寧少妮

咸陽(yáng)湖2#橡膠壩局部水毀應(yīng)急修復(fù)工程設(shè)計(jì)淺析

寧少妮

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710001）

由于渭河河床下切，導(dǎo)致咸陽(yáng)湖2#橡膠壩壩后消能設(shè)施發(fā)生局部水毀，如繼續(xù)遭受沖刷將嚴(yán)重影響2#橡膠壩壩體及基礎(chǔ)安全，繼而很有可能引發(fā)大壩垮塌，嚴(yán)重影響咸陽(yáng)湖兩岸的人民安全問(wèn)題，所以對(duì)2#壩局部水毀進(jìn)行應(yīng)急修復(fù)，是十分必要的。結(jié)合咸陽(yáng)湖2#橡膠壩局部水毀情況，通過(guò)分析水毀原因、對(duì)原設(shè)計(jì)復(fù)核、計(jì)算修復(fù)河床沖刷深度等方法，對(duì)2#壩局部水毀修復(fù)進(jìn)行加固方案總體布置，解決了咸陽(yáng)湖2#橡膠壩主體工程的安全隱患，使得2#橡膠壩能平穩(wěn)運(yùn)行。

咸陽(yáng)湖；局部水毀；修復(fù)工程設(shè)計(jì)

1 概況

2005年渭河咸陽(yáng)城區(qū)段綜合治理工程建成，簡(jiǎn)稱“咸陽(yáng)湖”，主河槽首尾布設(shè)1#、2#橡膠壩。2#橡膠壩，位于工程區(qū)下游泄洪蓄水渠尾部，橡膠壩底板頂高程381.47 m，壩高3.5 m。垂直水流方向壩長(zhǎng)260 m。順?biāo)鞣较蚩傞L(zhǎng)度為71 m，其中上游拋石防沖槽段長(zhǎng)8 m，鋪蓋段長(zhǎng)10 m，橡膠壩底板段長(zhǎng)12 m，消力池段長(zhǎng)12 m，海漫段21 m，下游拋石防沖槽段長(zhǎng)8 m。

2015年1月13日2#橡膠壩壩后消能設(shè)施發(fā)生局部水毀，主要是壩后海漫段及格賓籠石毀壞嚴(yán)重，如繼續(xù)遭受沖刷將嚴(yán)重影響2#橡膠壩壩體及基礎(chǔ)安全，繼而很有可能引發(fā)大壩垮塌，嚴(yán)重影響咸陽(yáng)湖兩岸的人民安全問(wèn)題，所以對(duì)2#壩局部水毀進(jìn)行應(yīng)急修復(fù)，是十分必要的。

2 工程建設(shè)緣由

2.1 局部水毀情況

2015年1月13日2#橡膠壩壩后消能設(shè)施發(fā)生局部水毀，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查鋼筋混凝土海漫段基礎(chǔ)大部分懸空，下游格賓籠石大部分沖毀，消力池底板有裂縫。

（1）鋼筋混凝土海漫段水毀情況：經(jīng)統(tǒng)計(jì)六塊海漫段發(fā)生全部斷裂或者部分?jǐn)嗔?，其余八塊海漫基礎(chǔ)大部分被掏空。

（2）消力池底板裂縫情況：兩塊消力池底板呈八字形裂縫，延順?biāo)鞣较? m，垂直水流方向15 m。消力池基礎(chǔ)有局部掏空。

（3）下游格賓籠石水毀情況：除淤積部分兩塊格賓籠石完好，其余段格賓籠石沖毀嚴(yán)重，格賓網(wǎng)與石頭完全分離，南北兩條主河床格賓籠石已無(wú)蹤影。

2.2 局部水毀原因分析

2.2.1 水毀后河床地形測(cè)量

為進(jìn)行河床下切原因分析，合理進(jìn)行2#壩壩后修復(fù)設(shè)計(jì)和復(fù)核工作，本次治理河段在內(nèi)的約500 m河道地形圖全面復(fù)測(cè)工作。

