m;挡土墙底板厚0.4m,宽2.8m,前后趾长度均为0.4m。挡土墙排水管材料、规格、间距均为DN-75@2000,进口用土工布包扎。挡土墙顶至岸坡设3.0m宽平台,平台高程62.10m,平台以上至65.40m高程采用120mm厚C20混凝土预制锁块护坡,下设100mm瓜子片垫层。
在二级消力池后布置M10浆砌块石海漫长15.0m,厚0.4m,下设100mm碎石垫层;浆砌石海漫后接10.0m长干砌石海漫,厚0.4m,下设100mm碎石垫层;海漫末端设5.0m长抛石防冲槽,防冲槽顶面高程为58.50m,槽深1.5m,底宽2.0m,防冲槽后接现状河道。
在二级消力池尾坎采用高压摆喷桩进行地基加固,孔径0.9m,孔距0.80m。旋喷桩底高程为37.50m,桩顶高程为46.53m,桩深8.93m。
由于史河公路桥桥墩位于二级消力池水平段内,本次对桥墩进行外包C25钢筋砼保护,桥墩外包厚度0.5m,高度为二级消力池底板以上1.6m。
1.2 消能防冲计算
冲砂闸消能防冲设计条件:上游水位(库水位)为69.00m,下游水位(史河水位)为63.50m,开闸下泄流量347m3/s。采用文[4]附录B消能防冲计算公式,经计算冲砂闸和洪河闸一级消能复核结果如表1所列。
表1 冲砂闸一级消能复核结果
经计算冲砂闸一级消力池尾坎高度2.1m,现状消力坎高1.8m。本次加固对原消力坎加高0.3m至62.10m,并需增设二级消力池。
1.3 二级消力池计算
采用文[4]附录B消能防冲计算公式,经计算冲砂闸和洪河泄水闸二级消能计算结果如表2所列。
表2 冲砂闸二级消力池计算结果
1.4 翼墙稳定计算
冲砂闸和洪河泄水闸挡土墙的稳定计算及地基应力如表3所列。
表3 挡土墙稳定计算成果表
经计算,冲砂闸挡土墙抗滑、抗倾稳定及基底应力均满足规范要求。
2 加固效益
加固效益表现如下
(1) 运行效果良好。 红石嘴枢纽冲砂闸下游消能设施除险加固工程实施已有2年多时间,经过2年的运行观测(2018年、2019年相关运行数据如表4所列),工程能满足运行要求,效果良好。
表4 红石嘴枢纽冲砂闸下游除险加固后运行情况
(2)防洪标准提高 。该工程通过除险加固后,确保了主要枢纽工程达到50年1遇的防洪标准。
(3)防洪能力提升。 红石嘴枢纽冲砂闸功能主要是将沉积在闸前的泥沙排至下游河道,通过加固,洪水期可利用冲砂闸兼泄部分洪水,提升了史河总干渠的防洪能力;灌溉期保障向下游河南省6.53×104hm2良田灌溉和下游人民的灌溉用水、生活用水。
3 结束语
通过项目的实施,保障红石嘴枢纽工程安全运行。针对除险加固项目设计,除了考虑原设计情况,还结合工程实际运行状况进行校验设计,从而满足工程现状运行。