尤溪防洪二期工程梅仙段左岸施工

（福建省尤溪縣水電工程管理站三明市365000）

尤溪防洪二期工程梅仙段左岸施工

田光鵬

（福建省尤溪縣水電工程管理站三明市365000）

福建省閩江上游尤溪流域防洪二期工程（尤溪段）是保障人民生活及生產，促進社會和諧發展的民生工程。在其梅仙段左岸原施工設計中存在諸多問題，文針章對問題提出變更方案使施工可行。

閩江防洪梅仙段施工變更

前言

福建省閩江上游尤溪流域防洪二期工程（尤溪段）地處尤溪縣城關鎮、西城鎮、梅仙鎮、坂面鎮、洋中鎮，擬新建7條堤段（解聯建堤段、埔頭堤段、汶潭堤段、梅仙堤段、坂面堤段、后洋坪堤段、洋中堤段），合計27.18km；移動排澇站3座，水閘3座。尤溪縣城區防洪標準按20年一遇，其余鄉鎮按10年一遇。施工總工期3年，工程靜態總投資34595萬元，其中工程部分靜態總投資29277萬元，移民征地補償靜態總投資2982萬元，水土保持工程靜態總投資1964萬元，環境保護工程靜態總投資370萬元。閩江上游尤溪流域防洪二期工程（尤溪段），有助于區域社會經濟的發展，提高城市品位，完善防洪體系和提高防洪標準的需要，提升海峽西岸經濟區防洪保障能力，整體推進防洪治理，構建防洪減災體系。是保障人民生活及生產，促進社會和諧發民展的民生工程，其建設是十分必要和緊迫的。

梅仙堤段總長4267.0m，保護對象主要為沿岸村莊及工業園區。設計的洪水標準確定為20年一遇洪水，堤型結構為復合式堤和衡重式埋石混凝土堤。其左岸堤段洪水水面線高程為（96.28～93.40）m，堤防高度（9.64～10.34）m，堤防長2619.5m。樁號MX（左）0+000.0～MX（左）1+054.6、MX（左）1+780.7～MX（左）2+619.5，為下部重力式C15埋石混凝土擋墻、上部土堤的復合式防洪堤，下部擋墻高（5.64～6.34） m，堤頂寬0.8m，堤頂設C20壓頂混凝土，厚200 mm，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.15，堤防背后填土。上部土堤，堤高4m，迎水面坡比為1∶2.0，植草皮護坡，迎水面坡頂設0.8m高鋼筋防浪墻，坡頂高程（96.88～94.00）m，堤頂設置防汛道路。兩級防洪堤之間的親水平臺高程為（93.88～91.00）m，寬3.0 m，平臺下部鋪150mm厚碎石墊層，預制混凝土塊路面。樁號MX（左）1+054.6～MX（左）1+780.7為衡重式C15埋石混凝土堤，堤高（9.27～9.52）m，堤頂高程為（95.20～94.09）m，迎水面堤頂設0.8m高鋼筋防浪墻，堤頂寬0.8m，迎水面坡比1∶0.15，上墻高4.5m，背水面上墻坡比1∶0.25，臺寬2.6m，下墻坡比1∶0.35?；A設C15墊層厚150mm，堤防背后填土，填土至堤頂高程。

1 存在問題

根據原設計施工圖，梅仙段左岸石龜倒樁號0+ 750～0+930堤段基礎為拋石與網箱石籠，設計基礎處理方案為水下拋石一定高度后進行平整，而后安置網箱石籠至85.10m高程，高程85.10以上為拋石與格網石籠護墊。根據設計要求網箱石籠安置高度（2～5）m，層數（2～5）層，網箱石籠需外購并由廠家進行指導制安。但是受雍口水庫庫水位影響，本堤段基礎施工時需在水下作業，水深為（3.6～8.5）m，在準備施工時網箱石籠生產廠家工作人員到現場察看，認為水下拋石整平與網箱石籠安置十分困難，質量不予保證，格網石籠護墊施工同樣存在此問題，后經聯系多家生產廠家均如此表態。

