紅石嘴樞紐沖砂閘水毀加固方案設計

劉 志

(安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局，安徽 六安 237005)

2016年汛期,強降雨造成上游梅山水庫泄洪,紅石嘴樞紐洪峰流量達900 m3/s,樞紐工程溢流壩、沖沙閘、洪河泄水閘均局部受損。為保證工程安全運行,應對水毀工程進行修復。

1 水毀原因分析及設計思路

通過現(xiàn)場查勘,分析了工程運行條件,認為形成水毀根本原因是樞紐下游老史河亂采砂石現(xiàn)象嚴重,導致河床每年以1m～2m速度下切,河床下切后造成消力池下游水位下降(現(xiàn)狀河床低于消力池尾坎約2.0m),消能條件發(fā)生改變,導致消能不足。針對水毀原因分析,為解決消能不足,本次加固方案擬對1級消力池維修加固,并增建2級消能設施;為防止河床繼續(xù)下切導致上游消力池及閘室破壞,擬在2級消力池末端增建混凝土灌注樁防沖墻對河床進行保護。

2 計算分析

2.1 消能防沖復核

沖砂閘消能防沖設計條件為:上游水位為69.00m,下游水位為63.50m,開閘下泄流量347m3/s。

(1)池內計算。依據文[1],按式(1)～(3)計算池內躍后水深

(1)

(2)

(3)

經計算hc″=5.17m?，F(xiàn)消力池底板高程為60.00m,只有下游水位大于65.17m時能滿足池內水深,下游水位低于65.17m時均需設置突坎消力池。

(2)坎后計算。按式(4)～(6)計算坎高

(4)

其中,qs為尾坎處(消力池末端)單寬流量,qs=Q/b2;σs為消力坎(尾坎)的淹沒系數;m1為尾坎的流量系數,可取0.42;

(5)

其中,σ為消力池內水躍淹沒系數,可采用1.05～1.10;v10為尾坎處斷面水流平均流速。

(6)

經計算坎高C=2.09m

hs/H10>0.45時,過坎水流為淹沒堰流,按淹沒堰流計算。經復核計算,下游水位60.00m～63.73m時尾坎后為非淹沒流,下游水位超過63.73m按照淹沒流進行復核。其中,hs為由坎頂起算的下游水深

計算坎后水躍收縮水深:T1=C+H10=5.715m帶入式(3),試算得到hc1=1.44m。當hthc1″時,尾坎后為淹沒式水躍;其中,ht為消力池底板起算的下游水深。

經復核,下游水位60.00m～61.44m時,尾坎后為遠驅式水躍,需增設2級消能;下游水位61.44m～63.73m時,尾坎后為淹沒式水躍,不需增設2級消能;下游水位63.73m～65.17m時尾坎后為淹沒流,尾坎高度2.09m。

(3)消力池長度復核。按式(7)～(8)計算消力池長度

Lsj=Ls+βLj

(7)

Lj=6.9(hc°-hc)

(8)

其中,Lsj為消力池長度m;Ls為消力池斜坡段水平投影長度m;β為水躍長度校正系數,可采用0.7～0.8;Lj為水躍長度,m。

計算所需消力池長度41.17m(含消力池斜坡段),取消力池長度42.00m。原消力池長度為38m,不能滿足設計條件。

復核結論:紅石嘴沖砂閘現(xiàn)狀突坎式消力池,坎高1.8m小于計算值2.09m,消力池長度38m小于計算值42m,坎高和長度均不能滿足設計要求。另外下游河道比降較大,流速較快。下游水位一般小于61.44m,一般情況下尾坎后為非淹沒流,發(fā)生遠驅式水躍,故需要增設2級消力池。復核結果如表1所列。

表1 沖砂閘消能防沖復核結果

2.2 翼墻抗滑穩(wěn)定驗算

根據有關文獻推薦的公式(9)驗算擋土墻的穩(wěn)定性,結果如表2所列。

表2 擋土墻穩(wěn)定計算成果表

經計算,沖砂閘消力池兩側擋土墻抗滑、抗傾穩(wěn)定及基底應力均滿足規(guī)范要求。

3 加固方案設計

3.1 1級消力池加固

根據消能防沖復核,沖砂閘現(xiàn)狀消能工不能滿足設計消能要求,需增加一級消力池尾坎高度。經計算1級消力池尾坎高度2.1m,現(xiàn)狀消力坎高為1.8m。本次加固對原消力坎及海漫表面鑿除100mm,澆筑400mm厚鋼筋混凝土面層,加固后消力坎頂高程為62.10m,將原海漫接長15m后與2級消力池銜接。

3.2 增建2級消力池

本次修復采取增加2級消力池,2級消力池擬采用挖深式消力池,上游以一級消能的尾坎為堰的堰流下泄進行2級消能計算。計算上游水位采用尾坎上水深H10。

采用文[1]消能防沖計算公式,對沖砂閘2級消能計算結果如表3所列。

表3 沖砂閘2級消力池計算結果

本次加固中增建2級消力池,池長35m,池深1.6m,池底高程57.30m,底板厚0.5m,沿底板中心線分縫,縫間高止水。

3.3 上游灌注樁設計

為防止河床繼續(xù)下切導致上游消力池及閘室破壞,本次加固擬在沖砂閘2級消力池末端防沖槽底部增設鋼筋混凝土灌注樁防沖墻,灌注樁底部深入基巖0.5m。采用單排直線型布孔,垂直水流方向長度分別為44m,孔徑0.9m,孔距0.75m,樁與樁之間互相咬合,樁頂嵌固在“L”型板防沖槽底部,形成“樁墻”。為提高樁的質量和承載能力,沉管灌注樁采用單打法,撥管時每提升0.5m～1.0m,振動5～10s,然后再撥管0.5m～1.0m,這樣反復進行,直至全部撥出。

4 結束語

紅石嘴樞紐沖沙閘水毀修復工程設計方案的實施,解決了原1級消能設施消能不足問題,同時對河道下切造成消能設施的破壞進行了防護,從根本上保證了樞紐工程安全運行。

[參 考 文 獻]

[1] SL265-2016，水閘設計規(guī)范[S]．

[2] JTJ248-2001,港口工程灌注樁設計與施工規(guī)程[S].

[3] 朱蓉．水利水電工程中水庫加固施工管理論述[J]．中國新技術新產品，2017，(1)：96-97.