方案四:溢流坝、冲砂闸底流消能加固方案。
将方案三中岩面较高左侧512m区段段采用底流消能。其它采用与方案三相同的面流消能形式。
方案五:溢流坝、橡胶坝、冲砂闸面流消能加固方案;
保留原有5孔冲砂闸,将原翻板闸段改建为橡胶坝段,其它段改造或新建溢流坝,修补或重建原消力池,然后下游接面流消能工,在面流消能结构下设一道钢筋砼防冲墙,墙底插入基岩。
方案六:溢流坝、橡胶坝、冲砂闸底流消能加固方案;
将方案五的面流消能改为底流消能,保留可利用的消力池段,并凿除消力池底坎。其下游新设消力池,池底设4排水泥搅拌桩固砂,消力池末端设抛石防冲槽。其余内容均与第五方案相同。
方案七:溢流坝、橡胶坝、冲砂闸二级底流消能加固方案。
第一级消能设施同原有工程形式,修复或重建原消力池;在其下游新设二级消力池,在消力池末端底设旋喷防冲墙,消力池下游设海漫,其余内容均与第五方案相同。
根据上述分析比较,基于加强溢流坝上下游河道采砂管理的情况下,选择造价最低、工程相对较为安全的“方案五”,即溢流坝、橡胶坝、冲砂闸面流消能加固方案,作为该工程的实施方案。
3 加固设计
本工程加固设计的关键是消能防冲和坝基支护设计,我们对此做了较深入的研究。
3.1消能防冲设计本次设计根据工程现状结合原有消力池底流消能在其下游新建了面流消能设施,采取了底流消能与面流消能相结合得消能措施。
面流消能区的流场流态主要与上游水头、单宽流量、下游水深、鼻坎挑角、鼻坎高度等有关。水流出挑坎后以自由面流形式进入河道,一方面在平面迅速向两侧岸边扩散,另一方面表层主流水股也在立面方向迅速形成扇形扩散,主流下部还因摩擦形成底部回流区域。
根据面流流态演变过程的三种临界状态,分别计算在3种大小不同流量下保证三种临界状态下皆能发生面流消能情况下的跌坎高程,跌坎反弧半径R,跌坎长度L.依据自戴村坝到琵琶山溢流坝间的现状河道水力要素和泄量关系推求下游水位,根据不同流量下的不同临界状态,首先假定跌坎高度P,然后试算坎顶出流断面水深,再根据试算的 反推P是否满足 并验证面流衔接保证面流消能的发生。经反复假定试算及验算确定跌坎高程为53.30m.根据《水闸设计规范》(SL265-2001)中跌坎反弧半径及跌坎长度最小值的规定,分别确定反弧半径R=2.5m,跌坎长度L=4.0m.
面流消能时为保证小流量时具有一定的下游淹没水深及减少大流量时对坝脚的掏刷,在面流消能末端设有深度2.6m、长度19.8m的格栅石笼防冲槽。
3.2坝基支护设计溢流坝水毁的直接因素就是下游河床高程的下降改变了原有的运行条件。由此,坝基的支护就更显重要。
采取排桩和地下连续墙的坝基支护措施,可靠度高,可以很好得满足工程固砂抗冲的要求。结合工程地质条件,基岩高程左高右底,左岸0-002.5~0+542.7段采用灌注桩与旋喷桩结合形成排桩;右岸0+542.7~0+802.7段采用悬挂式钢筋混凝土地下连续板墙。
地下连续墙设计的主要取决于是墙体入土深度及刚度。连续墙为悬臂式支护结构,计算采用传统的布鲁姆法板桩计算,简图如图2示。经计算,连续墙底高程为43.40m,墙体厚度0.8m.排桩设计主要取决于是灌注桩直径、旋喷桩有效直径和公共弦长得确定。计算方法同板墙,所不同的是灌注桩单桩承受桩距间的土压力。经计算,灌注桩直径为1.0m,桩距1.30m,底高程为43.40m,基岩高于43.40m处入岩1.0m;旋喷桩有效桩径1.30m,最小公共弦长0.30m.
4 结论
与建议从琵琶山溢流坝历次的水毁分析,维持现状河床的稳定是保证工程有效运行的关键。根据现状河道工程地质情况在严格控制采砂的措施下,选定工程设计的边界控制条件是保证工程安全运行的首要因素。
平原河道拦河溢流工程设计的重点是消能防冲,坝基支护。经过2005年汛期的运行来看,琵琶山溢流坝所采用的排桩及板墙支护,面流消能的措施安全有效地保证了工程的运行。
此外,在工程控制运用中合理地调控,使溢流坝、冲砂闸和橡胶坝各段单宽泄量基本一致,可以避免洪水形成集中过水通道,减小对下游河床的集中淘刷。