紅石嘴樞紐沖砂閘下游消能設施除險加固研究

汪劍安，陳玉兵

(1. 安徽省淠史杭灌區管理總局，安徽 六安 237005；2.安徽省淠史杭灌區管理總局紅石嘴管理處，安徽 金寨 237000)

2016年入汛以來，紅石嘴渠首樞紐工程在經受住洪水考驗的同時，其部分建筑物遭受了不同程度的損壞。其中沖砂閘下游海漫、護坡等部位損壞嚴重。為確保樞紐工程安全度汛，必須對沖砂閘下游消能設施進行除險加固。

1 加固方案

本次應急水毀修復主要內容對紅石嘴沖砂閘下游消能設施進行加固。

1.1 沖砂閘下游消能設施設計

洪水過后，沖砂閘下游海漫大部分沖毀，兩岸干砌石護坡坍塌嚴重，左岸長度約16.5m，右岸長度約30m。根據消能防沖復核計算，紅石嘴沖砂閘現狀消能工不能滿足設計消能要求，需增加一級消力池尾坎高度，并需增設二級消力池。經計算一級消力池尾坎高度2.1m，現狀消力坎高1.8m。本次加固對原消力坎表面進行鑿毛，澆筑400mm厚鋼筋砼面層，加固后消力坎頂面高程為62.10m。

本次應急水毀修復增設二級消力池長35m，其中斜坡段長19.20m。水平段長15.80m。消力池寬38m，池深1.72m，池底高程57.30m，底板厚0.5m，尾坎高1.72m，末端坎頂高程58.50m。消力池底板設φ100mm@2000mm排水孔，底板下部設置反濾層厚600mm，其下設土工布1層。消力池為C25鋼筋混凝土結構，為適應溫度及沉陷變形，沿底板順水流向對稱軸線分兩塊澆筑，分塊間設伸縮縫。消能剖面圖，如圖1所示。

圖1 沖砂閘下游消能剖面圖

二級消力池兩側采用C20混凝土重力式擋土墻，各長35m。擋土墻頂寬0.5m，墻高4.8m，墻頂高程62.10m；擋土墻底板厚0.5m，寬3.5m，前后趾長度均為0.5m。海漫段兩側采用C20混凝土重力式擋土墻，兩側墻長度均為30m。擋土墻頂寬0.4m，墻高3.2m，墻頂高程62.10m～61.70m；擋土墻底板厚0.4m，寬2.8m，前后趾長度均為0.4m。擋土墻排水管材料、規格、間距均為DN-75@2000，進口用土工布包扎。擋土墻頂至岸坡設3.0m寬平臺，平臺高程62.10m，平臺以上至65.40m高程采用120mm厚C20混凝土預制鎖塊護坡，下設100mm瓜子片墊層。

在二級消力池后布置M10漿砌塊石海漫長15.0m，厚0.4m，下設100mm碎石墊層；漿砌石海漫后接10.0m長干砌石海漫，厚0.4m，下設100mm碎石墊層；海漫末端設5.0m長拋石防沖槽，防沖槽頂面高程為58.50m，槽深1.5m，底寬2.0m，防沖槽后接現狀河道。

在二級消力池尾坎采用高壓擺噴樁進行地基加固，孔徑0.9m，孔距0.80m。旋噴樁底高程為37.50m，樁頂高程為46.53m，樁深8.93m。

由于史河公路橋橋墩位于二級消力池水平段內，本次對橋墩進行外包C25鋼筋砼保護，橋墩外包厚度0.5m，高度為二級消力池底板以上1.6m。

1.2 消能防沖計算

沖砂閘消能防沖設計條件：上游水位(庫水位)為69.00m，下游水位(史河水位)為63.50m，開閘下泄流量347m3/s。采用文[4]附錄B消能防沖計算公式，經計算沖砂閘和洪河閘一級消能復核結果如表1所列。

表1 沖砂閘一級消能復核結果

經計算沖砂閘一級消力池尾坎高度2.1m，現狀消力坎高1.8m。本次加固對原消力坎加高0.3m至62.10m，并需增設二級消力池。

1.3 二級消力池計算

采用文[4]附錄B消能防沖計算公式，經計算沖砂閘和洪河泄水閘二級消能計算結果如表2所列。

表2 沖砂閘二級消力池計算結果

1.4 翼墻穩定計算

沖砂閘和洪河泄水閘擋土墻的穩定計算及地基應力如表3所列。

表3 擋土墻穩定計算成果表

經計算，沖砂閘擋土墻抗滑、抗傾穩定及基底應力均滿足規范要求。

2 加固效益

加固效益表現如下

(1) 運行效果良好。 紅石嘴樞紐沖砂閘下游消能設施除險加固工程實施已有2年多時間，經過2年的運行觀測(2018年、2019年相關運行數據如表4所列),工程能滿足運行要求，效果良好。

表4 紅石嘴樞紐沖砂閘下游除險加固后運行情況

(2)防洪標準提高 。該工程通過除險加固后，確保了主要樞紐工程達到50年1遇的防洪標準。

(3)防洪能力提升。 紅石嘴樞紐沖砂閘功能主要是將沉積在閘前的泥沙排至下游河道，通過加固，洪水期可利用沖砂閘兼泄部分洪水，提升了史河總干渠的防洪能力；灌溉期保障向下游河南省6.53×104hm2良田灌溉和下游人民的灌溉用水、生活用水。

3 結束語

通過項目的實施，保障紅石嘴樞紐工程安全運行。針對除險加固項目設計，除了考慮原設計情況，還結合工程實際運行狀況進行校驗設計，從而滿足工程現狀運行。