尤溪防洪二期工程梅仙段左岸施工

（福建省尤溪縣水電工程管理站三明市365000）

尤溪防洪二期工程梅仙段左岸施工

田光鵬

（福建省尤溪縣水電工程管理站三明市365000）

福建省閩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產(chǎn)，促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展的民生工程。在其梅仙段左岸原施工設(shè)計(jì)中存在諸多問題，文針章對(duì)問題提出變更方案使施工可行。

閩江防洪梅仙段施工變更

前言

福建省閩江上游尤溪流域防洪二期工程（尤溪段）地處尤溪縣城關(guān)鎮(zhèn)、西城鎮(zhèn)、梅仙鎮(zhèn)、坂面鎮(zhèn)、洋中鎮(zhèn)，擬新建7條堤段（解聯(lián)建堤段、埔頭堤段、汶潭堤段、梅仙堤段、坂面堤段、后洋坪堤段、洋中堤段），合計(jì)27.18km；移動(dòng)排澇站3座，水閘3座。尤溪縣城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)按10年一遇。施工總工期3年，工程靜態(tài)總投資34595萬元，其中工程部分靜態(tài)總投資29277萬元，移民征地補(bǔ)償靜態(tài)總投資2982萬元，水土保持工程靜態(tài)總投資1964萬元，環(huán)境保護(hù)工程靜態(tài)總投資370萬元。閩江上游尤溪流域防洪二期工程（尤溪段），有助于區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高城市品位，完善防洪體系和提高防洪標(biāo)準(zhǔn)的需要，提升海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)防洪保障能力，整體推進(jìn)防洪治理，構(gòu)建防洪減災(zāi)體系。是保障人民生活及生產(chǎn)，促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)民展的民生工程，其建設(shè)是十分必要和緊迫的。

梅仙堤段總長4267.0m，保護(hù)對(duì)象主要為沿岸村莊及工業(yè)園區(qū)。設(shè)計(jì)的洪水標(biāo)準(zhǔn)確定為20年一遇洪水，堤型結(jié)構(gòu)為復(fù)合式堤和衡重式埋石混凝土堤。其左岸堤段洪水水面線高程為（96.28～93.40）m，堤防高度（9.64～10.34）m，堤防長2619.5m。樁號(hào)MX（左）0+000.0～MX（左）1+054.6、MX（左）1+780.7～MX（左）2+619.5，為下部重力式C15埋石混凝土擋墻、上部土堤的復(fù)合式防洪堤，下部擋墻高（5.64～6.34） m，堤頂寬0.8m，堤頂設(shè)C20壓頂混凝土，厚200 mm，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.15，堤防背后填土。上部土堤，堤高4m，迎水面坡比為1∶2.0，植草皮護(hù)坡，迎水面坡頂設(shè)0.8m高鋼筋防浪墻，坡頂高程（96.88～94.00）m，堤頂設(shè)置防汛道路。兩級(jí)防洪堤之間的親水平臺(tái)高程為（93.88～91.00）m，寬3.0 m，平臺(tái)下部鋪150mm厚碎石墊層，預(yù)制混凝土塊路面。樁號(hào)MX（左）1+054.6～MX（左）1+780.7為衡重式C15埋石混凝土堤，堤高（9.27～9.52）m，堤頂高程為（95.20～94.09）m，迎水面堤頂設(shè)0.8m高鋼筋防浪墻，堤頂寬0.8m，迎水面坡比1∶0.15，上墻高4.5m，背水面上墻坡比1∶0.25，臺(tái)寬2.6m，下墻坡比1∶0.35?；A(chǔ)設(shè)C15墊層厚150mm，堤防背后填土，填土至堤頂高程。

1 存在問題

根據(jù)原設(shè)計(jì)施工圖，梅仙段左岸石龜?shù)箻短?hào)0+ 750～0+930堤段基礎(chǔ)為拋石與網(wǎng)箱石籠，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)處理方案為水下拋石一定高度后進(jìn)行平整，而后安置網(wǎng)箱石籠至85.10m高程，高程85.10以上為拋石與格網(wǎng)石籠護(hù)墊。根據(jù)設(shè)計(jì)要求網(wǎng)箱石籠安置高度（2～5）m，層數(shù)（2～5）層，網(wǎng)箱石籠需外購并由廠家進(jìn)行指導(dǎo)制安。但是受雍口水庫庫水位影響，本堤段基礎(chǔ)施工時(shí)需在水下作業(yè)，水深為（3.6～8.5）m，在準(zhǔn)備施工時(shí)網(wǎng)箱石籠生產(chǎn)廠家工作人員到現(xiàn)場(chǎng)察看，認(rèn)為水下拋石整平與網(wǎng)箱石籠安置十分困難，質(zhì)量不予保證，格網(wǎng)石籠護(hù)墊施工同樣存在此問題，后經(jīng)聯(lián)系多家生產(chǎn)廠家均如此表態(tài)。

