人民渠穿石亭江涵洞加固治理方案

錢波 郭軍 李幫建

摘 要：河床演變，使河工建筑物上下游形成落差。本文分析了河段演變原因、陡坡穩定，根據分析結論提出了河工建筑物上下游銜接治理方案，對已有河工建筑物起到了保護作用，減小了河段劇烈演變現狀。

關鍵詞：河道；建筑物；銜接；治理方案

1 工程背景

人民渠干渠穿石亭江涵洞位于什邡市雙盛鎮與綿竹市新市鎮交界的石亭江上，始建于1956年春，后經1962年、1964年、1970年、1975年擴改建，達到設計過水流量75m3/s，加大流量81m3/s的通水規模。自建成以來運行至今涵洞工程情況良好。該涵洞工程是人民渠干渠向涵洞下游灌區輸水的控制性工程，控灌面積308.75萬畝，同時還承擔著涵洞下游灌區部分城鎮居民生活、工農業生產、生態環境用水的輸供水任務，工程的安全極其重要。

為實現對涵洞主體工程起到保護作用，減小工程河段劇烈演變的現狀，本文在現場踏勘及收集基礎資料的基礎上，分析了工程現狀特征、水毀成因及穩定狀況提出了合理的治理方案。

2 工程水毀因素分析

由于地震災后重建集中需要大量的砂礫石材料，河道下游出現了大量無序開采現象，中游采集中粗砂和砼粗骨料（卵礫石），形成大坑、深槽，破壞了河道糙率，人為加大了河床比降導致水流紊亂，沖刷加劇；5.12地震后，石亭江上游河段多次爆發了大型泥石流，上游河段於塞嚴重，河道內大量泥石流物質中分散著大量粒徑小于0.1mm的粘性顆粒，對水流的粘性產生顯著影響，大大減小了粗顆粒沉砂的沉速，使其具有較大的挾砂能力，這種高含砂流體具有很強的沖刷能力。這些因素導致了河流動力作用加大，沖淤平衡破壞，河道處于繼續下切的不穩定狀態。

工程河段原河道自然比降為4.5‰左右，經調查2008年-2013年工程河段河床變遷劇烈，涵洞上、下游原河道河床基本與涵洞頂齊平，僅僅幾年的時間涵洞上、下游河道高差達20.29m，在涵洞上下游形成巨大的落差。工程河段漫灘雜亂，高差近10m，河床深槽擺布游蕩，河床寬300-400m，但工程河段下游行洪斷面最窄處僅80m，局部的縮窄使河流流速加大，增大了局部沖刷力，河床深槽進一步下切，加之“7.9”洪水突如其來，漲水迅速，沖擊力極強，在這種情況下，河床受洪水的沖刷，再次嚴重下切，致使涵洞下游的消力池尾坎防沖槽齒板基礎懸空垮塌，進而導致消力池基礎掏刷，底板垮塌。

3 治理方案

工程治理原則是根據地形地質條件以及河流特征，合理選定各建筑物的形式，在確保主體建筑物安全運行的基礎上，盡量力求運行安全、管理維護方便，節省工程量，降低工程投資。工程設計期間進行了拆除重建渡槽方案和保留主體涵洞加固治理方案的論證，經綜合分析投資、影響范圍、管理、運行、施工等條件，選定了加固治理方案。

4 工程布置

為使河道水流“逢正、歸槽”，根據河道上游已建堤防安全超高和行洪安全，將涵洞洞頂行洪斷面適當縮窄。洞頂修建鋼筋砼空箱式擋墻，擋墻與上游護岸采用100m長扭面護坡銜接。在涵洞頂與下游河道的落差范圍新建消力池，涵洞頂與消力池間修建C35抗沖耐磨砼陡坡連接段連接洞頂與消力池，洞頂高程567.30m，與原涵洞頂高程一致，陡坡坡比為1：2。消力池底板高程543.70m，池深4.5m，池長55m，池后接防沖槽，防沖槽齒板埋深10.0m，采用C30砼澆筑。陡坡段與消力池段兩岸邊墻采用重力式擋土墻結構，擋土墻采用C25埋石砼結構，消力池末端河道堤防采用砂卵石砼面板護坡，堤防護坡新建總長度200m。護坡與消力池邊墻以扭面漸變銜接，扭面漸變段長60m，護坡末端與河段已建護岸封閉銜接。按照“挖河心、固河岸、消除倒灘水、穩定河勢”的基本原則，對整治河段高灘按自然穩定河床比降和穩定河寬進行平整，將平整開挖料填至兩岸臺地或岸坡坡腳。

5 陡坡段穩定計算

（1）砂卵石土體凝聚力C=0 Kpa，內摩擦角27-36度，天然容重2.1-2.2g/cm3，浮容重1.15-1.25g/cm3，滲透系數（1～5）×10-3-7.60×10-2cm/s。（2）邊坡等級及抗滑穩定安全系數標準。本工程主要建筑物級別為3級，相應邊坡級別為3級，各運用條件下邊坡抗滑穩定安全系數按規范標準為1.05-1.20。（3）地震參數：工程場地地震動峰值加速度為0.15g，地震動反應譜特征周期為0.40s，對應的地震烈度均為Ⅶ度。（4）邊界條件。邊坡水平計算長度在上、下游邊界處各延伸15-20m；垂直計算深度取到坡腳密實砂卵石基礎以下10m左右。兩邊坡正常運用工況上游水位與涵洞頂齊平，下游水位為消力池底板高程。（5）設計計算方法：采用邊坡穩定計算的畢肖普計算法，計算參數選用線性指標。計算程序采用河海大學土石壩邊坡滲流、穩定有限元分析系統Autobank7.exe。（6）計算成果分析及支護措施。計算滑弧頂部在邊坡內側，下部滑出點位于邊坡較陡的坡腳臨空面處。從計算所得滑動面來看，滑帶主要在地層物性指標較差的各類砂卵石中，因而計算成果是合理的。消力池邊坡的抗滑穩定安全系數計算值在各工況下均滿足規范要求值。穩定計算結果說明消力池陡坡支護設計是合理的。涵洞頂與消力池間修建C35抗沖耐磨砼陡坡連接段連接洞頂與消力池，陡坡坡比為1：2。陡坡結構分兩層：底層為1.3m厚C30砼，面層采用0.5m厚C35抗沖耐磨砼，并設置相應的排水設施減小滲透壓力。

6 結束語

工程在砂礫石河床上修建上下游落差達20余米的河道銜接建筑物，類似工程很少。利用本加固治理方案銜接型式，不僅對原有河工建筑物起到了保護作用，同時也節約了投資，有利于減小河段劇烈演變現狀。為在平原河道建筑物的上下游在的落差進行工程銜接積累了經驗。

參考文獻

[1]華東水利學院.水工設計手冊（第六卷）[M].北京：水利電力出版社，1987.

[2]陳德亮.水工建筑物[M].北京：水利電力出版社，2001.

作者簡介：錢波（1982-），男，四川營山人，都江堰人民渠第一管理處什邡站，工程師，本科學歷，研究方向：水利工程設計、施工。

郭軍（1963-），男，四川什邡人，都江堰人民渠第一管理處什邡站，工程師，大專學歷，研究方向：水利水電工程。

李幫建（1961-），男，四川什邡人，都江堰人民渠第一管理處什邡站，助工，中專學歷，研究方向：水利水電工程。