分沂入沭工程沐河固砂坎消能設計及施工

李萬東

1 工程概況

分沂入沭擴大工程位于山東省臨沂市河東、郯城、臨沭三縣（區）交界地帶，該工程連接沂、沭河兩大水系，是分泄沂河洪水東流入海的主要分洪道。該河道固沙坎工程位于臨沭縣曹莊鎮和店頭鎮之間，興建于1972年，總長270 m，原固沙坎高度、穩定性、消能性都存在不足，加之河水沖刷嚴重，直接威脅河堤安全，因此必須新建固沙坎固定床砂、穩定河床。

2 固沙坎消能防沖設計

2.1 消力池設計

1）設計工況確定。固沙坎會增大上下游河床的落差，因而沖刷現象較嚴重，尤其在夏季雨量較大時。在設計固沙坎消能防沖時以最不利的工況為標準，具體工況數據如表1所示。

表1 沐河固砂坎消能防沖工況標準

2）消力池形式設計。消力池結構、尺寸等對固沙坎的作用及穩定有著極大影響。目前消力池類型主要有下降式、消力坎式、綜合式三種，其主要作用均為底流消能。由于沐河在夏季下泄水量大，為降低對下游河堤沖刷程度，本項目設計選型為綜合式消力池。

3）消力池參數設計。消力池深度和過坎流量密切相關，它們不是簡單的正比關系。隨著過坎流量的增大，消力池最宜深度先增后減，這是因為受出池落差ΔZ數值的影響。消力池深度d計算公式見（1），計算結果見表2。

式中：σ0為水躍淹沒系數，取值 1.05；hc為收縮水深，m；hk為出池河床水深，m；ΔZ 為出池落差，m。

底流消能是本項目消力池的基本形式，而消力池長度Ls是消能穩流的最主要參數。其計算公式見（2）所示，計算結果見表2。

式中：Lt為消力池斜坡投影長度，m；β為水躍長度校正系數，0.75。

表2 固沙坎下游消力池參數 m

經計算，在兩種最不利工況下都需消力池消能。最終確定消力池池深0.8 m；長度12.5 m，其中水平段在8.0 m以上；尾坎高度設計2.5 m。

2.2 下游防沖設計

為最大限度降低水流對下游建筑物的沖刷，本項目設計在消力池下游繼續增加消能防沖措施，一般采取的措施包括設置防沖槽、齒坎等，本項目選用“防沖槽+齒坎”形式。其中防沖槽深度計算參考《水力計算手冊》，在此不再詳述。

經計算，本項目防沖槽深度應在0.8 m以上，最終設計選取1.0 m，距沖坑坑底hd=2.2 m。防沖槽為拋石結構，頂寬由左岸的6.8 m向右岸逐步增大，最寬為9.3 m。在防沖槽下側設置齒墻，為澆筑混凝土結構，齒墻邊坡比為1∶0.5。除此之外，在消力池下游設計防沖梁，為C25鋼筋混凝土結構，深入穩定巖層1.5 m以上。

3 固沙坎施工技術

本項目固沙坎工程施工主要包括：基礎開挖、砌石工程、混凝土澆筑等，下面針對這些關鍵施工技術進行分析。

1）基礎開挖。清平基面后利用1.5 t小型壓路機進行碾壓，碾壓遍數不小于3遍，壓實度不低于0.92。開挖基線平面位置和高程允許誤差均在±3 cm。采用機械開挖后，為不破壞地基結構，便于下一步砌石工程施工，應預留20 cm保護層。

2）砌石工程。固沙坎邊坡段采用漿砌石砌筑，要求砂漿稠度在30～50 mm。砌筑時砂漿應飽滿，石塊間較大空隙應先填塞砂漿，后用碎塊或片石嵌實，不得先擺碎石塊后填砂漿或干填碎石塊的施工方法，石塊間不應相互接觸。

砌筑時需達到平整 （同一平面相差2 cm以內）、穩定，密實、錯縫（錯縫長度大于10 cm）。嚴禁石塊之間無砂漿或座漿不密實。錯縫即同一砌筑層內，相臨石塊應錯縫砌筑，無平向通縫；上下相臨層的石塊錯縫搭界，錯縫長度不小于10 cm，避免豎向通縫。勾縫砂漿強度等級為M10，砌體表面應及時清理并覆蓋養護20 d。

3）混凝土工程。固沙壩混凝土施工主要包括模板安裝、鋼筋制安、混凝土澆筑和養護等工序。下面主要分析鋼筋制安和混凝土澆筑的施工要點。

①鋼筋制安。鋼筋加工有以下重點：本項目均采用冷拉方法調直鋼筋，其中Ⅰ級冷拉率小于4%；Ⅱ、Ⅲ級冷拉率小于1%。關于加工后鋼筋允許偏差詳見表3所示。

表3 加工后鋼筋偏差規定

靠近外圍兩行的鋼筋相交點都需綁扎，中間部分的相交點可相隔交錯綁扎，雙向受力的鋼筋必須將交叉點全部綁扎。本項目采用閃光焊焊接鋼筋，要求端面切平，表面雜質清除干凈。鋼筋對焊時，要保證兩根鋼筋的軸線在同一直線上，兩根鋼筋之間的局部縫隙要小于3 mm。焊接時若發現偏心、彎折、燒傷、裂縫等缺陷，應切除接頭重焊，并查找原因、及時消除。

②混凝土澆筑。固沙坎對混凝土澆筑的整體性要求高，在施工時需連續澆筑，施工應分層澆筑，但必須保證上下層混凝土在初凝之前結合好，不形成施工冷縫。混凝土澆筑振搗采用插入式振搗器，每一位置的振搗以不再顯著下沉、不出現氣泡并開始泛漿時為準；混凝土表面振搗采用平板振搗器。振搗器無法作業的部位輔以人工振搗。

4 結語

固沙坎是減少下游水流沖刷的重要建筑，在本次加固工程中，徹底對固沙坎進行了翻修，包括消能和下游防沖兩部分。經整治后，該項目固沙坎攔砂能力顯著提高，消能效果良好，降低了下游河道沖刷能力，保障了河床的穩定性。

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