2.2.2 局部水毀的原因

（1）原設(shè)計(jì)河床地形及主要設(shè)計(jì)高程復(fù)核

根據(jù)渭河歷年河道實(shí)測(cè)資料，本治理河段屬于灘槽分明的河道形態(tài)。依據(jù)2004年實(shí)測(cè)資料，2#壩河床灘槽分明，壩后主河床寬約100 m，位于南側(cè)，北側(cè)為高漫灘，范圍大，漫灘高程為383.03～383.91 m，局部為382.40 m。

根據(jù)《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》（GBT50979-2014），結(jié)合壩址河段的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)確定2#橡膠壩底板高程為381.47 m，比漫灘高程低1.6 m左右。同時(shí)，由于壩址上下游河床除主河槽外均高于壩底板高程，因此，設(shè)計(jì)對(duì)壩址上下游河床進(jìn)行疏浚平整設(shè)計(jì)，壩前河床疏浚高程381.30 m，較壩底板低0.17 m；壩后消能設(shè)施以下河床疏浚高程381.21 m，較原漫灘高程383.03～383.91 m低1.82 m左右，消能末端塊石砼海漫頂部設(shè)計(jì)高程381.27 m，以0.65‰與下游疏浚高程381.21 m平順銜接，消能末端基本不存在落差現(xiàn)象。

（2）復(fù)測(cè)河床地形對(duì)比分析

根據(jù)2016年2月工地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)河床高程成果：2#橡膠壩壩后河床與原設(shè)計(jì)狀態(tài)相差很大，壩后約200 m范圍內(nèi)原有的北側(cè)高漫灘明顯萎縮，灘槽分明的河道形態(tài)被改變，壩后約500 m范圍內(nèi)沖刷出2條下切深河床，一條為原有主河床，位于南側(cè)，河床寬度約50 m，壩后河床高程實(shí)測(cè)為377.71 m左右，較原施工圖紙中海漫末端設(shè)計(jì)高程381.21降低了3.5 m；另外一條為新沖刷的主河床，位于北側(cè)靠近北岸高漫灘，河床寬度約50 m，壩后河床高程實(shí)測(cè)為377.38 m左右，較原施工圖紙中海漫末端設(shè)計(jì)高程381.21降低了3.83 m。新淤積的高漫灘位于2條主河床中間，范圍較大，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)380 m，寬度約60 m～200 m，高程為381.5 m～382.6，較現(xiàn)狀主河床高程377.38，高4.12 m左右。

（3）水毀原因

通過(guò)上述對(duì)比分析，壩址區(qū)不僅灘槽分明的河道形態(tài)發(fā)生改變，而且壩后現(xiàn)狀實(shí)測(cè)河床高程377.38 m，要比2004年河床漫灘高程383.03～383.93 m低5.65 m左右，也比原施工圖紙中的設(shè)計(jì)疏浚河床高程381.21 m低了3.83 m。

因此，綜合分析認(rèn)為：2#壩發(fā)生局部水毀的主要原因是壩址區(qū)河床發(fā)生較大變化，主河床高程下切嚴(yán)重，壩后河床高程較原施工圖紙中的設(shè)計(jì)疏浚河床高程低了3.83 m，壩后新增3.8 m落差水能，使得消能設(shè)施末端與下游河床不能按原設(shè)計(jì)要求平順銜接，新增的3.8 m落差水能無(wú)法消除，導(dǎo)致2#壩發(fā)生局部水毀。

2.3 河床下切原因分析

在工程設(shè)計(jì)至工程運(yùn)行期間，即2004年～2016年的12年中，河道斷面總體變化較大。主要體現(xiàn)在：深泓下切，原有高漫灘嚴(yán)重萎縮，河床高程下切嚴(yán)重。

