红石嘴枢纽冲砂闸下游消能设施除险加固研究

汪剑安，陈玉兵

(1. 安徽省淠史杭灌区管理总局，安徽 六安 237005；2.安徽省淠史杭灌区管理总局红石嘴管理处，安徽 金寨 237000)

2016年入汛以来，红石嘴渠首枢纽工程在经受住洪水考验的同时，其部分建筑物遭受了不同程度的损坏。其中冲砂闸下游海漫、护坡等部位损坏严重。为确保枢纽工程安全度汛，必须对冲砂闸下游消能设施进行除险加固。

1 加固方案

本次应急水毁修复主要内容对红石嘴冲砂闸下游消能设施进行加固。

1.1 冲砂闸下游消能设施设计

洪水过后，冲砂闸下游海漫大部分冲毁，两岸干砌石护坡坍塌严重，左岸长度约16.5m，右岸长度约30m。根据消能防冲复核计算，红石嘴冲砂闸现状消能工不能满足设计消能要求，需增加一级消力池尾坎高度，并需增设二级消力池。经计算一级消力池尾坎高度2.1m，现状消力坎高1.8m。本次加固对原消力坎表面进行凿毛，浇筑400mm厚钢筋砼面层，加固后消力坎顶面高程为62.10m。

本次应急水毁修复增设二级消力池长35m，其中斜坡段长19.20m。水平段长15.80m。消力池宽38m，池深1.72m，池底高程57.30m，底板厚0.5m，尾坎高1.72m，末端坎顶高程58.50m。消力池底板设φ100mm@2000mm排水孔，底板下部设置反滤层厚600mm，其下设土工布1层。消力池为C25钢筋混凝土结构，为适应温度及沉陷变形，沿底板顺水流向对称轴线分两块浇筑，分块间设伸缩缝。消能剖面图，如图1所示。

图1 冲砂闸下游消能剖面图

二级消力池两侧采用C20混凝土重力式挡土墙，各长35m。挡土墙顶宽0.5m，墙高4.8m，墙顶高程62.10m；挡土墙底板厚0.5m，宽3.5m，前后趾长度均为0.5m。海漫段两侧采用C20混凝土重力式挡土墙，两侧墙长度均为30m。挡土墙顶宽0.4m，墙高3.2m，墙顶高程62.10m～61.70m；挡土墙底板厚0.4m，宽2.8m，前后趾长度均为0.4m。挡土墙排水管材料、规格、间距均为DN-75@2000，进口用土工布包扎。挡土墙顶至岸坡设3.0m宽平台，平台高程62.10m，平台以上至65.40m高程采用120mm厚C20混凝土预制锁块护坡，下设100mm瓜子片垫层。

在二级消力池后布置M10浆砌块石海漫长15.0m，厚0.4m，下设100mm碎石垫层；浆砌石海漫后接10.0m长干砌石海漫，厚0.4m，下设100mm碎石垫层；海漫末端设5.0m长抛石防冲槽，防冲槽顶面高程为58.50m，槽深1.5m，底宽2.0m，防冲槽后接现状河道。

在二级消力池尾坎采用高压摆喷桩进行地基加固，孔径0.9m，孔距0.80m。旋喷桩底高程为37.50m，桩顶高程为46.53m，桩深8.93m。

由于史河公路桥桥墩位于二级消力池水平段内，本次对桥墩进行外包C25钢筋砼保护，桥墩外包厚度0.5m，高度为二级消力池底板以上1.6m。

1.2 消能防冲计算

冲砂闸消能防冲设计条件：上游水位(库水位)为69.00m，下游水位(史河水位)为63.50m，开闸下泄流量347m3/s。采用文[4]附录B消能防冲计算公式，经计算冲砂闸和洪河闸一级消能复核结果如表1所列。

表1 冲砂闸一级消能复核结果

经计算冲砂闸一级消力池尾坎高度2.1m，现状消力坎高1.8m。本次加固对原消力坎加高0.3m至62.10m，并需增设二级消力池。

1.3 二级消力池计算

采用文[4]附录B消能防冲计算公式，经计算冲砂闸和洪河泄水闸二级消能计算结果如表2所列。

表2 冲砂闸二级消力池计算结果

1.4 翼墙稳定计算

冲砂闸和洪河泄水闸挡土墙的稳定计算及地基应力如表3所列。

表3 挡土墙稳定计算成果表

经计算，冲砂闸挡土墙抗滑、抗倾稳定及基底应力均满足规范要求。

2 加固效益

加固效益表现如下

(1) 运行效果良好。 红石嘴枢纽冲砂闸下游消能设施除险加固工程实施已有2年多时间，经过2年的运行观测(2018年、2019年相关运行数据如表4所列),工程能满足运行要求，效果良好。

表4 红石嘴枢纽冲砂闸下游除险加固后运行情况

(2)防洪标准提高 。该工程通过除险加固后，确保了主要枢纽工程达到50年1遇的防洪标准。

(3)防洪能力提升。 红石嘴枢纽冲砂闸功能主要是将沉积在闸前的泥沙排至下游河道，通过加固，洪水期可利用冲砂闸兼泄部分洪水，提升了史河总干渠的防洪能力；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 结束语

通过项目的实施，保障红石嘴枢纽工程安全运行。针对除险加固项目设计，除了考虑原设计情况，还结合工程实际运行状况进行校验设计，从而满足工程现状运行。