安春年 劉正軍 程曉鳴

(1.安徽省無為大堤長江河道管理局,安徽無為 238300;2.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,天津 300222)

安徽無為大堤鳳凰頸閘閘基防滲安全分析

安春年1劉正軍2程曉鳴2

(1.安徽省無為大堤長江河道管理局,安徽無為 238300;2.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,天津 300222)

安徽省無為大堤鳳凰頸閘始建于 1953年,位于長江下游左岸,上起無為縣果合興,下迄和縣方莊,全長124.2 km,其地理和經(jīng)濟(jì)位置極其重要,為長江干堤 1級(jí)穿堤建筑物。該閘于 1982年和 2003年進(jìn)行過兩次加固,對(duì)加固后的工程狀況作了概述,并對(duì)加固過程中開展的分析和計(jì)算工作進(jìn)行了介紹。

加固工程;堤防工程;閘基防滲;防滲安全;安全分析;無為大堤;安徽

鳳凰頸閘位于安徽省無為大堤樁號(hào) 24+395處,為一座兩孔胸墻式泄水閘,單孔凈寬5.3m。閘室結(jié)構(gòu)型式為開敞式 U型鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu),布置有胸墻、平面鋼閘門、固定式啟閉機(jī)。閘室底板頂高程5.0 m(凍結(jié)吳淞高程);閘室順?biāo)鞣较蜷L21.3m,垂直水流方向?qū)?3.9m;閘頂布置寬8.0m的公路橋及閘門啟閉機(jī)房。具有防洪、排澇和引江灌溉等功用,工程效益顯著。設(shè)計(jì)流量自排時(shí)為112m3/s、引江灌溉最大流量為 150m3/s。

1 工程地質(zhì)

鳳凰頸閘閘址區(qū)位于長江左岸,屬皖中平原——巢湖湖積和長江沖積平原區(qū),地形開闊平坦,沿江而下地勢(shì)由高漸低。區(qū)內(nèi)巢湖流域水網(wǎng)密布,其中較大河流上游有西河、下游有裕溪河,為當(dāng)?shù)氐乇硭判谷虢闹饕ǖ馈?/p>

區(qū)內(nèi)地表廣泛分布第四系松散沖湖積層、沖積層,局部出露白堊 -第三系(K-R)基巖。按閘室建基面高程1.6 m計(jì),其閘基土體結(jié)構(gòu)自上而下為:粉質(zhì)粘土,厚 5.1～5.3m;粉質(zhì)壤土,夾薄層或透鏡狀粉細(xì)砂,局部呈互層狀,厚度10.5～10.9m;含泥粉細(xì)砂,夾粉質(zhì)粘土,鉆孔揭露厚度大于4.5m。

根據(jù)國家地震局《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》(GB18306-2001),本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g,相應(yīng)地震基本烈度為 VI度。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL203-97),地震設(shè)計(jì)烈度為6度時(shí),可不進(jìn)行抗震計(jì)算。

2 閘基防滲安全分析條件

2.1 設(shè)計(jì)水位

水位條件見表 1。

表1 鳳凰頸閘水位條件 m

2.2 閘基允許滲流坡降

閘基座落在粉質(zhì)壤土夾薄層或透鏡狀粉細(xì)砂局部呈互層狀的土層上。水平段允許滲流坡降值為[Jx]=0.15～0.25,出口段允許滲流坡降值為[J0]=0.40～0.50;砂墊層水平段允許滲流坡降值為[Jx]=0.10～0.13,出口段允許滲流坡降值為[J0]=0.35 ～0.40。

3 閘基滲流穩(wěn)定性復(fù)核

鳳凰頸閘閘室地基滲流穩(wěn)定性復(fù)核包括地基淺層和深層滲流穩(wěn)定性復(fù)核。淺層滲流穩(wěn)定性是指沿閘室地基輪廓線的滲透穩(wěn)定;深層地基滲流穩(wěn)定性是指閘室地基土層構(gòu)成雙層地基的滲透穩(wěn)定。

根據(jù)地勘資料,鳳凰頸閘閘室地基土層為粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)壤土夾粉細(xì)砂,厚度約為 5.50m、10.20 m,其下為含泥粉細(xì)砂,該層與粉質(zhì)壤土夾粉細(xì)砂的滲透系數(shù)之比大于 10,構(gòu)成雙層地基。對(duì)鳳凰頸閘閘室地基進(jìn)行淺層滲流、深層滲流穩(wěn)定性復(fù)核。

