□黎 劭(江西省建洪工程監(jiān)理咨詢有限公司)
城市防洪應(yīng)急整治工程導流設(shè)計與修正
□黎 劭(江西省建洪工程監(jiān)理咨詢有限公司)
文章通過實際工作案例,分析萍鄉(xiāng)市城市防洪應(yīng)急整治工程特點,詳細探討了該工程施工道路設(shè)計方案,包括工程導流標準、導流方式,并出于安全性與穩(wěn)定性等要求對常規(guī)導流設(shè)計方式進行了修正探討。經(jīng)過工程案例驗證,可以大大縮短工程工期、減少工程量和投資,并使導流和截流圍堰的設(shè)計開挖難度大大降低,便于工程運行管理,具有一定的參考價值。
導流設(shè)計;抗剪斷;圍巖
萍鄉(xiāng)市城市防洪應(yīng)急整治工程位于湘江水系淥水河中游,該工程建設(shè)的主要任務(wù)為:防洪工程建設(shè)、河道整治、治澇工程建設(shè)等。萍水河鐵橋至福田河口上游龍王廟段防洪工程位于萍水河上游,該防洪工程涉及到萍水河左岸上游段防護圈、萍水河-福田河右岸防護圈、城北防護圈,浙贛鐵路主干線、萍硤城區(qū)公路和秋收廣場等重要建筑物都在該項目保護區(qū)域內(nèi),地理位置和防洪要求都相當重要,建設(shè)此段防洪工程也是完善萍鄉(xiāng)市城市防洪體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。項目區(qū)年平均降水量1591.30mm,萍鄉(xiāng)市站為1595.20mm,實測最大降水量為2286mm;最小降水量為1063mm。降水年內(nèi)分配很不均勻,汛期4-6月降水量平均約占全年降水量的43%,7-9月降水量平均約占年降水量的19.50%。多年平均蒸發(fā)量900mm(E601),其中7-9月蒸發(fā)量占全年的45%,歷年平均風速1.50m/s,最大風速20m/s,風向季節(jié)轉(zhuǎn)換不明顯,年最多風向為東北向。
按照保護對象、使用年限及工程規(guī)模等標準,可以將工程施工期所使用的臨時性擋水及泄水建筑物劃分為Ⅲ~Ⅴ級,施工導流設(shè)計必須充分考慮工程上游水庫的調(diào)蓄作用,上游水庫總庫容為128.50×108m3,調(diào)節(jié)庫容為75.50×108m3,考慮到上游水庫的調(diào)洪作用,可以使淥水河中游流量形成平水期和枯水期,且呈現(xiàn)時段長、流量平穩(wěn)態(tài)勢。淥水河上游修建水電站后,使得萍水河鐵橋至福田河口上游龍王廟段汛期溢流次數(shù)明顯減少,這為萍鄉(xiāng)市城市防洪應(yīng)急工程施工導流設(shè)計創(chuàng)造了便利條件。
一期導流:在左岸、右岸壩段及廠房段設(shè)置圍堰,洪水通過束窄的中部河床泄流。工程區(qū)6月份10a一遇洪水流量為515m3/s,機組發(fā)電流量為1010m3/s,流量合計1525m3/s,進行低水圍堰擋水標準的設(shè)計。左岸及二期截流圍堰的設(shè)計擋水標準采用6月份20a一遇洪水流量,即935m3/s,機組發(fā)電流量1010m3/s,流量合計為1945m3/s。根據(jù)萍水河鐵橋至福田河口上游龍王廟段16a水文資料,在圍堰設(shè)計時共溢流5次,而且在16a水文資料中只有4a的汛期洪水流量超過了2000m3/s。經(jīng)過分析比對,這個流量值同原設(shè)計流量m3/s非常接近,可以說從1945m3/s到2000m3/s,增加的工程投資不多,但是可以縮短施工工期,所以建議將工程設(shè)計流量從1945m3/s提高到2000m3/s。
二期導流:對中部河床段按照汛前期20a一遇洪水的擋水標準進行圍堰圍護,洪峰流量為2200m3/s。
三期導流:采用萍水河鐵橋至福田河口上游龍王廟段歷年最大泄流量,即12600m3/s作為汛期洪水標準,并利用閘門進行上游擋水,而下游則采用10a一遇洪峰流量93.20m3/s擋水標準利用圍堰擋水。
一、二、三期導流設(shè)計特性詳見表1。
表1 各期施工導流設(shè)計特性對比表
2.3.1 常規(guī)設(shè)計方法
在進行導流設(shè)計時,由于國內(nèi)相關(guān)設(shè)計規(guī)范欠缺,所以只能參考國外相關(guān)資料,在實際設(shè)計中必須將導流洞及圍巖都作為剛體,并充分考慮頂拱與邊墻和圍巖接觸面質(zhì)量較難保證等情況,應(yīng)當選用以下抗剪斷公式,計算并折減這些部位的阻滑面積:
式中,K——抗剪斷強度下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);w——導流堵頭自重;f——混凝土與圍巖接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù);c——混凝土與圍巖接觸面的抗剪斷粘聚力;Λ——混凝土與圍巖接觸面面積;α——粘結(jié)接觸面有效面積系數(shù);P——水頭推力。
表2 工程導流方案堵頭安全系數(shù)確定表
從表2結(jié)果可知,修正后的抗剪斷公式所求得的安全系數(shù)比抗剪斷公式的安全系數(shù)大,這是由于導流洞堵頭變形而產(chǎn)生一定的摩擦阻力所引起。
2.3.2 修正抗滑穩(wěn)定計算
任意橫斷面上水頭推力所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力計算公式:
則軸向變形為:
徑向變形為:
徑向位移為:
根據(jù)文克爾假設(shè),圍巖徑向彈性抗力為:
將導流洞變形總阻滑力中所產(chǎn)生的變形摩擦阻力考慮進去并對常規(guī)公式(1)進行修正,便可得到修正后的抗滑穩(wěn)定計算公式:
式中,F(xiàn)為導流洞變形所產(chǎn)生的摩擦阻力,其余變量含義與之前相同,計算過程及結(jié)果詳見表3。
表3 修正抗滑穩(wěn)定計算過程與結(jié)果表
影響導流圍巖變形壓力安全系數(shù)的因數(shù)包括變形參數(shù)、圍巖彈性抗力、圍巖摩擦系數(shù)等,一般情況下,圍巖質(zhì)量越好,彈性抗力越大,則安全系數(shù)增幅也隨之增大,為此本工程可以通過增大圍巖質(zhì)量,提升安全系數(shù)。
綜上所述,萍鄉(xiāng)市城市防洪應(yīng)急整治工程施工導流的設(shè)計充分利用該工程特點,將機組廠房全部設(shè)置在工程河床右側(cè)深槽,而將泄水閘全部設(shè)置在河床左側(cè)巖石漫灘,導流方案實施后,主壩與左岸圍堰堤頂可以均衡施工,可以大大縮短工期,減少工程量并節(jié)省投資,施工導流圍堰開挖難度亦隨之降低,結(jié)果表面,上述施工導流設(shè)計與施工方案完全可行。
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TU998.4;TV87
B
1673-8853(2017)09-0060-02
黎劭(1966-),男,工程師,主要從事水利水電工程項目監(jiān)理工作。
2017-7-15
編輯:劉長垠 韋詩佳