安徽无为大堤东风闸进水前池抗渗稳定性复核

安春年 刘正军 程晓鸣

(1.安徽省无为大堤长江河道管理局,安徽 无为 238300;2.中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津 300222)

安徽省无为大堤位于长江下游左岸,上起无为县果合兴,下迄和县方庄,全长124.215 km。其地理和经济位置极其重要,属长江Ⅰ级堤防,系长江流域国家重点确保堤防。

东风闸始建于1965年,位于十四连圩、无为大堤原桩号104+463、新桩号114+691处,为单孔矩形钢筋混凝土箱涵,孔口尺寸2.4m×3.0m,涵身长度64.00m,自排设计流量5.7 m3/s,自引设计流量2.05 m3/s,排涝面积21.00km2。

由于穿堤建筑物建于20世纪 60～70年代,设计标准偏低,随着无为大堤堤身断面逐年加高培厚,存在涵闸洞身长度与强度不足、不均匀沉降偏大、启闭设备陈旧、消能防冲设施损坏等诸多安全隐患,在长江洪水位较高年份的防洪中,穿堤建筑物仍是无为大堤防洪安全中的一大薄弱环节。为确定东风闸进水前池运行安全与否,需进一步核算东风闸进水池地基的抗渗稳定性和抗浮安全性。

1 工程地质条件

东风闸址处工程区地表广泛出露第四系松散堆积层,下伏地层为白垩系——第三系(K-R)基岩。

工程区地处扬子准地台下扬子台褶带南京凹陷褶皱束之无为凹陷区。区域地质资料表明,晚近期新构造运动以间歇性升降运动为主。

根据国家地震局1990年《中国地震烈度区划图》(1/400万),工程区地震基本烈度为Ⅵ度。

本区松散堆积层多具有二元结构,根据土层结构及土层赋水特征,可将其划分为孔隙潜水含水层和孔隙承压含水层两大含水层。区内地下水主要由大气降水和江河、湖塘等地表水体补给。

地下水运移随季节变化明显。洪水期,江河水位抬高,地下水在同一含水层中向远离江河方向运移;枯水期,江河水位降低,地下水在同一含水层中向江河方向运移,于河床底部直接排入江河之中。

东风闸址处堤身回填土和持力层主要物理力学指标的范围值详见表1和表2。

2 复核条件

根据东风闸运行条件,进水前池地基渗流稳定复核水位组合,长江侧采用100a一遇设计防洪水位11.76 m,为堤防设计洪水位上加高0.5 m。复核水位见表 3。

基于东风闸进水前池地基条件,依据《水闸设计规范》(SL265-2001),得出允许渗流坡降(见表4)。

表1 东风闸土体物理力学指标

表3 东风闸进水前池渗流复核水位

3 进水前池抗渗稳定性复核

东风闸进水前池地基渗流稳定复核包括地基浅层渗流稳定及深层渗流稳定复核。浅层渗流稳定是指沿闸进水前池地基轮廓线的渗透稳定;深层地基渗流稳定是指沿闸进水前池地基土层构成双层地基的渗透稳定。根据地勘资料,东风闸进水前池地基土层为含粉质壤土,厚度约为4.500m,其下为灰色、饱和、松散的粉砂,本层未揭穿。两层的渗透系数之比为36.75,大于10,构成双层地基。

因此,东风闸进水前池地基除进行浅层渗流稳定复核外,还需进行深层渗流稳定复核,同时验算上覆相对不透水层厚度,即该层抗浮稳定性是否满足要求。

浅层渗流稳定计算方法采用渗径系数法和改进阻力系数法。

渗径系数法计算结果见表5。由计算结果可知,东风闸进水前池地基实际防渗长度均大于需要的最小防渗长度。

表5 东风闸渗径系数法计算结果

改进阻力系数法计算结果见表 6。

表6 东风闸改进阻力系数法计算结果

根据东风闸允许渗流坡降表及计算结果,在东风闸进水前池内、外渗流复核水头差情况下,进水前池浅层地基渗透坡降满足要求,不会发生浅层渗透破坏。

在深层渗流稳定计算方法中,将上层透水性较弱的土层当作透水铺盖,在进水前池中渗流流线是垂直的。在水闸地下轮廓线高水位侧,渗流垂直向下;在进水前池地下轮廓线低水位侧,渗流则垂直向上;下卧强透水层中的流线则是水平的。根据达西定律和渗透连续性的原理,建立进水前池上、下游透水段以及进水前池基础地下轮廓段的渗流微分方程,并进行求解。

按长江侧定长至粉砂强透水层敞露,进水前池侧定长至透水层封闭进行计算求得相对不透水层底面渗透压力水头,计算结果见表7。

表7 东风闸双层地基渗透稳定计算成果

可见东风闸进水前池基础深层渗透稳定基本满足要求。

4 进水前池抗浮稳定性复核

采用《堤防工程设计规范》(GB50286-98)中有关土石坝背水侧透水盖重所涉及公式对进水前池地基抗浮安全性进行计算分析。

在考虑进水前池护底干砌石重量的情况下,进水前池地基抗浮安全性计算结果见表 8。

表8 东风闸进水前池地基抗浮安全性计算结果(计入盖重)

根据表 8的计算结果可知,东风闸进水前池地基抗浮安全系数大于2.00,地基弱透水层厚度满足不出现管涌、流土的抗浮安全性要求。

5 工程措施

虽然经核算东风闸抗渗稳定性满足要求,但运行管理单位工程运行监测情况表明,东风闸前池尚存在一定的问题,为确保工程安全运行,拟采取如下处理措施:

(1)东风闸建于1965年,1990年在内圩侧进行了接长加固,原启闭机台、U型槽及闸门均保留,目前闸门已下降0.8 m且已锈蚀,影响了箱涵的过水,对防洪也构成了威胁,建议拆除老启闭机台、U型槽及闸门,并采取封堵措施,即采用新建 4m长涵箱衔接新、老箱涵。

(2)东风闸目前主要功能为自排及引水抗旱,内圩侧消能防冲设施损坏,建议将原浆砌石护底改为钢筋混凝土消力防冲设施,干砌石护坦改为浆砌石护坦。

(3)与之相接的裕溪街站已改建,为改善进水条件,接长15m原浆砌石挡土墙。

建设单位拟于近期对东风闸实施上述加固处理措施。

6 结 语

东风闸作为无为大堤上一座运行多年的穿堤建筑物,经过本次加固处理后,可以消除无为大堤堤身一处防洪安全隐患,并将能更好地发挥东风闸防洪、排涝、灌溉的作用,保一方平安。