3.1 計(jì)算工況

考慮到鳳凰頸閘為雙向擋水的水閘,且閘基為對(duì)稱布置,故僅選擇雙向擋水工況中最不利的擋水工況進(jìn)行閘室地基滲流穩(wěn)定性復(fù)核,相應(yīng)的長江、西河水位詳見表 2。

表2 閘基滲流穩(wěn)定性計(jì)算水位

3.2 淺層滲流穩(wěn)定性計(jì)算分析

在進(jìn)行閘室地基淺層滲流穩(wěn)定性計(jì)算時(shí),采用的是滲徑系數(shù)法和改進(jìn)阻力系數(shù)法。

3.2.1 滲徑系數(shù)法

鳳凰頸閘閘室底板座落于 2 m厚中粗砂墊層上,其下為粉質(zhì)粘土;閘室底板上、下游均設(shè)鋼筋混凝土板樁,板樁底部伸入粉質(zhì)粘土基礎(chǔ)、高程為-2.85。由表 2可知鳳凰頸閘水頭差為6.28 m,允許滲徑系數(shù) C=5,求得最小防滲長度為31.40m(取滲徑系數(shù)大值計(jì)算)。實(shí)際鳳凰頸閘閘基防滲長度為49.70m(未計(jì)入鋪蓋長度),大于需要的滲徑。因此閘室基礎(chǔ)防滲長度完全滿足閘基淺層滲流穩(wěn)定性要求。

3.2.2 改進(jìn)阻力系數(shù)法

采用的改進(jìn)阻力系數(shù)法是《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的計(jì)算方法?？?jié)B穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表 3。

經(jīng)計(jì)算,在閘前、后最大水頭差情況下,鳳凰頸閘閘室地基防滲效果良好,不會(huì)發(fā)生滲透破壞,滲透穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

3.3 深層滲流穩(wěn)定性計(jì)算分析

按雙層地基法對(duì)鳳凰頸閘閘室地基深層滲透穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算,核算地基是否滿足要求。雙層地基水閘上的滲流示意見圖 1。

表3 鳳凰頸閘閘室地基抗?jié)B穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

圖1 雙層地基水閘上的滲流

雙層地基計(jì)算參照《水閘設(shè)計(jì)》及《多層地基和減壓溝井的滲流計(jì)算理論》中的方法。計(jì)算時(shí),把上層透水性較小的土層當(dāng)作透水鋪蓋,鋪蓋中的滲流流線應(yīng)是垂直的。在水閘地下輪廓線高水位側(cè),滲流垂直向下;在水閘地下輪廓線低水位側(cè),滲流則垂直向上;下臥強(qiáng)透水層中的流線則是水平的。根據(jù)達(dá)西定律和滲透連續(xù)性的原理,先建立水閘上下游透水段以及閘基地下輪廓段的滲流微分方程然后求解。

對(duì)長江段,取長至強(qiáng)透水層敞露,對(duì)西河段,取長至透水層封閉進(jìn)行計(jì)算,求得相對(duì)不透水層底面滲透壓力水頭為3.07 m。不透水層厚度按15.7 m計(jì),則出逸坡降為0.219,滿足垂直出逸坡降0.40～0.50的要求。因此,鳳凰頸閘閘基深層滲透穩(wěn)定性滿足要求。

3.4 閘基滲流穩(wěn)定性計(jì)算分析結(jié)論

對(duì)鳳凰頸閘閘室地基淺層、深層滲流穩(wěn)定性的計(jì)算分析結(jié)果表明,在外江、內(nèi)河水位差值最大的情況下,即最高防洪(校核)水位情況下,閘室地基滿足淺層、深層滲流穩(wěn)定性要求,不會(huì)發(fā)生滲透破壞的情況。

4 結(jié) 語

修建在長江平原地區(qū)的涵閘、泵站的地基土層為二元結(jié)構(gòu),上部為粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)壤土,下部為粉細(xì)砂層。在對(duì)水閘進(jìn)行滲流分析時(shí),除對(duì)地基進(jìn)行了淺層滲流穩(wěn)定性復(fù)核以外,還要對(duì)構(gòu)成雙層地基的閘基進(jìn)行深層滲流穩(wěn)定性復(fù)核,驗(yàn)算上覆相對(duì)不透水層的厚度,即該層抗浮穩(wěn)定性是否滿足要求。

TV 698.12

A

1006-0081(2010)10-0040-02

2010-07-10

安春年,男,安徽省無為大堤長江河道管理局,副局長,工程師.

(編輯:趙秋云)