紅巖渠石亭江涵洞加固方案

鐘愷

摘 要：平原河道建筑物下游河床下切，使河道建筑物上下游形成巨大落差，正確對河道建筑物上下游進行銜接，保證河道建筑物的安全和沿兩岸人民生命財產安全具有重要的意義。文章主要介紹河道建筑物上下游落差大的河道銜接的有關內容，并運用于紅巖渠石亭江涵洞加固方案中。

關鍵詞：河道；建筑物；工程；加固

1 工程概況

紅巖渠穿石亭江涵洞位于什邡市洛水鎮與綿竹市廣濟鎮交界之石亭江上，始建于1966年春，1969年竣工。主體為卵石拱涵洞，總長430m（入口閘門到出口泄水閘）。紅巖渠穿石亭江涵洞設計流量為20.0m3/s，灌溉面積達17.08萬畝。2013年7月4日、8日和10日，灌區普降暴雨，石亭江高景關水文測站洪峰流量達2710m3/s，是建國以來最大的洪水。根據洪水頻率查詢，石亭江約50年一遇洪水。本次洪水造成紅巖渠穿石亭江涵洞下游河床下切，涵洞頂部與下游河床高差達20余米。消力池左岸擋土墻垮塌，消力池大部份被沖毀，涵洞下游斜坡局部懸空，直接威脅到涵洞本身的安全，涵洞一旦失事，將導致該涵洞下游灌區17.08萬畝農田灌溉用水中斷。

2 工程總體布置

工程總布置的原則是，根據地形地質條件以及河流特征，合理選定各建筑物的形式，在確保建筑物安全運行的基礎上，盡量力求運行安全、管理維護方便，節省工程量，降低工程投資。根據選定的紅巖渠石亭江洛水段、廣濟段河道整治方案（根據河道上游已建堤防安全超高和行洪安全，使河道水流逢正、歸槽，將涵洞洞頂行洪斷面由原來的385m縮窄至315m。），在涵洞頂與下游河道22.17m落差范圍內，修復石亭江該河段河床陡坡連接工程及消能工程，使上下游河床良好銜接，加固兩岸堤防和護岸工程。

涵洞頂與消力池間修建C35抗沖耐磨砼陡坡連接涵洞頂與消力池，涵洞頂高程604.8m，與原涵洞頂高程一致，陡坡段水平投影總長50.72m，陡坡坡比為1：2。消力池底板高程580.00m，池深4.5m，池長50m，池后接C30砼防沖槽，防沖槽埋深12.0m。陡坡段與消力池段兩岸邊墻采用重力式擋土墻結構，擋土墻采用C25埋石砼結構，消力池末端河道堤防采用C25埋石砼面板堤型，上下游、左右岸堤防護坡新建總長度1350m。上游護坡與擋土墻和消力池邊墻與下游護坡以扭面漸變銜接，護坡末端與河段已建護岸銜接并封頭，涵洞頂采用空箱式擋土墻結構。斜坡段與消力池垂直水流向寬度均為315m。

2.1 空箱式擋土墻

為使河道水流“逢正、歸槽”，根據河道上游已建堤防安全超高和行洪安全，將涵洞洞頂行洪斷面由原來的385m縮窄至315m。洞頂修建鋼筋砼空箱式擋土墻，擋土墻與上游重力式擋土墻相接。空箱式擋土墻高4.55m，總長9.6m，總寬5.0m，分四個箱體平均布置，空箱內用碳渣回填，每箱體底部設φ50mm排水孔。

2.2 陡坡

涵洞頂與消力池間修建C35抗沖耐磨鋼筋砼陡坡連接段連接洞頂與消力池，洞頂高程604.8m，與原涵洞頂高程一致，陡坡坡比為1：2，陡坡段水平投影總長50.72m。

新建陡坡上段，針對原陡坡的現狀（表面已磨損），在現存陡坡段上植φ20鋼筋，間距2.0m，梅花形布置后，澆筑厚0.5mC35抗沖耐磨砼與原陡坡銜接，該段順水流向水平投影長度為24m，陡坡首端與洞頂采用水平面板銜接，銜接段嵌入涵洞頂砼面板內2.0m與原洞頂高程一致，水平銜接段后與斜坡段起坡點采用圓弧連接，圓弧半徑2.0m，新建C35抗沖耐磨砼面板設Φ50PVC排水管，排水管與原有排水管相連。

