寧少妮

咸陽湖2#橡膠壩局部水毀應(yīng)急修復(fù)工程設(shè)計淺析

寧少妮

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西西安710001）

由于渭河河床下切，導(dǎo)致咸陽湖2#橡膠壩壩后消能設(shè)施發(fā)生局部水毀，如繼續(xù)遭受沖刷將嚴重影響2#橡膠壩壩體及基礎(chǔ)安全，繼而很有可能引發(fā)大壩垮塌，嚴重影響咸陽湖兩岸的人民安全問題，所以對2#壩局部水毀進行應(yīng)急修復(fù)，是十分必要的。結(jié)合咸陽湖2#橡膠壩局部水毀情況，通過分析水毀原因、對原設(shè)計復(fù)核、計算修復(fù)河床沖刷深度等方法，對2#壩局部水毀修復(fù)進行加固方案總體布置，解決了咸陽湖2#橡膠壩主體工程的安全隱患，使得2#橡膠壩能平穩(wěn)運行。

咸陽湖；局部水毀；修復(fù)工程設(shè)計

1 概況

2005年渭河咸陽城區(qū)段綜合治理工程建成，簡稱“咸陽湖”，主河槽首尾布設(shè)1#、2#橡膠壩。2#橡膠壩，位于工程區(qū)下游泄洪蓄水渠尾部，橡膠壩底板頂高程381.47 m，壩高3.5 m。垂直水流方向壩長260 m。順水流方向總長度為71 m，其中上游拋石防沖槽段長8 m，鋪蓋段長10 m，橡膠壩底板段長12 m，消力池段長12 m，海漫段21 m，下游拋石防沖槽段長8 m。

2015年1月13日2#橡膠壩壩后消能設(shè)施發(fā)生局部水毀，主要是壩后海漫段及格賓籠石毀壞嚴重，如繼續(xù)遭受沖刷將嚴重影響2#橡膠壩壩體及基礎(chǔ)安全，繼而很有可能引發(fā)大壩垮塌，嚴重影響咸陽湖兩岸的人民安全問題，所以對2#壩局部水毀進行應(yīng)急修復(fù)，是十分必要的。

2 工程建設(shè)緣由

2.1 局部水毀情況

2015年1月13日2#橡膠壩壩后消能設(shè)施發(fā)生局部水毀，經(jīng)現(xiàn)場勘查鋼筋混凝土海漫段基礎(chǔ)大部分懸空，下游格賓籠石大部分沖毀，消力池底板有裂縫。

（1）鋼筋混凝土海漫段水毀情況：經(jīng)統(tǒng)計六塊海漫段發(fā)生全部斷裂或者部分斷裂，其余八塊海漫基礎(chǔ)大部分被掏空。

（2）消力池底板裂縫情況：兩塊消力池底板呈八字形裂縫，延順水流方向6 m，垂直水流方向15 m。消力池基礎(chǔ)有局部掏空。

（3）下游格賓籠石水毀情況：除淤積部分兩塊格賓籠石完好，其余段格賓籠石沖毀嚴重，格賓網(wǎng)與石頭完全分離，南北兩條主河床格賓籠石已無蹤影。

2.2 局部水毀原因分析

2.2.1 水毀后河床地形測量

為進行河床下切原因分析，合理進行2#壩壩后修復(fù)設(shè)計和復(fù)核工作，本次治理河段在內(nèi)的約500 m河道地形圖全面復(fù)測工作。

2.2.2 局部水毀的原因

（1）原設(shè)計河床地形及主要設(shè)計高程復(fù)核

根據(jù)渭河歷年河道實測資料，本治理河段屬于灘槽分明的河道形態(tài)。依據(jù)2004年實測資料，2#壩河床灘槽分明，壩后主河床寬約100 m，位于南側(cè)，北側(cè)為高漫灘，范圍大，漫灘高程為383.03～383.91 m，局部為382.40 m。

根據(jù)《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》（GBT50979-2014），結(jié)合壩址河段的實際情況，設(shè)計確定2#橡膠壩底板高程為381.47 m，比漫灘高程低1.6 m左右。同時，由于壩址上下游河床除主河槽外均高于壩底板高程，因此，設(shè)計對壩址上下游河床進行疏浚平整設(shè)計，壩前河床疏浚高程381.30 m，較壩底板低0.17 m；壩后消能設(shè)施以下河床疏浚高程381.21 m，較原漫灘高程383.03～383.91 m低1.82 m左右，消能末端塊石砼海漫頂部設(shè)計高程381.27 m，以0.65‰與下游疏浚高程381.21 m平順銜接，消能末端基本不存在落差現(xiàn)象。

