安徽無(wú)為大堤?hào)|風(fēng)閘進(jìn)水前池抗?jié)B穩(wěn)定性復(fù)核

安春年 劉正軍 程曉鳴

(1.安徽省無(wú)為大堤長(zhǎng)江河道管理局,安徽 無(wú)為 238300;2.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,天津 300222)

安徽省無(wú)為大堤位于長(zhǎng)江下游左岸,上起無(wú)為縣果合興,下迄和縣方莊,全長(zhǎng)124.215 km。其地理和經(jīng)濟(jì)位置極其重要,屬長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)堤防,系長(zhǎng)江流域國(guó)家重點(diǎn)確保堤防。

東風(fēng)閘始建于1965年,位于十四連圩、無(wú)為大堤原樁號(hào)104+463、新樁號(hào)114+691處,為單孔矩形鋼筋混凝土箱涵,孔口尺寸2.4m×3.0m,涵身長(zhǎng)度64.00m,自排設(shè)計(jì)流量5.7 m3/s,自引設(shè)計(jì)流量2.05 m3/s,排澇面積21.00km2。

由于穿堤建筑物建于20世紀(jì) 60～70年代,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低,隨著無(wú)為大堤堤身斷面逐年加高培厚,存在涵閘洞身長(zhǎng)度與強(qiáng)度不足、不均勻沉降偏大、啟閉設(shè)備陳舊、消能防沖設(shè)施損壞等諸多安全隱患,在長(zhǎng)江洪水位較高年份的防洪中,穿堤建筑物仍是無(wú)為大堤防洪安全中的一大薄弱環(huán)節(jié)。為確定東風(fēng)閘進(jìn)水前池運(yùn)行安全與否,需進(jìn)一步核算東風(fēng)閘進(jìn)水池地基的抗?jié)B穩(wěn)定性和抗浮安全性。

1 工程地質(zhì)條件

東風(fēng)閘址處工程區(qū)地表廣泛出露第四系松散堆積層,下伏地層為白堊系——第三系(K-R)基巖。

工程區(qū)地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)下?lián)P子臺(tái)褶帶南京凹陷褶皺束之無(wú)為凹陷區(qū)。區(qū)域地質(zhì)資料表明,晚近期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以間歇性升降運(yùn)動(dòng)為主。

根據(jù)國(guó)家地震局1990年《中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖》(1/400萬(wàn)),工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。

本區(qū)松散堆積層多具有二元結(jié)構(gòu),根據(jù)土層結(jié)構(gòu)及土層賦水特征,可將其劃分為孔隙潛水含水層和孔隙承壓含水層兩大含水層。區(qū)內(nèi)地下水主要由大氣降水和江河、湖塘等地表水體補(bǔ)給。

地下水運(yùn)移隨季節(jié)變化明顯。洪水期,江河水位抬高,地下水在同一含水層中向遠(yuǎn)離江河方向運(yùn)移;枯水期,江河水位降低,地下水在同一含水層中向江河方向運(yùn)移,于河床底部直接排入江河之中。

東風(fēng)閘址處堤身回填土和持力層主要物理力學(xué)指標(biāo)的范圍值詳見(jiàn)表1和表2。

2 復(fù)核條件

根據(jù)東風(fēng)閘運(yùn)行條件,進(jìn)水前池地基滲流穩(wěn)定復(fù)核水位組合,長(zhǎng)江側(cè)采用100a一遇設(shè)計(jì)防洪水位11.76 m,為堤防設(shè)計(jì)洪水位上加高0.5 m。復(fù)核水位見(jiàn)表 3。

基于東風(fēng)閘進(jìn)水前池地基條件,依據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265-2001),得出允許滲流坡降(見(jiàn)表4)。

表1 東風(fēng)閘土體物理力學(xué)指標(biāo)

表3 東風(fēng)閘進(jìn)水前池滲流復(fù)核水位

3 進(jìn)水前池抗?jié)B穩(wěn)定性復(fù)核

東風(fēng)閘進(jìn)水前池地基滲流穩(wěn)定復(fù)核包括地基淺層滲流穩(wěn)定及深層滲流穩(wěn)定復(fù)核。淺層滲流穩(wěn)定是指沿閘進(jìn)水前池地基輪廓線的滲透穩(wěn)定;深層地基滲流穩(wěn)定是指沿閘進(jìn)水前池地基土層構(gòu)成雙層地基的滲透穩(wěn)定。根據(jù)地勘資料,東風(fēng)閘進(jìn)水前池地基土層為含粉質(zhì)壤土,厚度約為4.500m,其下為灰色、飽和、松散的粉砂,本層未揭穿。兩層的滲透系數(shù)之比為36.75,大于10,構(gòu)成雙層地基。