2 變更施工方案

2.1 變更施工方案原則

針對(duì)梅仙段左岸存在的問題，變更方案從安全、可行角度出發(fā)，擬定變更原則：

（1）變更后建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與原設(shè)計(jì)一致；

（2）變更斷面穩(wěn)定滿足相關(guān)規(guī)范要求；

（3）變更后水位變化不影響原設(shè)計(jì)堤頂高程；

（4）變更斷面滿足不沖流速要求；

（5）變更斷面應(yīng)便于施工與后期維護(hù)；

（6）變更后堤段盡量做到斷面最優(yōu)，工程量最省。

2.2 變更方案影響分析復(fù)核

變更方案穩(wěn)定性主要從變更后水位變化影響、堤腳防沖穩(wěn)定、堤防整體穩(wěn)定與變更后投資影響進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)變更方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）水位影響分析。

根據(jù)閩江上游尤溪流域防洪二期工程初設(shè)報(bào)告水面線計(jì)算控制斷面以及本工程總平面圖看出，變更堤段不屬于水文計(jì)算控制斷面，現(xiàn)狀河床常年受沖刷形成天然凹岸，堤防建設(shè)后樁號(hào)0+750～0+930段河面行洪水面寬度達(dá)（130～150）m，岸坡受沖刷坡面陡。距變更堤段下游60m處的樁號(hào)0+989.131～ 1+036.803堤段行洪水面寬度為（115～125）m，且高程87.60m以上灘涂寬度達(dá)（10～42）m，行洪寬度較變更段窄小很多。

本次涉及變更堤段位于樁號(hào)0+750～0+930段，根據(jù)變更方案斷面圖可以看出，樁號(hào)0+750～0+0+ 842.927堤段變更方案堤腳寬度較原設(shè)計(jì)??；樁號(hào)0+842.927～0+920.051堤腳較原設(shè)計(jì)寬（0～1.265）m，過水?dāng)嗝婷娣e?。?.51～2.02）m2，但是縮窄面積占河道行洪面積甚微，且變更段現(xiàn)狀河床常年受沖刷形成天然凹岸，河床較上下游水面寬（15～35）m，可認(rèn)為本堤段變更后不存在阻洪問題，同時(shí)本項(xiàng)目為雍口電站庫區(qū)范圍河段，水庫庫容大，庫區(qū)調(diào)節(jié)平衡能力強(qiáng)，變更堤段位于河床凹岸，所處河床水面寬，不是水文計(jì)算控制斷面。因此可以認(rèn)為堤防建成后，較原設(shè)計(jì)變更堤段不會(huì)對(duì)上下游水位產(chǎn)生影響。

（2）堤基防沖復(fù)核。

①拋石粒徑計(jì)算。尤溪流域防洪二期工程梅仙段水面線推算成果（見初設(shè)報(bào)告表4-7-8與圖4-7-2），變更項(xiàng)目位于初設(shè)計(jì)算水文C1～C5斷面范圍內(nèi)，其流速范圍為（2.28～3.12）m/s，本方案從安全角度出發(fā)，計(jì)算流速采用3.5m/s。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，拋石護(hù)角需進(jìn)行拋石粒徑計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，當(dāng)拋石粒徑為0.70m，計(jì)算單個(gè)重量約385kg，同時(shí)規(guī)范要求拋石厚度不小于拋石粒徑2倍，坡度宜緩于1∶1.5，本次變更方案堤基常水位以下采用人工錨固拋石，每組重量要求不小于600kg，常水位以上為理砌拋石，護(hù)面邊坡為1∶1.75，因此變更拋石基礎(chǔ)處理方案合理可行。拋石粒徑計(jì)算過程如下：

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）附錄D.3.4規(guī)定，在水流作用下，防護(hù)工程護(hù)坡、護(hù)腳塊石保持穩(wěn)定的抗沖粒徑（折算粒徑）可按下式計(jì)算：

式中d——折算直徑（m），按球形折算；

W——石塊重量（kN）；

V——水流流速（m/s），從安全角度出發(fā)流速取值3.5m/s；

g——重力加速度（9.81m/s2）；

C——石塊運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定系數(shù)；取值0.9（按傾斜底坡考慮，偏安全）；

rs——石塊的重度，取值21.0kN/m3；

r——水的重度，取值10kN/m3。

經(jīng)計(jì)算，拋石折算粒徑d=0.70m，單個(gè)重量W= 3.78kN，約385kg，本次設(shè)計(jì)護(hù)面人工錨固拋石單組重量不小于600kg，滿足塊石粒徑要求。

②沖刷深度計(jì)算。按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）的規(guī)定，對(duì)防洪堤腳沖刷坑深度進(jìn)行驗(yàn)算，為便于計(jì)算，本次選擇樁號(hào)0+858.132斷面進(jìn)行復(fù)核，計(jì)算結(jié)果見表1。平順護(hù)岸沖刷深度可按下列公式計(jì)算：hs=Ho[（Ucp/Uc）n-1] Ucp=U×2η/（1+η）

