清水河團(tuán)結(jié)渠樞紐工程水毀原因分析及防治措施

劉 曉

(四川省都江堰東風(fēng)渠管理處，四川 成都 610081)

2013年7月8—11日，四川省都江堰東風(fēng)渠灌區(qū)發(fā)生持續(xù)強(qiáng)降雨，局部地區(qū)遭受特大暴雨襲擊，灌區(qū)多條干渠相繼超警戒水位，水利工程設(shè)施損毀嚴(yán)重，影響灌溉面積3.40萬hm2，其中有1.58萬hm2因堰壩取水設(shè)施損毀而無法取水灌溉，直接經(jīng)濟(jì)損失1.13億元。清水河位于岷江沖積扇上，農(nóng)墾發(fā)達(dá)。清水河團(tuán)結(jié)閘樞紐恢復(fù)重建工程位于清水河12+080，地處高新西區(qū)合作街道辦事處。其作用是保證成都市工農(nóng)業(yè)、生活、環(huán)境用水，以及郫縣、溫江團(tuán)結(jié)支渠下游0.35萬hm2的農(nóng)田灌溉，設(shè)計流量5 m3/s。工程地處成都平原，地形平坦開闊，地面高程498～500 m，相對高差0.5～2.0 m。地表房屋密集，廠房眾多，道路縱橫交錯，交通方便。

1 樞紐工程水毀原因分析

(1)設(shè)計結(jié)構(gòu)不夠科學(xué)合理，功能相對缺失。早期的都江堰樞紐工程設(shè)計參考數(shù)據(jù)相對有限，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相對較低，存在很多配套工程不完善的問題，例如消能設(shè)施缺失或不足，無法及時將洪水下泄能力第一時間消除掉，從而引發(fā)對河堤的侵蝕。另外行洪斷面相對較小，一旦遭遇洪水無法及時將其有效排除，從而造成洪水漫堤等問題。

同時，壩端設(shè)計不夠科學(xué)合理，缺少牢固的護(hù)岸工程，在遭到洪水侵蝕時容易造成壩端沖毀。

(2)樞紐工程原建設(shè)施工質(zhì)量較差，缺少完善的管理。樞紐工程建設(shè)年代較久、施工標(biāo)準(zhǔn)較低，對于某些關(guān)鍵位置控制不夠嚴(yán)格，從而造成很多位置(如護(hù)坡工程、岸堤防護(hù)工程等)質(zhì)量相對較差，再加上工程應(yīng)用后缺少有效的維護(hù)管理，從而造成這些工程容易受到破壞。一旦受到嚴(yán)重洪水侵蝕就非常容易造成水毀問題。

(3)缺少完善的水土保持措施，造成嚴(yán)重水土流失。對于水利樞紐工程來說，水土保持是非常關(guān)鍵的部分之一，但水土保持工程的費(fèi)用一般在整個樞紐工程中占的比例非常小，水土保持方面的投入嚴(yán)重不足。在洪水高峰期受到強(qiáng)烈侵蝕后大大降低渠道兩邊涵養(yǎng)水源的能力，從而造成非常嚴(yán)重的水土流失，長此以往必然會導(dǎo)致渠道沖毀問題[1]。

清水河團(tuán)結(jié)渠樞紐工程，因原閘房閘室高度不足，閘孔提升最大高度只能達(dá)到3 m，且閘孔寬度僅5 m，造成洪水及漂浮物閘前堵塞，水位壅高。管理房積水深達(dá)0.8 m,洪水漫堤，閘側(cè)河堤外坡遭沖刷，團(tuán)結(jié)支渠閘損毀，支渠沖毀另形成通道120余米，導(dǎo)致團(tuán)結(jié)支渠無法正常取水。

2 清水河團(tuán)結(jié)渠樞紐工程水毀問題的防治措施

2.1 加強(qiáng)關(guān)鍵內(nèi)容設(shè)計的合理性

(1)節(jié)制閘設(shè)計。對原閘室進(jìn)行改建，閘墩以上結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除，提升啟閉層高度。原金屬結(jié)構(gòu)和啟閉機(jī)保留，只作維護(hù)。原閘墩厚1.00 m，沿上游接長原閘墩，3#閘墩加長1.24 m，4#閘墩加長6.50 m。閘房上游新建寬2.50 m的C30鋼筋混凝土簡支撈渣人行工作橋，閘下游布置C40鋼筋混凝土交通橋，橋面寬4.00 m。在原節(jié)制閘右岸增加1孔節(jié)制閘，設(shè)計為開敞式1孔、寬10.00 m、高3.00 m的平板閘，設(shè)計過閘流量92 m3/s。閘底高程比原節(jié)制閘底高程低0.50 m。