綜合分析，河床下切的主要原因：一是受小水小沙年份自然條件的影響，渭河自然沖刷下切造成，使北側(cè)主河槽不同程度下切；二是在工程開(kāi)工前和施工過(guò)程中存在采砂開(kāi)挖，使原有的高漫灘不復(fù)存在；而隨著沿河兩岸城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，采砂現(xiàn)象日趨嚴(yán)重；三是施工期擾動(dòng)；四是河床下切變化符合渭河中游河段近年的演變趨勢(shì)。

總體而言，咸陽(yáng)湖城區(qū)河段發(fā)生的河床下切變化符合渭河中游河段近年的演變趨勢(shì)：渭河流域近年水沙條件變化較大，整體處于小水小沙年份，水流淘刷主槽加??；加之沿河城市建設(shè)的飛速發(fā)展，使得渭河沿線河道瘋狂采砂，對(duì)整個(gè)渭河中游河道破壞嚴(yán)重，甚至影響到下游潼關(guān)高程下降1.0 m左右。

典型實(shí)例1：咸陽(yáng)市2008年底建成投入運(yùn)行不到5年的石頭河供水管線穿渭河倒虹管道于去年2013年9月被沖出，管道折斷。沖刷水毀的具體情況為：穿渭河管道原設(shè)計(jì)主槽段管道埋深7.4 m，兩側(cè)漫灘埋深大于7.4 m，去年9月不但把管道頂部大于7.4 m的河床覆土沖掉，而且將管道底部河床掏空，導(dǎo)致管道懸空、折斷。此外，在該供水管線上游約10 km處跨渭河的周普大橋，橋基橫系梁已被沖出5 m～6 m深。

典型實(shí)例2：咸陽(yáng)湖，距離2#壩下游約554 m處的隴海鐵路橋，由于河床下切，橋墩基礎(chǔ)已明顯外露。

典型實(shí)例3：咸陽(yáng)湖，由于河床下切，隴海鐵路橋以東附近河道形成落差3 m高左右小瀑布，市民形象稱之為“小壺口”。小瀑布由于河床地質(zhì)鈣化造成水流落差，對(duì)鐵路橋和橡膠壩存在安全隱患。

因此，渭河中游河段近年河床的劇烈演變，導(dǎo)致沿線河道普遍下切嚴(yán)重。

3 工程建設(shè)的必要性

咸陽(yáng)湖自2005年建成至今，經(jīng)歷10余年的河床下切，日積月累對(duì)2#橡膠壩壩后海漫段及格賓籠石毀壞嚴(yán)重，如繼續(xù)遭受沖刷將嚴(yán)重影響2#橡膠壩壩體及基礎(chǔ)安全，繼而很有可能引發(fā)大壩垮塌。因此為確保咸陽(yáng)湖兩岸的人民安全問(wèn)題，對(duì)2#壩局部水毀進(jìn)行應(yīng)急修復(fù)，是十分必要的。并且在未來(lái)5月的汛期來(lái)臨之前，工程建設(shè)是更加迫切的。

4 工程修復(fù)設(shè)計(jì)

4.1 復(fù)核原設(shè)計(jì)

為確保消能設(shè)施和下游河床平順連接，對(duì)2#壩按照不同工況進(jìn)行消能復(fù)核計(jì)算，復(fù)核后認(rèn)為：原設(shè)計(jì)確定的2#壩位置、壩底板高程和結(jié)構(gòu)形式是合理的，壩后消能設(shè)計(jì)及銜接布置亦是合理，符合《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》[1]的要求。

