清水河團結渠樞紐工程水毀原因分析及防治措施

劉 曉

(四川省都江堰東風渠管理處，四川 成都 610081)

2013年7月8—11日，四川省都江堰東風渠灌區(qū)發(fā)生持續(xù)強降雨，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，水利工程設施損毀嚴重，影響灌溉面積3.40萬hm2，其中有1.58萬hm2因堰壩取水設施損毀而無法取水灌溉，直接經(jīng)濟損失1.13億元。清水河位于岷江沖積扇上，農(nóng)墾發(fā)達。清水河團結閘樞紐恢復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、溫江團結支渠下游0.35萬hm2的農(nóng)田灌溉，設計流量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)設計結構不夠科學合理，功能相對缺失。早期的都江堰樞紐工程設計參考數(shù)據(jù)相對有限，設計標準相對較低，存在很多配套工程不完善的問題，例如消能設施缺失或不足，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，壩端設計不夠科學合理，缺少牢固的護岸工程，在遭到洪水侵蝕時容易造成壩端沖毀。

(2)樞紐工程原建設施工質(zhì)量較差，缺少完善的管理。樞紐工程建設年代較久、施工標準較低，對于某些關鍵位置控制不夠嚴格，從而造成很多位置(如護坡工程、岸堤防護工程等)質(zhì)量相對較差，再加上工程應用后缺少有效的維護管理，從而造成這些工程容易受到破壞。一旦受到嚴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，造成嚴重水土流失。對于水利樞紐工程來說，水土保持是非常關鍵的部分之一，但水土保持工程的費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重不足。在洪水高峰期受到強烈侵蝕后大大降低渠道兩邊涵養(yǎng)水源的能力，從而造成非常嚴重的水土流失，長此以往必然會導致渠道沖毀問題[1]。

清水河團結渠樞紐工程，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0.8 m,洪水漫堤，閘側河堤外坡遭沖刷，團結支渠閘損毀，支渠沖毀另形成通道120余米，導致團結支渠無法正常取水。

2 清水河團結渠樞紐工程水毀問題的防治措施

2.1 加強關鍵內(nèi)容設計的合理性

(1)節(jié)制閘設計。對原閘室進行改建，閘墩以上結構進行拆除，提升啟閉層高度。原金屬結構和啟閉機保留，只作維護。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，設計為開敞式1孔、寬10.00 m、高3.00 m的平板閘，設計過閘流量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)原閘墩基礎淺，不能滿足地基承載要求。及時設計變更，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，減少順水流方向總體長度，以節(jié)省投資。閘室左邊墩預留開挖距離，閘室向右岸平移。閘孔采用原加寬閘孔的相同設計，底板下沉0.5 m。計算過流能力滿足要求。

(2)護岸設計。節(jié)制閘上下游右岸重建232 m堤岸，其中119 m護岸采用0.3 m厚C20混凝土襯護，護岸基礎埋深均為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為與防護岸坡在平面上的形狀有關，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

按照堤防設計規(guī)范，其基礎埋深應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，基礎埋深在頂沖段應置于沖坑深度1.0 m以下，非頂沖段應置于沖坑深度0.5 m以下。同時考慮河道下切因素，工程斷面護岸基礎埋深按2.0 m 計。

(3)消能設計。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，海漫后河右護岸采用厚為0.3 m 的C20混凝土襯護與原河岸銜接，堤岸高3.7 m，坡比1∶1.5。

2.2 加強樞紐工程的建設質(zhì)量

在實際施工中，要進一步提升樞紐工程建設的施工質(zhì)量，對于清水河團結渠樞紐工程來說，重點從以下幾方面來進行：

(1)砂卵石開挖。采用1.0 m3挖掘機對砂礫石層、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?；A采用全線開工，分段作業(yè)?；臃e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，再進行護坡砌筑[2]。

(3)混凝土澆筑。采用商品混凝土，自卸汽車運輸至現(xiàn)場，基礎混凝土采用自卸汽車以棧道、溜槽(筒)入倉?；A開挖清理完成后，經(jīng)檢驗符合要求方可進行混凝土澆筑?；炷翝仓丛O計尺寸、分段位置、分層澆筑，每段混凝土基礎必須一次完成澆筑，基槽迎水面需拋填大卵石。建筑物尺寸嚴格按設計要求控制，并認真進行檢查校核，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，脫模后及時進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于14 d。未竣工前需嚴加看管，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，選用雙膠輪車運輸砂漿到施工地點，人工鋪漿，人力抬運石料安砌。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行養(yǎng)護，確保施工質(zhì)量。

(5)模板工程。為了提升模板強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。確?；炷两Y構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、支架等強度和穩(wěn)定性，確保其符合設計標準。

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

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

(8)金屬結構設備及安裝工程。本工程主要包括預埋件安裝、閘門安裝、啟閉機安裝。

①預埋件安裝。根據(jù)施工圖紙中的預埋件位置進行埋設，其位置偏差不得超過國家及省市相關規(guī)范、標準中的規(guī)定。

②閘門安裝。閘門由專業(yè)廠家生產(chǎn)，5 t汽車起重機裝，5 t載重汽車運輸?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啟閉機安裝。啟閉機安裝主要工藝為：施工準備→埋件安裝→放線→安裝→單機調(diào)試→與閘門連接試驗→驗收。

3 結 語

本文主要以清水河團結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。