表1 各粒徑拋石沖刷深度計(jì)算成果

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

式中hs——局部沖刷深度（m）；

Ho——沖刷處的水深（m）；

UCP——近岸垂線平均流速（m/s）；

n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取值范圍n=1/4～1/6，本次取值；

UC——泥沙起動(dòng)流速（m/s），對(duì)于卵石的啟動(dòng)流速，可采用長江科學(xué)院的啟動(dòng)公式計(jì)算；

d50——床沙的中值粒徑（m）；

U——行近流速（m/s），取值3.5m/s；

η——水流流速不均勻系數(shù)，根據(jù)水流流向與岸坡交角α查規(guī)范采用，沖刷腳為40°，查表η= 1.75。

本次變更段位于沖刷凹岸，水流流速大，從安全與施工角度出發(fā)，變更方案人工錨固拋石面層厚度為（1.5～3.2）m。

（3）堤防整體穩(wěn)定計(jì)算。

①堤防滲流穩(wěn)定計(jì)算。本堤段為山區(qū)河流，洪水暴漲暴落，一般一場(chǎng)洪水過程歷時(shí)24h左右，因此復(fù)合式堤防（土堤堤身）擋水時(shí)間內(nèi)不一定能形成穩(wěn)定滲流，根據(jù)初設(shè)報(bào)告本堤段地勘成果，項(xiàng)目區(qū)堤基大部分為砂卵石，為強(qiáng)透水層，洪水可能通過砂卵石層在背水坡堤腳處逸出，形成穩(wěn)定滲流，為此根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98），計(jì)算考慮穩(wěn)定滲流以及水位驟降工況下的滲流。滲流計(jì)算是根據(jù)項(xiàng)目工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供的地質(zhì)參數(shù)建議值及參照類似工程經(jīng)驗(yàn)值，選取各土層滲透系數(shù)如表2。

表2 防洪堤各土層滲透系數(shù)cm/s

滲流計(jì)算選擇背水側(cè)地面高程較低的復(fù)合式斷面，本此計(jì)算斷面具體樁號(hào)為：樁0+858.132。計(jì)算簡(jiǎn)圖如附圖所示。

附圖滲流穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖

采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所編寫的“水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)（AutoBank6.06）”計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。

選取兩種控制工況作滲流計(jì)算：工況1：防洪堤臨水側(cè)為設(shè)計(jì)水位95.81m，背水側(cè)無水；工況2：防洪堤臨水側(cè)為設(shè)計(jì)水位95.81m驟降至94.81m（驟降1m），背水側(cè)無水。

結(jié)果表明，防洪堤在工況1（穩(wěn)定滲流工況）下，浸潤線逸出坡面的最大水力坡降為0.381，在工況2（水位驟降工況）下，浸潤線逸出坡面的最大水力坡降為0.346，均小于容許水力坡降，因此滿足滲透穩(wěn)定要求。

②堤防邊坡穩(wěn)定計(jì)算。堤防邊坡穩(wěn)定計(jì)算浸潤線采用滲流穩(wěn)定的計(jì)算成果，采用河海大學(xué)編制的“水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)（AutoBankV6.0）”程序進(jìn)行計(jì)算，選取其中有效應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算，土料抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用慢剪指標(biāo)。

本工程等別為四等工程，穩(wěn)定計(jì)算斷面選取樁號(hào)0+858.132，計(jì)算工況分別為：

正常工況：正常工況1（滲流穩(wěn)定期）：河內(nèi)水位為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)迎水堤坡穩(wěn)定計(jì)算；正常工況2（滲流穩(wěn)定期）：河內(nèi)水位為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)背水堤坡穩(wěn)定計(jì)算。

非常工況：非常工況1（水位驟降期）：河內(nèi)水位從設(shè)計(jì)洪水位驟降1m迎水堤坡穩(wěn)定計(jì)算；非常工況2（水位驟降期）：河內(nèi)水位從設(shè)計(jì)洪水位驟降1m時(shí)背水堤坡穩(wěn)定計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如表3。

表3 防洪堤整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

由表3可知，復(fù)合式防洪堤整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

（4）方案投資變化分析。

根據(jù)工程量與投資預(yù)算，本次變更后工程投資較原設(shè)計(jì)多出23.77萬元，變更方案與原設(shè)計(jì)工程量及投資計(jì)算見表4。

3 結(jié)論

表4 工程量及投資計(jì)算

綜上所述，本次變更方案通過對(duì)變更后斷面穩(wěn)定計(jì)算，堤腳拋石抗沖穩(wěn)定復(fù)核，水位與對(duì)原設(shè)計(jì)堤頂高程影響分析、投資方案計(jì)算分析，可認(rèn)為變更方案是安全可行的，解決了原施工方案存在的問題。

2017-02-13）

田光鵬（1974-），男，福建尤溪人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：水利水電工程。