红石嘴枢纽冲砂闸水毁加固方案设计

刘 志

(安徽省淠史杭灌区管理总局，安徽 六安 237005)

2016年汛期,强降雨造成上游梅山水库泄洪,红石嘴枢纽洪峰流量达900 m3/s,枢纽工程溢流坝、冲沙闸、洪河泄水闸均局部受损。为保证工程安全运行,应对水毁工程进行修复。

1 水毁原因分析及设计思路

通过现场查勘,分析了工程运行条件,认为形成水毁根本原因是枢纽下游老史河乱采砂石现象严重,导致河床每年以1m～2m速度下切,河床下切后造成消力池下游水位下降(现状河床低于消力池尾坎约2.0m),消能条件发生改变,导致消能不足。针对水毁原因分析,为解决消能不足,本次加固方案拟对1级消力池维修加固,并增建2级消能设施;为防止河床继续下切导致上游消力池及闸室破坏,拟在2级消力池末端增建混凝土灌注桩防冲墙对河床进行保护。

2 计算分析

2.1 消能防冲复核

冲砂闸消能防冲设计条件为:上游水位为69.00m,下游水位为63.50m,开闸下泄流量347m3/s。

(1)池内计算。依据文[1],按式(1)～(3)计算池内跃后水深

(1)

(2)

(3)

经计算hc″=5.17m。现消力池底板高程为60.00m,只有下游水位大于65.17m时能满足池内水深,下游水位低于65.17m时均需设置突坎消力池。

(2)坎后计算。按式(4)～(6)计算坎高

(4)

其中,qs为尾坎处(消力池末端)单宽流量,qs=Q/b2;σs为消力坎(尾坎)的淹没系数;m1为尾坎的流量系数,可取0.42;

(5)

其中,σ为消力池内水跃淹没系数,可采用1.05～1.10;v10为尾坎处断面水流平均流速。

(6)

经计算坎高C=2.09m

hs/H10>0.45时,过坎水流为淹没堰流,按淹没堰流计算。经复核计算,下游水位60.00m～63.73m时尾坎后为非淹没流,下游水位超过63.73m按照淹没流进行复核。其中,hs为由坎顶起算的下游水深

计算坎后水跃收缩水深:T1=C+H10=5.715m带入式(3),试算得到hc1=1.44m。当hthc1″时,尾坎后为淹没式水跃;其中,ht为消力池底板起算的下游水深。

经复核,下游水位60.00m～61.44m时,尾坎后为远驱式水跃,需增设2级消能;下游水位61.44m～63.73m时,尾坎后为淹没式水跃,不需增设2级消能;下游水位63.73m～65.17m时尾坎后为淹没流,尾坎高度2.09m。

(3)消力池长度复核。按式(7)～(8)计算消力池长度

Lsj=Ls+βLj

(7)

Lj=6.9(hc°-hc)

(8)

其中,Lsj为消力池长度m;Ls为消力池斜坡段水平投影长度m;β为水跃长度校正系数,可采用0.7～0.8;Lj为水跃长度,m。

计算所需消力池长度41.17m(含消力池斜坡段),取消力池长度42.00m。原消力池长度为38m,不能满足设计条件。

复核结论:红石嘴冲砂闸现状突坎式消力池,坎高1.8m小于计算值2.09m,消力池长度38m小于计算值42m,坎高和长度均不能满足设计要求。另外下游河道比降较大,流速较快。下游水位一般小于61.44m,一般情况下尾坎后为非淹没流,发生远驱式水跃,故需要增设2级消力池。复核结果如表1所列。

表1 冲砂闸消能防冲复核结果

2.2 翼墙抗滑稳定验算

根据有关文献推荐的公式(9)验算挡土墙的稳定性,结果如表2所列。

表2 挡土墙稳定计算成果表

经计算,冲砂闸消力池两侧挡土墙抗滑、抗倾稳定及基底应力均满足规范要求。

3 加固方案设计

3.1 1级消力池加固

根据消能防冲复核,冲砂闸现状消能工不能满足设计消能要求,需增加一级消力池尾坎高度。经计算1级消力池尾坎高度2.1m,现状消力坎高为1.8m。本次加固对原消力坎及海漫表面凿除100mm,浇筑400mm厚钢筋混凝土面层,加固后消力坎顶高程为62.10m,将原海漫接长15m后与2级消力池衔接。

3.2 增建2级消力池

本次修复采取增加2级消力池,2级消力池拟采用挖深式消力池,上游以一级消能的尾坎为堰的堰流下泄进行2级消能计算。计算上游水位采用尾坎上水深H10。

采用文[1]消能防冲计算公式,对冲砂闸2级消能计算结果如表3所列。

表3 冲砂闸2级消力池计算结果

本次加固中增建2级消力池,池长35m,池深1.6m,池底高程57.30m,底板厚0.5m,沿底板中心线分缝,缝间高止水。

3.3 上游灌注桩设计

为防止河床继续下切导致上游消力池及闸室破坏,本次加固拟在冲砂闸2级消力池末端防冲槽底部增设钢筋混凝土灌注桩防冲墙,灌注桩底部深入基岩0.5m。采用单排直线型布孔,垂直水流方向长度分别为44m,孔径0.9m,孔距0.75m,桩与桩之间互相咬合,桩顶嵌固在“L”型板防冲槽底部,形成“桩墙”。为提高桩的质量和承载能力,沉管灌注桩采用单打法,拨管时每提升0.5m～1.0m,振动5～10s,然后再拨管0.5m～1.0m,这样反复进行,直至全部拨出。

4 结束语

红石嘴枢纽冲沙闸水毁修复工程设计方案的实施,解决了原1级消能设施消能不足问题,同时对河道下切造成消能设施的破坏进行了防护,从根本上保证了枢纽工程安全运行。

[参 考 文 献]

[1] SL265-2016，水闸设计规范[S]．

[2] JTJ248-2001,港口工程灌注桩设计与施工规程[S].

[3] 朱蓉．水利水电工程中水库加固施工管理论述[J]．中国新技术新产品，2017，(1)：96-97.