2 變更施工方案

2.1 變更施工方案原則

針對梅仙段左岸存在的問題，變更方案從安全、可行角度出發，擬定變更原則：

（1）變更后建設標準與原設計一致；

（2）變更斷面穩定滿足相關規范要求；

（3）變更后水位變化不影響原設計堤頂高程；

（4）變更斷面滿足不沖流速要求；

（5）變更斷面應便于施工與后期維護；

（6）變更后堤段盡量做到斷面最優，工程量最省。

2.2 變更方案影響分析復核

變更方案穩定性主要從變更后水位變化影響、堤腳防沖穩定、堤防整體穩定與變更后投資影響進行分析，進而對變更方案進行評價。

（1）水位影響分析。

根據閩江上游尤溪流域防洪二期工程初設報告水面線計算控制斷面以及本工程總平面圖看出，變更堤段不屬于水文計算控制斷面，現狀河床常年受沖刷形成天然凹岸，堤防建設后樁號0+750～0+930段河面行洪水面寬度達（130～150）m，岸坡受沖刷坡面陡。距變更堤段下游60m處的樁號0+989.131～ 1+036.803堤段行洪水面寬度為（115～125）m，且高程87.60m以上灘涂寬度達（10～42）m，行洪寬度較變更段窄小很多。

本次涉及變更堤段位于樁號0+750～0+930段，根據變更方案斷面圖可以看出，樁號0+750～0+0+ 842.927堤段變更方案堤腳寬度較原設計?。粯短?+842.927～0+920.051堤腳較原設計寬（0～1.265）m，過水斷面面積?。?.51～2.02）m2，但是縮窄面積占河道行洪面積甚微，且變更段現狀河床常年受沖刷形成天然凹岸，河床較上下游水面寬（15～35）m，可認為本堤段變更后不存在阻洪問題，同時本項目為雍口電站庫區范圍河段，水庫庫容大，庫區調節平衡能力強，變更堤段位于河床凹岸，所處河床水面寬，不是水文計算控制斷面。因此可以認為堤防建成后，較原設計變更堤段不會對上下游水位產生影響。

（2）堤基防沖復核。

①拋石粒徑計算。尤溪流域防洪二期工程梅仙段水面線推算成果（見初設報告表4-7-8與圖4-7-2），變更項目位于初設計算水文C1～C5斷面范圍內，其流速范圍為（2.28～3.12）m/s，本方案從安全角度出發，計算流速采用3.5m/s。根據《堤防工程設計規范》要求，拋石護角需進行拋石粒徑計算，經計算，當拋石粒徑為0.70m，計算單個重量約385kg，同時規范要求拋石厚度不小于拋石粒徑2倍，坡度宜緩于1∶1.5，本次變更方案堤基常水位以下采用人工錨固拋石，每組重量要求不小于600kg，常水位以上為理砌拋石，護面邊坡為1∶1.75，因此變更拋石基礎處理方案合理可行。拋石粒徑計算過程如下：

根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）附錄D.3.4規定，在水流作用下，防護工程護坡、護腳塊石保持穩定的抗沖粒徑（折算粒徑）可按下式計算：

式中d——折算直徑（m），按球形折算；

W——石塊重量（kN）；

V——水流流速（m/s），從安全角度出發流速取值3.5m/s；

g——重力加速度（9.81m/s2）；

C——石塊運動的穩定系數；取值0.9（按傾斜底坡考慮，偏安全）；

rs——石塊的重度，取值21.0kN/m3；

r——水的重度，取值10kN/m3。

經計算，拋石折算粒徑d=0.70m，單個重量W= 3.78kN，約385kg，本次設計護面人工錨固拋石單組重量不小于600kg，滿足塊石粒徑要求。

②沖刷深度計算。按照《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）的規定，對防洪堤腳沖刷坑深度進行驗算，為便于計算，本次選擇樁號0+858.132斷面進行復核，計算結果見表1。平順護岸沖刷深度可按下列公式計算：hs=Ho[（Ucp/Uc）n-1] Ucp=U×2η/（1+η）