因此,東風(fēng)閘進(jìn)水前池地基除進(jìn)行淺層滲流穩(wěn)定復(fù)核外,還需進(jìn)行深層滲流穩(wěn)定復(fù)核,同時(shí)驗(yàn)算上覆相對(duì)不透水層厚度,即該層抗浮穩(wěn)定性是否滿足要求。

淺層滲流穩(wěn)定計(jì)算方法采用滲徑系數(shù)法和改進(jìn)阻力系數(shù)法。

滲徑系數(shù)法計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。由計(jì)算結(jié)果可知,東風(fēng)閘進(jìn)水前池地基實(shí)際防滲長(zhǎng)度均大于需要的最小防滲長(zhǎng)度。

表5 東風(fēng)閘滲徑系數(shù)法計(jì)算結(jié)果

改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 6。

表6 東風(fēng)閘改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算結(jié)果

根據(jù)東風(fēng)閘允許滲流坡降表及計(jì)算結(jié)果,在東風(fēng)閘進(jìn)水前池內(nèi)、外滲流復(fù)核水頭差情況下,進(jìn)水前池淺層地基滲透坡降滿足要求,不會(huì)發(fā)生淺層滲透破壞。

在深層滲流穩(wěn)定計(jì)算方法中,將上層透水性較弱的土層當(dāng)作透水鋪蓋,在進(jìn)水前池中滲流流線是垂直的。在水閘地下輪廓線高水位側(cè),滲流垂直向下;在進(jìn)水前池地下輪廓線低水位側(cè),滲流則垂直向上;下臥強(qiáng)透水層中的流線則是水平的。根據(jù)達(dá)西定律和滲透連續(xù)性的原理,建立進(jìn)水前池上、下游透水段以及進(jìn)水前池基礎(chǔ)地下輪廓段的滲流微分方程,并進(jìn)行求解。

按長(zhǎng)江側(cè)定長(zhǎng)至粉砂強(qiáng)透水層敞露,進(jìn)水前池側(cè)定長(zhǎng)至透水層封閉進(jìn)行計(jì)算求得相對(duì)不透水層底面滲透壓力水頭,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 東風(fēng)閘雙層地基滲透穩(wěn)定計(jì)算成果

可見(jiàn)東風(fēng)閘進(jìn)水前池基礎(chǔ)深層滲透穩(wěn)定基本滿足要求。

4 進(jìn)水前池抗浮穩(wěn)定性復(fù)核

采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)中有關(guān)土石壩背水側(cè)透水蓋重所涉及公式對(duì)進(jìn)水前池地基抗浮安全性進(jìn)行計(jì)算分析。

在考慮進(jìn)水前池護(hù)底干砌石重量的情況下,進(jìn)水前池地基抗浮安全性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 8。

表8 東風(fēng)閘進(jìn)水前池地基抗浮安全性計(jì)算結(jié)果(計(jì)入蓋重)

根據(jù)表 8的計(jì)算結(jié)果可知,東風(fēng)閘進(jìn)水前池地基抗浮安全系數(shù)大于2.00,地基弱透水層厚度滿足不出現(xiàn)管涌、流土的抗浮安全性要求。

5 工程措施

雖然經(jīng)核算東風(fēng)閘抗?jié)B穩(wěn)定性滿足要求,但運(yùn)行管理單位工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)情況表明,東風(fēng)閘前池尚存在一定的問(wèn)題,為確保工程安全運(yùn)行,擬采取如下處理措施:

(1)東風(fēng)閘建于1965年,1990年在內(nèi)圩側(cè)進(jìn)行了接長(zhǎng)加固,原啟閉機(jī)臺(tái)、U型槽及閘門均保留,目前閘門已下降0.8 m且已銹蝕,影響了箱涵的過(guò)水,對(duì)防洪也構(gòu)成了威脅,建議拆除老啟閉機(jī)臺(tái)、U型槽及閘門,并采取封堵措施,即采用新建 4m長(zhǎng)涵箱銜接新、老箱涵。

(2)東風(fēng)閘目前主要功能為自排及引水抗旱,內(nèi)圩側(cè)消能防沖設(shè)施損壞,建議將原漿砌石護(hù)底改為鋼筋混凝土消力防沖設(shè)施,干砌石護(hù)坦改為漿砌石護(hù)坦。

(3)與之相接的裕溪街站已改建,為改善進(jìn)水條件,接長(zhǎng)15m原漿砌石擋土墻。

建設(shè)單位擬于近期對(duì)東風(fēng)閘實(shí)施上述加固處理措施。

6 結(jié) 語(yǔ)

東風(fēng)閘作為無(wú)為大堤上一座運(yùn)行多年的穿堤建筑物,經(jīng)過(guò)本次加固處理后,可以消除無(wú)為大堤堤身一處防洪安全隱患,并將能更好地發(fā)揮東風(fēng)閘防洪、排澇、灌溉的作用,保一方平安。