4.2 工程修復(fù)河床沖刷深度計(jì)算

鑒于目前河道形態(tài)變化較大，河床下切較大，為確保2#橡膠壩修復(fù)工程消能防沖安全，

河床沖刷深度按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中公式進(jìn)行計(jì)算：

海漫末端的河床沖刷深度計(jì)算

式中：dm為海漫末端河床沖刷深度（m）；qm為海漫末端單寬流量（m2/s）；[v0]為河床土質(zhì)允許不沖流速（m/s）；hm為海漫末端河床水深（m）。

根據(jù)以上計(jì)算成果，本次設(shè)計(jì)壩后防沖深度取深泓以下4m。

4.3 工程修復(fù)設(shè)計(jì)總體布置

根據(jù)上述計(jì)算復(fù)核結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)狀河床下切嚴(yán)重情況，維持現(xiàn)狀一級(jí)消能設(shè)計(jì)方案。由于河床下切較深，在鋼筋砼海漫末端新增設(shè)現(xiàn)澆C20塊石砼防沖斜墻，坡比為1∶2.5，防止下游柔性格賓籠石被淘刷后，砂基溯源回淘，新增設(shè)臺(tái)階式柔性格賓籠石與現(xiàn)狀河床高程平順銜接。

本次水毀修復(fù)設(shè)計(jì)方案如下：

（1）對(duì)現(xiàn)狀水毀鋼筋砼海漫段的處理措施為：拆除重建已毀壞的海漫，修復(fù)外觀完好的海漫。

（2）本次修復(fù)范圍內(nèi)所有砼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)處理：施工前應(yīng)先清基（厚300 mm），對(duì)地基局部淤泥軟弱層挖除1 m采用砂礫石換填，對(duì)所有砼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用河道內(nèi)的砂礫石夯填，分層碾壓至設(shè)計(jì)建基面。

（3）對(duì)未拆除的鋼筋砼海漫段以及消力池和中隔墻裂縫進(jìn)行基礎(chǔ)修復(fù)，人工回填砼底板下的空洞。要求先清理空洞區(qū)垃圾，回填河道內(nèi)的砂礫石，盡量密實(shí)。

（4）本次水毀修復(fù)范圍：以橡膠壩底板末端為起點(diǎn)，順?biāo)鞣较?5.54 m，垂直水流方向260 m。順?biāo)鞣较颍合Τ氐撞靠斩礄z查修復(fù)12 m，恢復(fù)重建鋼筋砼海漫段11 m，新建C25塊石砼海漫段12 m及防沖墻18.8 m，防沖墻坡比1∶2.5，基礎(chǔ)位于深泓高程377.38 m以下4 m；下游柔性格賓籠石及拋石防沖槽共長(zhǎng)30.54 m。

（5）全面檢查并修復(fù)各條伸縮縫，視具體情況進(jìn)行伸縮縫防滲處理：新建鋼筋砼結(jié)構(gòu)之間的伸縮縫內(nèi)設(shè)651型橡膠止水帶，其它新老砼及塊石砼結(jié)構(gòu)縫內(nèi)設(shè)膨脹止水條，伸縮縫寬2 cm，填縫材料采用聚氯乙烯閉孔泡沫板。

（6）上述措施施工結(jié)束后，再進(jìn)行針對(duì)性灌漿處理：主要對(duì)鋼筋砼海漫未拆除段空洞以及消力池兩塊底板空洞進(jìn)行重點(diǎn)灌漿處理。灌漿要求：以注漿為主，視具體情況可給一定的灌漿壓力；漿液為稠水泥漿。

（7）充分利用拆除的鋼筋砼板，用于工程末端的防沖作用，要求堆砌于工程末端的防沖槽及防沖槽下游，整齊擺放。

5 結(jié)論

由于渭河河床下切，導(dǎo)致2#橡膠壩壩后消能設(shè)施發(fā)生局部水毀，針對(duì)上述局部水毀的情況，即時(shí)做出應(yīng)急、適用、可行的水毀修復(fù)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)水毀修復(fù)，解決了咸陽(yáng)湖2#橡膠壩主體工程的安全隱患，使得2#橡膠壩能平穩(wěn)運(yùn)行，為當(dāng)?shù)厮Y源利用和生態(tài)環(huán)境、社q會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面發(fā)揮重要作用。

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.（GB/T50979-2014）橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

[2]中華人民共和國(guó)水利部.（SL265-2001）水閘設(shè)計(jì)規(guī)范.中國(guó)水利水電出版社，2001

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1673-9000（2017）02-0089-02

2017-02-10

寧少妮（1984-），女，陜西西安人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。