開工后發(fā)現(xiàn)原閘墩基礎(chǔ)淺，不能滿足地基承載要求。及時設(shè)計變更，按全部拆除新建3孔10 m×3 m(寬×高)閘門。拆除閘室部分，保留左岸邊墩(不影響管理房)閘室下移與消力池銜接，閘后陡坡段置于交通橋下，減少順?biāo)鞣较蚩傮w長度，以節(jié)省投資。閘室左邊墩預(yù)留開挖距離，閘室向右岸平移。閘孔采用原加寬閘孔的相同設(shè)計，底板下沉0.5 m。計算過流能力滿足要求。

(2)護(hù)岸設(shè)計。節(jié)制閘上下游右岸重建232 m堤岸，其中119 m護(hù)岸采用0.3 m厚C20混凝土襯護(hù)，護(hù)岸基礎(chǔ)埋深均為2 m；54 m長扭面段與閘室邊墻銜接；其余段為閘室段。順壩及平順護(hù)岸沖刷按式(1)～式(3)計算：

(1)

(2)

(3)

式中：hs為局部沖刷深度，m；H0為沖刷處水深，m；n為與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取n=1/4～1/6；Ucp為近岸垂線平均流速，m/s；η為水流流速不均勻系數(shù)，根據(jù)水流流向與岸坡交角α查表1采用；Uc為泥沙起動流速，m/s；d50為床沙的中值粒徑，m；γs、γ為泥沙與水的容重，kN/m3；g為重力加速度，m/s2。

表1 不同α下的水流流速不均勻系數(shù)η

按照堤防設(shè)計規(guī)范，其基礎(chǔ)埋深應(yīng)置于堤腳沖刷深度以下0.5～1.0 m，河岸堤基沖刷主要受斜沖水流控制，最大沖坑深度為1.1 m，按規(guī)范要求，基礎(chǔ)埋深在頂沖段應(yīng)置于沖坑深度1.0 m以下，非頂沖段應(yīng)置于沖坑深度0.5 m以下。同時考慮河道下切因素，工程斷面護(hù)岸基礎(chǔ)埋深按2.0 m 計。

(3)消能設(shè)計。采用理正巖土軟件中的消能工模塊計算，在不同流量下消力池尺寸取最不利消力池的長度和深度作為設(shè)計依據(jù)。根據(jù)選定的消力池長度和深度按抗沖和抗浮要求，經(jīng)計算得所需消力池底板首端最大厚度為0.78 m，由于消力池不長，取消力池底板厚度前后段統(tǒng)一為0.80 m。考慮與保留消力池保持協(xié)調(diào)一致，閘后消力池深度為1.00 m，消力池長度為35.20 m(含陡坡與消力坎)，池后采用長為10.0 m的C20混凝土，厚為0.5 m的海漫護(hù)底。計算海漫最大沖刷深度為4.7 m。海漫后取用深為5.5 m的C20混凝土防沖槽，坡比1∶1.5，海漫后河右護(hù)岸采用厚為0.3 m 的C20混凝土襯護(hù)與原河岸銜接，堤岸高3.7 m，坡比1∶1.5。

2.2 加強(qiáng)樞紐工程的建設(shè)質(zhì)量

在實際施工中，要進(jìn)一步提升樞紐工程建設(shè)的施工質(zhì)量，對于清水河團(tuán)結(jié)渠樞紐工程來說，重點從以下幾方面來進(jìn)行：

(1)砂卵石開挖。采用1.0 m3挖掘機(jī)對砂礫石層、泥土層、淤泥層分段開挖，人工清基。砂礫石可作回填用，根據(jù)該段實際情況選擇堆放方式。基礎(chǔ)采用全線開工，分段作業(yè)。基坑積水采用潛水泵抽排。

(2)砂卵石填筑。堤內(nèi)回填采用1.0 m3反鏟直接開挖回填，88 kW推土機(jī)平渣，回填夯實采用13～14 t自行式振動碾碾壓6～8遍，并人工灑水，加速砂卵石填筑體的沉降，確保工程質(zhì)量。堤身主體用砂礫石料回填好后，經(jīng)過削坡，再進(jìn)行護(hù)坡砌筑[2]。