（2）復(fù)測河床地形對比分析

根據(jù)2016年2月工地現(xiàn)場實測河床高程成果：2#橡膠壩壩后河床與原設(shè)計狀態(tài)相差很大，壩后約200 m范圍內(nèi)原有的北側(cè)高漫灘明顯萎縮，灘槽分明的河道形態(tài)被改變，壩后約500 m范圍內(nèi)沖刷出2條下切深河床，一條為原有主河床，位于南側(cè)，河床寬度約50 m，壩后河床高程實測為377.71 m左右，較原施工圖紙中海漫末端設(shè)計高程381.21降低了3.5 m；另外一條為新沖刷的主河床，位于北側(cè)靠近北岸高漫灘，河床寬度約50 m，壩后河床高程實測為377.38 m左右，較原施工圖紙中海漫末端設(shè)計高程381.21降低了3.83 m。新淤積的高漫灘位于2條主河床中間，范圍較大，順水流方向長380 m，寬度約60 m～200 m，高程為381.5 m～382.6，較現(xiàn)狀主河床高程377.38，高4.12 m左右。

（3）水毀原因

通過上述對比分析，壩址區(qū)不僅灘槽分明的河道形態(tài)發(fā)生改變，而且壩后現(xiàn)狀實測河床高程377.38 m，要比2004年河床漫灘高程383.03～383.93 m低5.65 m左右，也比原施工圖紙中的設(shè)計疏浚河床高程381.21 m低了3.83 m。

因此，綜合分析認為：2#壩發(fā)生局部水毀的主要原因是壩址區(qū)河床發(fā)生較大變化，主河床高程下切嚴重，壩后河床高程較原施工圖紙中的設(shè)計疏浚河床高程低了3.83 m，壩后新增3.8 m落差水能，使得消能設(shè)施末端與下游河床不能按原設(shè)計要求平順銜接，新增的3.8 m落差水能無法消除，導(dǎo)致2#壩發(fā)生局部水毀。

2.3 河床下切原因分析

在工程設(shè)計至工程運行期間，即2004年～2016年的12年中，河道斷面總體變化較大。主要體現(xiàn)在：深泓下切，原有高漫灘嚴重萎縮，河床高程下切嚴重。

綜合分析，河床下切的主要原因：一是受小水小沙年份自然條件的影響，渭河自然沖刷下切造成，使北側(cè)主河槽不同程度下切；二是在工程開工前和施工過程中存在采砂開挖，使原有的高漫灘不復(fù)存在；而隨著沿河兩岸城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，采砂現(xiàn)象日趨嚴重；三是施工期擾動；四是河床下切變化符合渭河中游河段近年的演變趨勢。

總體而言，咸陽湖城區(qū)河段發(fā)生的河床下切變化符合渭河中游河段近年的演變趨勢：渭河流域近年水沙條件變化較大，整體處于小水小沙年份，水流淘刷主槽加??；加之沿河城市建設(shè)的飛速發(fā)展，使得渭河沿線河道瘋狂采砂，對整個渭河中游河道破壞嚴重，甚至影響到下游潼關(guān)高程下降1.0 m左右。

典型實例1：咸陽市2008年底建成投入運行不到5年的石頭河供水管線穿渭河倒虹管道于去年2013年9月被沖出，管道折斷。沖刷水毀的具體情況為：穿渭河管道原設(shè)計主槽段管道埋深7.4 m，兩側(cè)漫灘埋深大于7.4 m，去年9月不但把管道頂部大于7.4 m的河床覆土沖掉，而且將管道底部河床掏空，導(dǎo)致管道懸空、折斷。此外，在該供水管線上游約10 km處跨渭河的周普大橋，橋基橫系梁已被沖出5 m～6 m深。

典型實例2：咸陽湖，距離2#壩下游約554 m處的隴海鐵路橋，由于河床下切，橋墩基礎(chǔ)已明顯外露。

典型實例3：咸陽湖，由于河床下切，隴海鐵路橋以東附近河道形成落差3 m高左右小瀑布，市民形象稱之為“小壺口”。小瀑布由于河床地質(zhì)鈣化造成水流落差，對鐵路橋和橡膠壩存在安全隱患。

因此，渭河中游河段近年河床的劇烈演變，導(dǎo)致沿線河道普遍下切嚴重。

3 工程建設(shè)的必要性

咸陽湖自2005年建成至今，經(jīng)歷10余年的河床下切，日積月累對2#橡膠壩壩后海漫段及格賓籠石毀壞嚴重，如繼續(xù)遭受沖刷將嚴重影響2#橡膠壩壩體及基礎(chǔ)安全，繼而很有可能引發(fā)大壩垮塌。因此為確保咸陽湖兩岸的人民安全問題，對2#壩局部水毀進行應(yīng)急修復(fù)，是十分必要的。并且在未來5月的汛期來臨之前，工程建設(shè)是更加迫切的。

