分沂入沭工程沐河固砂坎消能设计及施工

李万东

1 工程概况

分沂入沭扩大工程位于山东省临沂市河东、郯城、临沭三县（区）交界地带，该工程连接沂、沭河两大水系，是分泄沂河洪水东流入海的主要分洪道。该河道固沙坎工程位于临沭县曹庄镇和店头镇之间，兴建于1972年，总长270 m，原固沙坎高度、稳定性、消能性都存在不足，加之河水冲刷严重，直接威胁河堤安全，因此必须新建固沙坎固定床砂、稳定河床。

2 固沙坎消能防冲设计

2.1 消力池设计

1）设计工况确定。固沙坎会增大上下游河床的落差，因而冲刷现象较严重，尤其在夏季雨量较大时。在设计固沙坎消能防冲时以最不利的工况为标准，具体工况数据如表1所示。

表1 沐河固砂坎消能防冲工况标准

2）消力池形式设计。消力池结构、尺寸等对固沙坎的作用及稳定有着极大影响。目前消力池类型主要有下降式、消力坎式、综合式三种，其主要作用均为底流消能。由于沐河在夏季下泄水量大，为降低对下游河堤冲刷程度，本项目设计选型为综合式消力池。

3）消力池参数设计。消力池深度和过坎流量密切相关，它们不是简单的正比关系。随着过坎流量的增大，消力池最宜深度先增后减，这是因为受出池落差ΔZ数值的影响。消力池深度d计算公式见（1），计算结果见表2。

式中：σ0为水跃淹没系数，取值 1.05；hc为收缩水深，m；hk为出池河床水深，m；ΔZ 为出池落差，m。

底流消能是本项目消力池的基本形式，而消力池长度Ls是消能稳流的最主要参数。其计算公式见（2）所示，计算结果见表2。

式中：Lt为消力池斜坡投影长度，m；β为水跃长度校正系数，0.75。

表2 固沙坎下游消力池参数 m

经计算，在两种最不利工况下都需消力池消能。最终确定消力池池深0.8 m；长度12.5 m，其中水平段在8.0 m以上；尾坎高度设计2.5 m。

2.2 下游防冲设计

为最大限度降低水流对下游建筑物的冲刷，本项目设计在消力池下游继续增加消能防冲措施，一般采取的措施包括设置防冲槽、齿坎等，本项目选用“防冲槽+齿坎”形式。其中防冲槽深度计算参考《水力计算手册》，在此不再详述。

经计算，本项目防冲槽深度应在0.8 m以上，最终设计选取1.0 m，距冲坑坑底hd=2.2 m。防冲槽为抛石结构，顶宽由左岸的6.8 m向右岸逐步增大，最宽为9.3 m。在防冲槽下侧设置齿墙，为浇筑混凝土结构，齿墙边坡比为1∶0.5。除此之外，在消力池下游设计防冲梁，为C25钢筋混凝土结构，深入稳定岩层1.5 m以上。

3 固沙坎施工技术

本项目固沙坎工程施工主要包括：基础开挖、砌石工程、混凝土浇筑等，下面针对这些关键施工技术进行分析。

1）基础开挖。清平基面后利用1.5 t小型压路机进行碾压，碾压遍数不小于3遍，压实度不低于0.92。开挖基线平面位置和高程允许误差均在±3 cm。采用机械开挖后，为不破坏地基结构，便于下一步砌石工程施工，应预留20 cm保护层。

2）砌石工程。固沙坎边坡段采用浆砌石砌筑，要求砂浆稠度在30～50 mm。砌筑时砂浆应饱满，石块间较大空隙应先填塞砂浆，后用碎块或片石嵌实，不得先摆碎石块后填砂浆或干填碎石块的施工方法，石块间不应相互接触。

砌筑时需达到平整 （同一平面相差2 cm以内）、稳定，密实、错缝（错缝长度大于10 cm）。严禁石块之间无砂浆或座浆不密实。错缝即同一砌筑层内，相临石块应错缝砌筑，无平向通缝；上下相临层的石块错缝搭界，错缝长度不小于10 cm，避免竖向通缝。勾缝砂浆强度等级为M10，砌体表面应及时清理并覆盖养护20 d。

3）混凝土工程。固沙坝混凝土施工主要包括模板安装、钢筋制安、混凝土浇筑和养护等工序。下面主要分析钢筋制安和混凝土浇筑的施工要点。

①钢筋制安。钢筋加工有以下重点：本项目均采用冷拉方法调直钢筋，其中Ⅰ级冷拉率小于4%；Ⅱ、Ⅲ级冷拉率小于1%。关于加工后钢筋允许偏差详见表3所示。

表3 加工后钢筋偏差规定

靠近外围两行的钢筋相交点都需绑扎，中间部分的相交点可相隔交错绑扎，双向受力的钢筋必须将交叉点全部绑扎。本项目采用闪光焊焊接钢筋，要求端面切平，表面杂质清除干净。钢筋对焊时，要保证两根钢筋的轴线在同一直线上，两根钢筋之间的局部缝隙要小于3 mm。焊接时若发现偏心、弯折、烧伤、裂缝等缺陷，应切除接头重焊，并查找原因、及时消除。

②混凝土浇筑。固沙坎对混凝土浇筑的整体性要求高，在施工时需连续浇筑，施工应分层浇筑，但必须保证上下层混凝土在初凝之前结合好，不形成施工冷缝。混凝土浇筑振捣采用插入式振捣器，每一位置的振捣以不再显著下沉、不出现气泡并开始泛浆时为准；混凝土表面振捣采用平板振捣器。振捣器无法作业的部位辅以人工振捣。

4 结语

固沙坎是减少下游水流冲刷的重要建筑，在本次加固工程中，彻底对固沙坎进行了翻修，包括消能和下游防冲两部分。经整治后，该项目固沙坎拦砂能力显著提高，消能效果良好，降低了下游河道冲刷能力，保障了河床的稳定性。

[1] 石安龙.某河流治理施工设计与技术措施分析[J].黑龙江水利科技，2014，（02）：32-35.

[2] 胡顺芹.沐河固沙坎工程消能防冲设计及水力特征分析[J].水利科技与经济，2015，（08）：41-44.

[3] 王小军，李晓倩，谢湘平，等.泥石流拦砂坝排泄孔优化及其数值模拟研究[J].科学技术与工程，2016，（03）：28-32.

[4] 关龙祥，彭清娥.华电镇雄电厂一期水口拦沙坎样式试验研究[J].吉林水利，2008，（11）：25-28.