表1 各粒徑拋石沖刷深度計算成果

Uc=1.08×[g×d50×（rs-r）]0.5×（Ho/d50）（1/7）

式中hs——局部沖刷深度（m）；

Ho——沖刷處的水深（m）；

UCP——近岸垂線平均流速（m/s）；

n——與防護岸坡在平面上的形狀有關，取值范圍n=1/4～1/6，本次取值；

UC——泥沙起動流速（m/s），對于卵石的啟動流速，可采用長江科學院的啟動公式計算；

d50——床沙的中值粒徑（m）；

U——行近流速（m/s），取值3.5m/s；

η——水流流速不均勻系數，根據水流流向與岸坡交角α查規范采用，沖刷腳為40°，查表η= 1.75。

本次變更段位于沖刷凹岸，水流流速大，從安全與施工角度出發，變更方案人工錨固拋石面層厚度為（1.5～3.2）m。

（3）堤防整體穩定計算。

①堤防滲流穩定計算。本堤段為山區河流，洪水暴漲暴落，一般一場洪水過程歷時24h左右，因此復合式堤防（土堤堤身）擋水時間內不一定能形成穩定滲流，根據初設報告本堤段地勘成果，項目區堤基大部分為砂卵石，為強透水層，洪水可能通過砂卵石層在背水坡堤腳處逸出，形成穩定滲流，為此根據《堤防工程設計規范》（GB50286-98），計算考慮穩定滲流以及水位驟降工況下的滲流。滲流計算是根據項目工程地質勘察報告提供的地質參數建議值及參照類似工程經驗值，選取各土層滲透系數如表2。

表2 防洪堤各土層滲透系數cm/s

滲流計算選擇背水側地面高程較低的復合式斷面，本此計算斷面具體樁號為：樁0+858.132。計算簡圖如附圖所示。

附圖滲流穩定計算簡圖

采用河海大學工程力學研究所編寫的“水工結構有限元分析系統（AutoBank6.06）”計算程序進行計算。

選取兩種控制工況作滲流計算：工況1：防洪堤臨水側為設計水位95.81m，背水側無水；工況2：防洪堤臨水側為設計水位95.81m驟降至94.81m（驟降1m），背水側無水。

結果表明，防洪堤在工況1（穩定滲流工況）下，浸潤線逸出坡面的最大水力坡降為0.381，在工況2（水位驟降工況）下，浸潤線逸出坡面的最大水力坡降為0.346，均小于容許水力坡降，因此滿足滲透穩定要求。

②堤防邊坡穩定計算。堤防邊坡穩定計算浸潤線采用滲流穩定的計算成果，采用河海大學編制的“水工結構有限元分析系統（AutoBankV6.0）”程序進行計算，選取其中有效應力法進行計算，土料抗剪強度指標采用慢剪指標。

本工程等別為四等工程，穩定計算斷面選取樁號0+858.132，計算工況分別為：

正常工況：正常工況1（滲流穩定期）：河內水位為設計洪水位時迎水堤坡穩定計算；正常工況2（滲流穩定期）：河內水位為設計洪水位時背水堤坡穩定計算。

非常工況：非常工況1（水位驟降期）：河內水位從設計洪水位驟降1m迎水堤坡穩定計算；非常工況2（水位驟降期）：河內水位從設計洪水位驟降1m時背水堤坡穩定計算。計算結果如表3。

表3 防洪堤整體抗滑穩定計算成果

由表3可知，復合式防洪堤整體抗滑穩定計算結果滿足規范要求。

（4）方案投資變化分析。

根據工程量與投資預算，本次變更后工程投資較原設計多出23.77萬元，變更方案與原設計工程量及投資計算見表4。

3 結論

表4 工程量及投資計算

綜上所述，本次變更方案通過對變更后斷面穩定計算，堤腳拋石抗沖穩定復核，水位與對原設計堤頂高程影響分析、投資方案計算分析，可認為變更方案是安全可行的，解決了原施工方案存在的問題。

2017-02-13）

田光鵬（1974-），男，福建尤溪人，大學本科，工程師，研究方向：水利水電工程。