分沂入沭工程沐河固砂坎消能設(shè)計(jì)及施工

李萬東

1 工程概況

分沂入沭擴(kuò)大工程位于山東省臨沂市河?xùn)|、郯城、臨沭三縣（區(qū)）交界地帶，該工程連接沂、沭河兩大水系，是分泄沂河洪水東流入海的主要分洪道。該河道固沙坎工程位于臨沭縣曹莊鎮(zhèn)和店頭鎮(zhèn)之間，興建于1972年，總長270 m，原固沙坎高度、穩(wěn)定性、消能性都存在不足，加之河水沖刷嚴(yán)重，直接威脅河堤安全，因此必須新建固沙坎固定床砂、穩(wěn)定河床。

2 固沙坎消能防沖設(shè)計(jì)

2.1 消力池設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)工況確定。固沙坎會(huì)增大上下游河床的落差，因而沖刷現(xiàn)象較嚴(yán)重，尤其在夏季雨量較大時(shí)。在設(shè)計(jì)固沙坎消能防沖時(shí)以最不利的工況為標(biāo)準(zhǔn)，具體工況數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 沐河固砂坎消能防沖工況標(biāo)準(zhǔn)

2）消力池形式設(shè)計(jì)。消力池結(jié)構(gòu)、尺寸等對(duì)固沙坎的作用及穩(wěn)定有著極大影響。目前消力池類型主要有下降式、消力坎式、綜合式三種，其主要作用均為底流消能。由于沐河在夏季下泄水量大，為降低對(duì)下游河堤沖刷程度，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)選型為綜合式消力池。

3）消力池參數(shù)設(shè)計(jì)。消力池深度和過坎流量密切相關(guān)，它們不是簡單的正比關(guān)系。隨著過坎流量的增大，消力池最宜深度先增后減，這是因?yàn)槭艹龀芈洳瞀數(shù)值的影響。消力池深度d計(jì)算公式見（1），計(jì)算結(jié)果見表2。

式中：σ0為水躍淹沒系數(shù)，取值 1.05；hc為收縮水深，m；hk為出池河床水深，m；ΔZ 為出池落差，m。

底流消能是本項(xiàng)目消力池的基本形式，而消力池長度Ls是消能穩(wěn)流的最主要參數(shù)。其計(jì)算公式見（2）所示，計(jì)算結(jié)果見表2。

式中：Lt為消力池斜坡投影長度，m；β為水躍長度校正系數(shù)，0.75。

表2 固沙坎下游消力池參數(shù) m

經(jīng)計(jì)算，在兩種最不利工況下都需消力池消能。最終確定消力池池深0.8 m；長度12.5 m，其中水平段在8.0 m以上；尾坎高度設(shè)計(jì)2.5 m。

2.2 下游防沖設(shè)計(jì)

為最大限度降低水流對(duì)下游建筑物的沖刷，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)在消力池下游繼續(xù)增加消能防沖措施，一般采取的措施包括設(shè)置防沖槽、齒坎等，本項(xiàng)目選用“防沖槽+齒坎”形式。其中防沖槽深度計(jì)算參考《水力計(jì)算手冊(cè)》，在此不再詳述。

經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目防沖槽深度應(yīng)在0.8 m以上，最終設(shè)計(jì)選取1.0 m，距沖坑坑底hd=2.2 m。防沖槽為拋石結(jié)構(gòu)，頂寬由左岸的6.8 m向右岸逐步增大，最寬為9.3 m。在防沖槽下側(cè)設(shè)置齒墻，為澆筑混凝土結(jié)構(gòu)，齒墻邊坡比為1∶0.5。除此之外，在消力池下游設(shè)計(jì)防沖梁，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，深入穩(wěn)定巖層1.5 m以上。

3 固沙坎施工技術(shù)

本項(xiàng)目固沙坎工程施工主要包括：基礎(chǔ)開挖、砌石工程、混凝土澆筑等，下面針對(duì)這些關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行分析。

1）基礎(chǔ)開挖。清平基面后利用1.5 t小型壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓遍數(shù)不小于3遍，壓實(shí)度不低于0.92。開挖基線平面位置和高程允許誤差均在±3 cm。采用機(jī)械開挖后，為不破壞地基結(jié)構(gòu)，便于下一步砌石工程施工，應(yīng)預(yù)留20 cm保護(hù)層。

2）砌石工程。固沙坎邊坡段采用漿砌石砌筑，要求砂漿稠度在30～50 mm。砌筑時(shí)砂漿應(yīng)飽滿，石塊間較大空隙應(yīng)先填塞砂漿，后用碎塊或片石嵌實(shí)，不得先擺碎石塊后填砂漿或干填碎石塊的施工方法，石塊間不應(yīng)相互接觸。

砌筑時(shí)需達(dá)到平整 （同一平面相差2 cm以內(nèi)）、穩(wěn)定，密實(shí)、錯(cuò)縫（錯(cuò)縫長度大于10 cm）。嚴(yán)禁石塊之間無砂漿或座漿不密實(shí)。錯(cuò)縫即同一砌筑層內(nèi)，相臨石塊應(yīng)錯(cuò)縫砌筑，無平向通縫；上下相臨層的石塊錯(cuò)縫搭界，錯(cuò)縫長度不小于10 cm，避免豎向通縫。勾縫砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M10，砌體表面應(yīng)及時(shí)清理并覆蓋養(yǎng)護(hù)20 d。

3）混凝土工程。固沙壩混凝土施工主要包括模板安裝、鋼筋制安、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)等工序。下面主要分析鋼筋制安和混凝土澆筑的施工要點(diǎn)。

①鋼筋制安。鋼筋加工有以下重點(diǎn)：本項(xiàng)目均采用冷拉方法調(diào)直鋼筋，其中Ⅰ級(jí)冷拉率小于4%；Ⅱ、Ⅲ級(jí)冷拉率小于1%。關(guān)于加工后鋼筋允許偏差詳見表3所示。

表3 加工后鋼筋偏差規(guī)定

靠近外圍兩行的鋼筋相交點(diǎn)都需綁扎，中間部分的相交點(diǎn)可相隔交錯(cuò)綁扎，雙向受力的鋼筋必須將交叉點(diǎn)全部綁扎。本項(xiàng)目采用閃光焊焊接鋼筋，要求端面切平，表面雜質(zhì)清除干凈。鋼筋對(duì)焊時(shí)，要保證兩根鋼筋的軸線在同一直線上，兩根鋼筋之間的局部縫隙要小于3 mm。焊接時(shí)若發(fā)現(xiàn)偏心、彎折、燒傷、裂縫等缺陷，應(yīng)切除接頭重焊，并查找原因、及時(shí)消除。

②混凝土澆筑。固沙坎對(duì)混凝土澆筑的整體性要求高，在施工時(shí)需連續(xù)澆筑，施工應(yīng)分層澆筑，但必須保證上下層混凝土在初凝之前結(jié)合好，不形成施工冷縫?；炷翝仓駬v采用插入式振搗器，每一位置的振搗以不再顯著下沉、不出現(xiàn)氣泡并開始泛漿時(shí)為準(zhǔn)；混凝土表面振搗采用平板振搗器。振搗器無法作業(yè)的部位輔以人工振搗。

4 結(jié)語

固沙坎是減少下游水流沖刷的重要建筑，在本次加固工程中，徹底對(duì)固沙坎進(jìn)行了翻修，包括消能和下游防沖兩部分。經(jīng)整治后，該項(xiàng)目固沙坎攔砂能力顯著提高，消能效果良好，降低了下游河道沖刷能力，保障了河床的穩(wěn)定性。

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