2.3 消力池

本項目內消能方案采用下挖式消力池消能，消力池底板高程580.00，尾坎頂高程584.50m，池深4.5m，池長45m。消力池底板厚2.0m，分2層結構進行澆筑，底板面層采用0.5m厚C35抗沖耐磨砼結構，底板下層采用C30埋石砼結構，消力池底板設φ50PVC排水管，間距2.0m呈梅花型布置的排水管，下設0.4m厚反濾層。消力池后尾坎采用1：0.5的斜坡。面層采用C35抗沖耐磨砼結構，下層采用C30埋石砼結構。消力池底板與斜坡段、邊墻連接處均設置沉降縫，消力池底板在中間位置設置沉降縫，縱向每15m設置沉降縫。

2.4 防沖槽

為進一步消除水流剩余能量，使水流在較短距離內均勻擴散到下游河床全斷面，減小水流折沖，保護消力池后面的一定范圍河床和河岸不受沖刷，保證消力池的安全，必須對消力池后一定范圍內的河床進行防護。因此，在消力池后設置防沖槽，防沖齒墻水平段長2.0m，厚2.5m，防沖齒墻斜坡坡比1：2，防沖齒墻總高12m，齒墻厚1.2 m，采用C30砼澆筑，齒板基礎底寬5.0m，高2.0m，采用C30砼澆筑。

2.5 陡坡邊墻與消力池邊墻

根據地形及工程布置，河段堤頂與河床高差達20m以上，為防止堤防破壞，需修建陡坡段邊墻和消力池邊墻與堤防護坡銜接。高邊坡邊墻設計采用重力式擋土墻，墻身采用采用C25埋石砼結構。

重力式擋土墻總高度5.53-14m，墻頂高程590.00-607.24m，陡坡首端邊墻高5.53m，末端與消力池邊墻相交處高14.0m，順水流向水平投影長49.4m，首、末端邊墻漸變銜接，漸變段基礎為階梯式基礎，階梯高1.0m寬2.0m，在邊墻中部設沉降變形縫，縫內填瀝青杉木板。重力式擋土墻墻頂寬1.0m，在重力式擋土墻墻板上設置φ5cm間距2.0m呈梅花型布置的排水管，排水管管后設級配砂卵石反濾層并用透水土工布包頭。

3 陡坡段建筑物設計

3.1 陡坡段流速計算

根據紅巖渠石亭江洛水段、廣濟段河道整治工程范圍內紅巖渠石亭江涵洞的具體情況，2013年“7.9”洪水后，沖毀原涵洞消力池部分，僅余原工程部分消力池底板和全部涵洞陡坡，由于紅巖渠石亭江涵洞處于石亭江中上游，推移質大。故陡坡設C35抗沖耐磨砼面層。

經計算，陡坡上最大流速達18.38m/s，摻氣水深為0.82m。因此在設計時，在原陡坡上新澆筑0.5米C35抗沖耐磨砼（AFC35）和新建1：2陡坡面層澆筑0.5米C35抗沖耐磨砼（AFC35）以達到砼的抗沖耐磨性。

3.2 陡坡段穩定計算

3.2.1 設計計算方法

采用邊坡穩定計算的畢肖普計算法，計算參數選用線性指標。

計算程序采用河海大學土石壩邊坡滲流、穩定有限元分析系統Autobank7.exe。

3.2.2 計算成果分析和擬定支護措施：

計算滑弧頂部在邊坡內側，下部滑出點位于邊坡較陡的坡腳臨空面處。從計算所得滑動面來看，滑帶主要在地層物性指標較差的各類砂卵石中，因而計算成果是合理的。

消力池（除正常運用及非常運用Ⅱ工況）及齒墻邊坡的抗滑穩定安全系數計算值在各工況下均滿足規范要求值。

穩定計算結果說明消力池邊坡支護按照實施方案設計是合理的。由于消力池邊坡在正常運用及非常運用Ⅱ工況下的抗滑穩定安全系數計算值略低于規范要求值，且消力池底板置于砂卵石層基礎。

4 結束語

該工程為在砂礫石河床上修建上下游落差達20余米的河道銜接建筑物，在國內的類似工程少，成功地利用本銜接型式，不僅保證了原工程的安全，同時也節約了投資，也為在平原河道建筑物的上下游在的落差進行工程銜接積累了經驗。