(3)混凝土澆筑。采用商品混凝土，自卸汽車運(yùn)輸至現(xiàn)場，基礎(chǔ)混凝土采用自卸汽車以棧道、溜槽(筒)入倉?；A(chǔ)開挖清理完成后，經(jīng)檢驗符合要求方可進(jìn)行混凝土澆筑。混凝土澆筑應(yīng)按設(shè)計尺寸、分段位置、分層澆筑，每段混凝土基礎(chǔ)必須一次完成澆筑，基槽迎水面需拋填大卵石。建筑物尺寸嚴(yán)格按設(shè)計要求控制，并認(rèn)真進(jìn)行檢查校核，模板支撐牢固后，方可澆筑混凝土。均采用插入式電動振搗器施工，底板部分還要使用平板振搗器整平，脫模后及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于14 d。未竣工前需嚴(yán)加看管，以免建筑物遭到破壞。

(4)砌石工程。砌筑用商品混凝土、商品砂漿，選用雙膠輪車運(yùn)輸砂漿到施工地點，人工鋪漿，人力抬運(yùn)石料安砌。施工中要求做到混凝土、砂漿飽滿，表面平整，外形美觀。混凝土、砂漿凝固后要及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，確保施工質(zhì)量。

(5)模板工程。為了提升模板強(qiáng)度采取組合鋼模的方式，要保證模板表面的平整度、光潔度，這是保證混凝土澆筑質(zhì)量的基礎(chǔ)。確?；炷两Y(jié)構(gòu)拆模之后表面的平整度和光潔度，按照工程具體情況來控制模板、支架等強(qiáng)度和穩(wěn)定性，確保其符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

(6)鋼筋工程。采用機(jī)械加工，5 t自卸汽車運(yùn)至現(xiàn)場，人工綁扎。在進(jìn)行鋼筋綁扎時一定要遵照設(shè)計圖紙來進(jìn)行，避免出現(xiàn)錯扎、漏扎等問題，同時也要設(shè)置合適的混凝土墊塊來確保鋼筋保護(hù)層的厚度，避免混凝土構(gòu)件拆模之后發(fā)生露筋問題。

(7)閘房施工。采用商品砂漿，人工運(yùn)輸及鋪漿，施工前紅磚應(yīng)吸飽水分，掛線安砌。墻體內(nèi)外砂漿人工抹平，裝飾按設(shè)計圖紙施工。屋面板由專業(yè)預(yù)制廠生產(chǎn)，5 t載重汽車運(yùn)輸，人力抬運(yùn)安放?；炷敛捎蒙唐坊炷粒肆\(yùn)輸，鋼模成形，鋼筋人工綁扎，施工中搭設(shè)腳手架，插入式振搗器澆筑，拆模后及時灑水養(yǎng)護(hù)[3]。

(8)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及安裝工程。本工程主要包括預(yù)埋件安裝、閘門安裝、啟閉機(jī)安裝。

①預(yù)埋件安裝。根據(jù)施工圖紙中的預(yù)埋件位置進(jìn)行埋設(shè)，其位置偏差不得超過國家及省市相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。

②閘門安裝。閘門由專業(yè)廠家生產(chǎn)，5 t汽車起重機(jī)裝，5 t載重汽車運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，5 t汽車吊卸車，5 t電動葫蘆吊裝。閘門安裝程序：安裝控制線的測量放樣→鉸座安裝→門葉拼裝→吊裝前準(zhǔn)備→門葉吊裝→支臂安裝→安裝部位防腐、噴涂→止水及其他附件安裝→閘門調(diào)試。

③啟閉機(jī)安裝。啟閉機(jī)安裝主要工藝為：施工準(zhǔn)備→埋件安裝→放線→安裝→單機(jī)調(diào)試→與閘門連接試驗→驗收。

3 結(jié) 語

本文主要以清水河團(tuán)結(jié)渠樞紐工程為例分析了工程水毀的原因所在，同時重點在設(shè)計、施工等方面提出了針對性的防治措施。通過本文的分析能夠?qū)λ麡屑~工程防水毀能力提升提供一定參考和幫助，對于推動水利工程發(fā)展具有現(xiàn)實意義。