永定河滞洪水库工程设计特点
永定河滞洪水库工程设计特点 永定河滞洪水库工程设计特点 永定河滞洪水库工程设计特点
摘要:永定河是全国四大重点防洪河流之一,是首都北京的防洪关键。滞洪水库位于永定河卢沟桥枢纽以下永定河稻田及马厂河段内,通过开挖其右侧滩地,并沿永定河右治导线修建水库左堤而形成水库,水库左堤外的永定河主河道保留行洪。该工程包括“两库、四堤、四闸、一河”。工程主要任务是防洪,控制永定河官厅山峡的洪水。工程修建后,可使永定河三家店以下北京市境内河道的防洪标准由五十年一遇提高到一百年一遇,一百年一遇洪水刘庄子口门不分洪,可在较大程度上减免长辛店地区及小清河分洪区的淹没损失,并有利于河北省和天津市的防洪体系建设。
关键词:工程目的及任务 工程布置及规模 工程设计 技术问题 工程施工
1 工程目的及任务
永定河滞洪水库位于永定河卢沟桥枢纽以下永定河稻田及马厂河段内,距北京市市区约20km。水库的主要任务是防洪,控制永定河官厅山峡的洪水。
永定河官厅水库以下至三家店称官厅山峡,为多发性暴雨区,又系石质山区,坡陡流急,易产生较大洪水。永定河历史上发生的几次大洪水中,约90%产生于官厅山峡。至今官厅山峡洪水没有得到控制,对北京及下游地区的防洪安全构成严重威胁。
在永定河卢沟桥以下河道内修建滞洪水库,滞蓄官厅山峡洪水,可使永定河三家店以下北京市境内河道的防洪标准由五十年一遇提高到一百年一遇,一百年一遇洪水刘庄子口门不分洪,可在较大程度上减免长辛店地区及小清河分洪区的淹没损失,解决该地区42万人的防洪避险转移问题,并有利于河北省和天津市的防洪体系建设。
2 工程布置及规模
永定河滞洪水库工程等别定为二等,主要建筑物为2级,堤防为1级,设计洪水标准为一百年一遇,地震设防烈度为Ⅷ度。工程施工总工期三年。
别永定河滞洪水库位于卢沟桥以下永定河稻田及马厂河段内,通过开挖其右侧滩地,并沿永定河右治导线修建水库左堤而形成滞洪水库,水库左堤外的永定河主河道保留行洪。该工程包括“两库、四堤、四闸、一河”,其布置详见工程平面示意图。
“两库”为新建的稻田水库和马厂水库,其中稻田水库最大滞洪库容3008万m3;马厂水库最大滞洪库容1381万m3;连同已建的大宁水库3661万m3,总滞洪库容达8000万m3。
“四堤”为新建的滞洪水库左堤和横堤、加高培厚永定河右堤和加宽永定河左堤,水库堤防总长为36.9km。 “一河”为1.5km长的小清河整治工程,即对小清河分洪闸下至大宁水库入库跌水段河道进行疏挖和部分展宽,打开京广铁路桥右侧被淤堵的2孔,并对京广铁路桥、老京周公路桥和新京周公路桥的基础进行防护。
3 工程设计中遇到和解决的几个主要技术问题
工程设计由水利部天津水利水电勘测设计研究院和北京市水利规划设计研究院共同完成。在设计过程中遇到和解决的技术问题很多,现仅就几个主要问题简述如下:
① 华北地区最长的细砂堤防 ② 退水闸地基处理
根据工程地质评价,滞洪水库退水闸的基础位于细砂层上,局部地基承载力不满足设计要求,并且细砂层地基在饱水情况下,遇Ⅷ度地震将发生液化,这是在滞洪水库工程设计中遇到的又一重要技术问题。根据闸的工程布置以及细砂层的分布情况,基础下的细砂层太厚,不宜单纯采用换基的方法,经研究比较,采用换基和混凝土防渗墙围封相结合的措施加以解决。经过深入的调查研究,防渗墙拟采用300毫米厚的混凝土薄墙。
