李 敬

(沈陽市渾北灌區(qū)管理處 110035)

1 水毀工程概況

干河子攔河壩為沈陽市渾北灌區(qū)渠首有壩引水的主要樞紐建筑物，位于渾河主河道，壩全長360m，承擔(dān)著1.47萬hm2水田灌溉及沈陽市渾河城市段景觀用水和南北運(yùn)河、衛(wèi)工明渠、蒲河、丁香湖的環(huán)境供水任務(wù)。干河子攔河壩建于1996年，由于下游河床下切嚴(yán)重，2003年續(xù)建了二級消力池，二級消力池縱向長23.7m、橫向?qū)?40m，池深1.0m、底板厚0.5m，消力池坎后與干砌石海漫連接，海漫全長30m、寬360m、厚0.5m。海漫尾部設(shè)防沖槽，防沖槽深度為2m。

干河子攔河壩工程等別為Ⅲ等，建筑物等級為3級。按30年一遇洪水(洪水流量為2625m3/s)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，100年一遇洪水(洪水流量為3337m3/s)標(biāo)準(zhǔn)校核，壩前水位為54.50m。

2011年春季，在消力池內(nèi)的積水全部排出后，發(fā)現(xiàn)二級消力池底部部分淘空，底板橫向斷裂約150m，部分底板發(fā)生了不同程度的位移，最大下沉1m，消力坎局部傾斜，一級消力池齒墻底部部分淘空，下游海漫部分損壞。

2 水毀原因分析

2.1 河道下游過度開采砂石

由于以往河道下游過度開挖砂石，造成干河子壩下游存在多處開挖砂石的深坑，最深處與壩頂高相差11m，致使河床橫向產(chǎn)生不均勻高差，一定時(shí)期內(nèi)改變了海漫底層的水流方向，形成偏橫向地下徑流，導(dǎo)致海漫局部塌陷;另外由于沒有對開挖的深坑進(jìn)行填平處理，經(jīng)過幾年汛期洪水的不斷沖刷，河道比降不斷陡降，在大洪水時(shí)，引起二級消力池及海漫嚴(yán)重破壞。

2.2 洪水

2010年主汛期洪水盡管在標(biāo)準(zhǔn)洪水流量范圍內(nèi)，但是持續(xù)時(shí)間長、流量大，導(dǎo)致水流持續(xù)沖刷下游河道，造成二級消力池底部因進(jìn)水被淘空，使消力池底板處于懸空狀態(tài)。

2.3 凍脹

以往冬季壩上有水流通過，消力池內(nèi)不能結(jié)冰，但是2010年冬季壩上不過流，消力池內(nèi)沒有積水，凍脹嚴(yán)重，從而造成消力池?fù)p壞。

2.4 消能防沖效果不佳

2.4.1 消能復(fù)核計(jì)算

二級消力池尺寸的復(fù)核按底流水躍消能計(jì)算。

a.消力池深度復(fù)核計(jì)算:

以上式中 H10——坎前總水頭，m;

m——過坎水流的流量系數(shù)，一般取0.42;

d ——消力池深，m;

σ0——水躍淹沒系數(shù)，取1.05;

h″c——躍后水深，m;

hc——收縮水深，m;

α——水流動能校正系數(shù)，取1.0;

q ——單寬流量，m3/(s·m);

b1——消力池首端寬度，m;

b2——消力池末端寬度，m;

T0——由消力池底板頂面算起的總趨勢能，m;

ΔZ ——出池落差，m;

h's——出池河床水深，m。

b.消力池長度復(fù)核計(jì)算:

上二式中 Lsj——消力池長度，m;

Ls——消力池斜坡段水平投影長度，m;

β——水躍長度校正系數(shù)，取0.7;

Lj——水躍長度，m。

由表1和表2的計(jì)算成果，二級消力池池深為1.31m、池長為 27.66m，原設(shè)計(jì)的池深 1.0m、池長23.7m不能夠滿足計(jì)算要求。

表1 二級消力池池深計(jì)算成果

表2 二級消力池池長計(jì)算成果

c.消力池底板厚度復(fù)核計(jì)算。由于消力池設(shè)有排水孔，因此僅根據(jù)抗沖要求計(jì)算，公式采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》公式計(jì)算:

式中 t——消力池底板始端厚度，m;

k1——消力池底板計(jì)算系數(shù)，取0.15;

q ——單寬流量，m3/(s·m);

ΔH'——上下游水位差，m。

經(jīng)計(jì)算，消力池底板厚度0.79m，二級消力池原設(shè)計(jì)厚度0.5m，原設(shè)計(jì)不能滿足要求。

綜合以上計(jì)算成果可以看出，原消力池長度、深度和底板厚度均小于復(fù)核值，故消力池尺寸設(shè)計(jì)不能滿足規(guī)范要求。

2.4.2 海漫長度復(fù)核計(jì)算

按下式計(jì)算:

式中 Lp——海漫長度，m;

ks——海漫長度計(jì)算系數(shù)，取9;

qs——消力池末端單寬流量，m3/(s·m);

ΔH'——上下游水位差，m。

經(jīng)計(jì)算，海漫長度為49.29m，而原設(shè)計(jì)的海漫長度為30m，不能滿足要求。

2.4.3 防沖槽深度復(fù)核計(jì)算

按下式計(jì)算:

式中 dm——海漫末端河床沖刷深度，m;

qm——海漫末端單寬流量，m3/(s·m);

［ν0］——河床土質(zhì)允許不沖流速，m/s;取0.75m/s;

hm——海漫末端河床水深，m。

經(jīng)計(jì)算防沖槽深度為11.4m，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說明，對于砂性土河床，若按防沖槽深度計(jì)算結(jié)果來設(shè)計(jì)，不僅不經(jīng)濟(jì)而且施工困難，參照已建工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，下游防沖槽深度一般為1.5～2.5m。原防沖槽深度為2m，能夠滿足要求。

2.4.4 消能復(fù)核結(jié)果

從消能復(fù)核計(jì)算結(jié)果可以看出，二級消力池的長度、深度、底板厚度及海漫的長度均不能滿足消能要求。

3 設(shè)計(jì)重建措施

由于消力池及下游海漫水毀嚴(yán)重，在重建二級消力池的設(shè)計(jì)中，對以前的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了修正。二級消力池斜坡段長19.10m，與原一級消力池挑坎采用2m寬水平段連接，斜坡段坡比1∶3;消力池水平段長21.00m，池深 1.50m。原一級消力池挑坎高程48.20m，此次設(shè)計(jì)二級消力池斜坡段高程由48.20m漸變到42.50m，消力池底高程為42.50m。二級消力池挑坎頂高程為44.00m。

下游海漫長度50m(包括防沖槽)，采用土工格柵塊石型式，厚度為0.6m，下設(shè)碎石墊層和砂墊層各0.1m、無紡布一層。海漫前21.5m采用頂高程44.00m，然后以1∶15的斜坡段與防沖槽連接，防沖槽頂高程43.00m。海漫前段防沖槽深度為4.0m，底寬為2.0m，坡比為1∶2，防沖槽頂寬度12m范圍內(nèi)，為增加抗沖刷能力，最上層采用格賓網(wǎng)箱塊石型式。海漫末端防沖槽深度為2.5m，上下游坡比為1∶2.5。

4 結(jié)語

干河子攔河壩二級消力池重建工程，經(jīng)過一年的運(yùn)行，到目前為止沒有發(fā)現(xiàn)塌陷、傾覆、淘刷、局部破壞等問題，運(yùn)行效果良好，為壩體工程和總體工程的正常運(yùn)用起到了重用作用。