4 工程修復(fù)設(shè)計

4.1 復(fù)核原設(shè)計

為確保消能設(shè)施和下游河床平順連接，對2#壩按照不同工況進行消能復(fù)核計算，復(fù)核后認為：原設(shè)計確定的2#壩位置、壩底板高程和結(jié)構(gòu)形式是合理的，壩后消能設(shè)計及銜接布置亦是合理，符合《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》[1]的要求。

4.2 工程修復(fù)河床沖刷深度計算

鑒于目前河道形態(tài)變化較大，河床下切較大，為確保2#橡膠壩修復(fù)工程消能防沖安全，

河床沖刷深度按《水閘設(shè)計規(guī)范》[2]中公式進行計算：

海漫末端的河床沖刷深度計算

式中：dm為海漫末端河床沖刷深度（m）；qm為海漫末端單寬流量（m2/s）；[v0]為河床土質(zhì)允許不沖流速（m/s）；hm為海漫末端河床水深（m）。

根據(jù)以上計算成果，本次設(shè)計壩后防沖深度取深泓以下4m。

4.3 工程修復(fù)設(shè)計總體布置

根據(jù)上述計算復(fù)核結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)狀河床下切嚴重情況，維持現(xiàn)狀一級消能設(shè)計方案。由于河床下切較深，在鋼筋砼海漫末端新增設(shè)現(xiàn)澆C20塊石砼防沖斜墻，坡比為1∶2.5，防止下游柔性格賓籠石被淘刷后，砂基溯源回淘，新增設(shè)臺階式柔性格賓籠石與現(xiàn)狀河床高程平順銜接。

本次水毀修復(fù)設(shè)計方案如下：

（1）對現(xiàn)狀水毀鋼筋砼海漫段的處理措施為：拆除重建已毀壞的海漫，修復(fù)外觀完好的海漫。

（2）本次修復(fù)范圍內(nèi)所有砼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)處理：施工前應(yīng)先清基（厚300 mm），對地基局部淤泥軟弱層挖除1 m采用砂礫石換填，對所有砼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用河道內(nèi)的砂礫石夯填，分層碾壓至設(shè)計建基面。

（3）對未拆除的鋼筋砼海漫段以及消力池和中隔墻裂縫進行基礎(chǔ)修復(fù)，人工回填砼底板下的空洞。要求先清理空洞區(qū)垃圾，回填河道內(nèi)的砂礫石，盡量密實。

（4）本次水毀修復(fù)范圍：以橡膠壩底板末端為起點，順水流方向65.54 m，垂直水流方向260 m。順水流方向：消力池底部空洞檢查修復(fù)12 m，恢復(fù)重建鋼筋砼海漫段11 m，新建C25塊石砼海漫段12 m及防沖墻18.8 m，防沖墻坡比1∶2.5，基礎(chǔ)位于深泓高程377.38 m以下4 m；下游柔性格賓籠石及拋石防沖槽共長30.54 m。

（5）全面檢查并修復(fù)各條伸縮縫，視具體情況進行伸縮縫防滲處理：新建鋼筋砼結(jié)構(gòu)之間的伸縮縫內(nèi)設(shè)651型橡膠止水帶，其它新老砼及塊石砼結(jié)構(gòu)縫內(nèi)設(shè)膨脹止水條，伸縮縫寬2 cm，填縫材料采用聚氯乙烯閉孔泡沫板。

（6）上述措施施工結(jié)束后，再進行針對性灌漿處理：主要對鋼筋砼海漫未拆除段空洞以及消力池兩塊底板空洞進行重點灌漿處理。灌漿要求：以注漿為主，視具體情況可給一定的灌漿壓力；漿液為稠水泥漿。

（7）充分利用拆除的鋼筋砼板，用于工程末端的防沖作用，要求堆砌于工程末端的防沖槽及防沖槽下游，整齊擺放。

5 結(jié)論

由于渭河河床下切，導(dǎo)致2#橡膠壩壩后消能設(shè)施發(fā)生局部水毀，針對上述局部水毀的情況，即時做出應(yīng)急、適用、可行的水毀修復(fù)設(shè)計方案。通過水毀修復(fù)，解決了咸陽湖2#橡膠壩主體工程的安全隱患，使得2#橡膠壩能平穩(wěn)運行，為當(dāng)?shù)厮Y源利用和生態(tài)環(huán)境、社q會經(jīng)濟等方面發(fā)揮重要作用。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.（GB/T50979-2014）橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范.北京：中國計劃出版社，2014.

[2]中華人民共和國水利部.（SL265-2001）水閘設(shè)計規(guī)范.中國水利水電出版社，2001

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2017-02-10

寧少妮（1984-），女，陜西西安人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計工作。