③ 连通闸地基处理
a. 闸室基础处理
滞洪水库连通闸的基础也存在退水闸的问题,闸室基础位于细砂层上,地基在饱水情况下,遇Ⅷ度地震将发生液化,考虑到细砂层较薄,采用全部挖除、换填砂砾料的方法,使整个闸室坐落在中砂层上。
b. 翼墙基础处理
上下游翼墙与两岸护坡的为斜坡式连接型式,为减少上下游翼墙的开挖和回填量、提高地基承载力、解决地震液化问题,翼墙基础下布设碎石振冲桩,桩径600mm,间排距2.0m,梅花形布置,桩底高程坐落在地质建议的中砂层上。
④ 退水闸不均匀沉降分析及处理措施
退水闸主体完工,控制楼施工前,铺盖、闸室、消力池、护坦底板发现裂缝,左右边墩发生倾斜,为此,建设单位先后组织了四次专题会议,也邀请了有关专家和单位进行了分析和研究,认为底板裂缝及闸墩倾斜主要是由不均匀沉降引起的,引发和影响不均沉降的因素较多,一是与砂土的不均匀性和地基受力的不均匀性有关,二是与砂基地下水位聚降、墙后回填土的施工方法和顺序及碾压速率有关。
根据沉降观测资料分析,退水闸的最大沉降量及相邻板块之间的沉降差均在《水闸设计规范》规定的范围之内,不会导致止水的破坏,也不会影响闸门的正常运用,但考虑到闸墩的美观,应进行处理,同时原设计的控制楼紧靠边墩及翼墙,其自重及其上的设备还会在边墩、翼墙上产生附加应力,还会导致边墩外的地基下沉,如沉降过多,势必加大边墩外倾,以致造成不良后果。 对退水闸不均匀沉降引发的裂缝进行化学灌浆处理,材料为改性环氧树脂;裂缝表面用TK砂浆封堵抹平。
⑤ 连通闸后浇带设计 ⑥ 特殊的消能防冲设计
本工程进水闸、连通闸和退水闸均位于滞洪水库大堤上,进水闸和连通闸下游为库区,退水闸下游为永定河滩地,这三座闸有一个共同的水力学问题就是水流过闸后漫流进入库区或滩地,在地面上形成的水深极浅,其消能计算不同于一般的河道水闸。结合工程优化布置,经过反复计算和分析研究,最终寻求到适合本工程条件的消能计算方法,得出合理的消能工的规模尺寸,经水工模型试验验证,其消能布置是合理的。在水闸防冲设计中,根据闸下细砂抗冲流速低的特点,为防止防冲槽内细砂和抛石流失而导致海漫工程的淘刷破坏,在海漫末端设置了混凝土防冲墙以策安全。
另外,在滞洪水库设计过程中,重视科学试验研究工作,注重设计与科学试验的密切结合。堤防设计采用的土料压实干容重、相对密度等物理力学指标,均进行了室内试验和现场碾压试验;此外,为论证本工程建成后对永定河河势的影响以及永定河洪水对水库左堤的影响,退水闸泄流对永定河左堤、下游铁路桥及河道的影响等诸多问题,均进行了水工模型试验,并根据模型试验结果,对设计进行了修改和补充。
⑦ 模袋混凝土护坡新技术应用
本工程堤防筑堤材料为细砂,对护面的衬砌型式选择又为重要,设计曾考虑了浆砌石、混凝土、模袋混凝土等型式,经认真分析研究后,采用了模袋混凝土,即把流动性混凝土用混凝土泵压入用高强度化学纤维制成的模型垫袋里形成的高强度混凝土硬化体。由于垫袋本身的透水性使混凝土中多余水分在灌注压力的作用下被部分挤出,从而降低混凝土水灰比,提高了混凝土的密度和强度。作为一种新的工艺,模袋混凝土与其它护砌型式相比,其防止高速水流冲刷能力较强,具有施工迅速、安全、节省费用等特点。
模袋混凝土护坡设计考