人民渠穿石亭江涵洞加固治理方案

錢波 郭軍 李幫建

摘 要：河床演變，使河工建筑物上下游形成落差。本文分析了河段演變?cè)?、陡坡穩(wěn)定，根據(jù)分析結(jié)論提出了河工建筑物上下游銜接治理方案，對(duì)已有河工建筑物起到了保護(hù)作用，減小了河段劇烈演變現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：河道；建筑物；銜接；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雙盛鎮(zhèn)與綿竹市新市鎮(zhèn)交界的石亭江上，始建于1956年春，后經(jīng)1962年、1964年、1970年、1975年擴(kuò)改建，達(dá)到設(shè)計(jì)過水流量75m3/s，加大流量81m3/s的通水規(guī)模。自建成以來運(yùn)行至今涵洞工程情況良好。該涵洞工程是人民渠干渠向涵洞下游灌區(qū)輸水的控制性工程，控灌面積308.75萬畝，同時(shí)還承擔(dān)著涵洞下游灌區(qū)部分城鎮(zhèn)居民生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境用水的輸供水任務(wù)，工程的安全極其重要。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)涵洞主體工程起到保護(hù)作用，減小工程河段劇烈演變的現(xiàn)狀，本文在現(xiàn)場(chǎng)踏勘及收集基礎(chǔ)資料的基礎(chǔ)上，分析了工程現(xiàn)狀特征、水毀成因及穩(wěn)定狀況提出了合理的治理方案。

2 工程水毀因素分析

由于地震災(zāi)后重建集中需要大量的砂礫石材料，河道下游出現(xiàn)了大量無序開采現(xiàn)象，中游采集中粗砂和砼粗骨料（卵礫石），形成大坑、深槽，破壞了河道糙率，人為加大了河床比降導(dǎo)致水流紊亂，沖刷加劇；5.12地震后，石亭江上游河段多次爆發(fā)了大型泥石流，上游河段於塞嚴(yán)重，河道內(nèi)大量泥石流物質(zhì)中分散著大量粒徑小于0.1mm的粘性顆粒，對(duì)水流的粘性產(chǎn)生顯著影響，大大減小了粗顆粒沉砂的沉速，使其具有較大的挾砂能力，這種高含砂流體具有很強(qiáng)的沖刷能力。這些因素導(dǎo)致了河流動(dòng)力作用加大，沖淤平衡破壞，河道處于繼續(xù)下切的不穩(wěn)定狀態(tài)。

工程河段原河道自然比降為4.5‰左右，經(jīng)調(diào)查2008年-2013年工程河段河床變遷劇烈，涵洞上、下游原河道河床基本與涵洞頂齊平，僅僅幾年的時(shí)間涵洞上、下游河道高差達(dá)20.29m，在涵洞上下游形成巨大的落差。工程河段漫灘雜亂，高差近10m，河床深槽擺布游蕩，河床寬300-400m，但工程河段下游行洪斷面最窄處僅80m，局部的縮窄使河流流速加大，增大了局部沖刷力，河床深槽進(jìn)一步下切，加之“7.9”洪水突如其來，漲水迅速，沖擊力極強(qiáng)，在這種情況下，河床受洪水的沖刷，再次嚴(yán)重下切，致使涵洞下游的消力池尾坎防沖槽齒板基礎(chǔ)懸空垮塌，進(jìn)而導(dǎo)致消力池基礎(chǔ)掏刷，底板垮塌。

3 治理方案

工程治理原則是根據(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，在確保主體建筑物安全運(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。工程設(shè)計(jì)期間進(jìn)行了拆除重建渡槽方案和保留主體涵洞加固治理方案的論證，經(jīng)綜合分析投資、影響范圍、管理、運(yùn)行、施工等條件，選定了加固治理方案。

4 工程布置

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適當(dāng)縮窄。洞頂修建鋼筋砼空箱式擋墻，擋墻與上游護(hù)岸采用100m長(zhǎng)扭面護(hù)坡銜接。在涵洞頂與下游河道的落差范圍新建消力池，涵洞頂與消力池間修建C35抗沖耐磨砼陡坡連接段連接洞頂與消力池，洞頂高程567.30m，與原涵洞頂高程一致，陡坡坡比為1：2。消力池底板高程543.70m，池深4.5m，池長(zhǎng)55m，池后接防沖槽，防沖槽齒板埋深10.0m，采用C30砼澆筑。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砂卵石砼面板護(hù)坡，堤防護(hù)坡新建總長(zhǎng)度200m。護(hù)坡與消力池邊墻以扭面漸變銜接，扭面漸變段長(zhǎng)60m，護(hù)坡末端與河段已建護(hù)岸封閉銜接。按照“挖河心、固河岸、消除倒灘水、穩(wěn)定河勢(shì)”的基本原則，對(duì)整治河段高灘按自然穩(wěn)定河床比降和穩(wěn)定河寬進(jìn)行平整，將平整開挖料填至兩岸臺(tái)地或岸坡坡腳。

5 陡坡段穩(wěn)定計(jì)算

（1）砂卵石土體凝聚力C=0 Kpa，內(nèi)摩擦角27-36度，天然容重2.1-2.2g/cm3，浮容重1.15-1.25g/cm3，滲透系數(shù)（1～5）×10-3-7.60×10-2cm/s。（2）邊坡等級(jí)及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本工程主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，相應(yīng)邊坡級(jí)別為3級(jí)，各運(yùn)用條件下邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為1.05-1.20。（3）地震參數(shù)：工程場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s，對(duì)應(yīng)的地震烈度均為Ⅶ度。（4）邊界條件。邊坡水平計(jì)算長(zhǎng)度在上、下游邊界處各延伸15-20m；垂直計(jì)算深度取到坡腳密實(shí)砂卵石基礎(chǔ)以下10m左右。兩邊坡正常運(yùn)用工況上游水位與涵洞頂齊平，下游水位為消力池底板高程。（5）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。（6）計(jì)算成果分析及支護(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)果說明消力池陡坡支護(hù)設(shè)計(jì)是合理的。涵洞頂與消力池間修建C35抗沖耐磨砼陡坡連接段連接洞頂與消力池，陡坡坡比為1：2。陡坡結(jié)構(gòu)分兩層：底層為1.3m厚C30砼，面層采用0.5m厚C35抗沖耐磨砼，并設(shè)置相應(yīng)的排水設(shè)施減小滲透壓力。

6 結(jié)束語

工程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，類似工程很少。利用本加固治理方案銜接型式，不僅對(duì)原有河工建筑物起到了保護(hù)作用，同時(shí)也節(jié)約了投資，有利于減小河段劇烈演變現(xiàn)狀。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)。

參考文獻(xiàn)

[1]華東水利學(xué)院.水工設(shè)計(jì)手冊(cè)（第六卷）[M].北京：水利電力出版社，1987.

[2]陳德亮.水工建筑物[M].北京：水利電力出版社，2001.

作者簡(jiǎn)介：錢波（1982-），男，四川營山人，都江堰人民渠第一管理處什邡站，工程師，本科學(xué)歷，研究方向：水利工程設(shè)計(jì)、施工。

郭軍（1963-），男，四川什邡人，都江堰人民渠第一管理處什邡站，工程師，大專學(xué)歷，研究方向：水利水電工程。

李幫建（1961-），男，四川什邡人，都江堰人民渠第一管理處什邡站，助工，中專學(xué)歷，研究方向：水利水電工程。