建筑物设计方案及断面分析

(一)主坝

1.主坝剖面

(1)坝顶高程。主坝最大计算坝顶高程32.46m,由于主坝坝线很长 (约8.5km),南、北副坝延伸很远(约69km),根据SL274—2001 《碾压式土石坝设计规范》第4.4.6条“为使土石坝万一溃决时,不从坝的中部先行漫溢,以减缓溃坝速度,应在坝的中段增大预留超高0.3～0.5m,在设计中参照坝的长度与高度选定”的规定,主坝部分增加预留超高0.3m 左右。另为节省土方量,坝顶设1.2m 高的防浪墙。综合考虑上述因素,主坝坝顶高程确定为31.60m,上设1.2m 高防浪墙,防浪墙顶高程32.80m。

(2)坝顶宽度。综合考虑坝顶上游防浪墙、坝顶公路以及坝顶下游排水沟等布置,主坝坝顶宽度确定为10.0m。

(3)坝体断面。根据不同坝段的地形、地质及运行工况,确定主坝不同坝段设计断面。

1)淮北段(桩号5+445.000～7+989.150)。该段为新填筑坝段,坝体断面如下:

a)桩号5+445.000～7+630.000段。该断面适用于淮北段的大部分,长2185m,位于Ⅰ地质区,其坝基下有(2-2)软弱下卧层,经分析计算其坝体断面设计为:在上、下游27.60m 和23.20m 高程分别设2.00m 宽戗台和20.00m 宽的镇压平台。戗台以上边坡上游取1∶3,下游取1∶2.5;戗台至镇压平台间边坡均取1∶3;镇压平台顶面为1∶50的缓坡,镇压平台以下设计边坡为1∶3。

b)桩号7+630.000～7+989.150段。该段长359.15m,坝高7m 左右,位于Ⅳ地质区,坝基下没有软弱下卧层,经分析计算其坝体断面设计为:在上、下游27.60m 设2.00m 宽戗台,戗台以上边坡上游取1∶3,下游取1∶2.5;戗台以下设计边坡为1∶3,其中桩号7+766.690～7+989.150段为主坝与北副坝过渡段。

2)淮河主槽段(桩号4+865.000～5+445.000)。主槽段为新填筑坝段,坝体断面如下:

a)桩号4+865.000～5+095.000段。该断面位于原淮河主槽部位,长230m,位于Ⅱ地质区。该段坝基有(2-2)软弱下卧层和(2-3)细砂可液化土层,并且由于采砂等原因,在上游200m 远处有第(5)层细砂层出露。由于(2-2)层及(2-3)两层的平均总厚度2.0m 左右,故予以全部清除。该段最大坝高约21m,根据设计计算,该坝段断面设计为:上、下游27.60m 高程各设2.00m 宽戗台;23.20m 高程处设镇压平台,宽度为30.00m,末端高程22.00m。戗台以上边坡上游取1∶3,下游取1∶2.5,戗台至镇压平台边坡取1∶3,镇压平台顶面为1∶50的缓坡,镇压平台以下边坡为1∶3。

b)桩号5+095.000～5+445.000段。该断面位于原淮河主槽北侧滩地,长350m,位于Ⅰ地质区。此坝段为新填筑坝段,该段坝基下有(2-2)软弱下卧层和 (2-3)细砂可液化土层,这两种不良土层均采用在坝体上、下游侧加设镇压平台的处理措施,根据不良土层在坝体上、下游的分布,经分析计算其坝体断面设计为:在上、下游27.60m 高程设2.00m 宽戗台,在上、下游23.20m 分别设20.00～60.00m 和20.00～35.00m 宽的镇压平台。戗台以上边坡上游取1∶3,下游1∶2.5;戗台至镇压平台间边坡均取1∶3;镇压平台顶面为1∶50的缓坡,镇压平台以下设计边坡为1∶3。

3)姜南、姜北段(桩号0+910.000～4+865.000)。该段为老坝加固坝段,在实际运用中要遭遇姜唐湖进洪闸进洪前坝上设计水位26.90m,坝下无水的挡水情况,该工况是坝体稳定的控制工况。同时,该段坝基表层(重粉质壤土和粉质黏土)为弱膨胀土,稳定计算时考虑该部分土体强度指标折减。针对上述情况,经计算,该段坝体断面设计为:上、下游27.60m 高程各设一2.00m 宽戗台,23.20m 高程处设10.00m 宽镇压平台,戗台以上边坡取1∶3,戗台至镇压平台边坡取1∶3,镇压平台上设1∶50的缓坡,23.00m 高程以下设计边坡为1∶3。

由于姜南、姜北段原主坝坝体土料呈膨胀性的特点,为了防止浅层膨胀土胀缩而导致坝体产生裂缝,该段原主坝采用骑跨式加高培厚方案,坝壳外层土用非膨胀性土包盖,包盖厚度姜南段不小于2.5m、姜北段不小于2.0m。

4)连接段(桩号0-014.000～0+286.000)。该坝段为老坝加固坝段,原坝体填筑质量较高,地基条件较好,运用中的最大水位差为1.66m。考虑坝体上、下游分别设置顶面高程为30.50m 和27.60m 的分流岛,该坝段设计上、下游边坡均为1∶3。

综合分析连接段现状断面及质量情况和工程运用条件,施工时从下游侧加高培厚原坝体,上游侧修坡、清基后直接进行护坡施工。

2.坝体排水

(1)淮北段、主槽段、姜南段、姜北段最不利的设计工况为:上游水位26.90m,下游无水。为有效地降低坝体内浸润线及孔隙水压力,防止坡面逸出处的渗透变形,坝体下游采用砂砾石水平褥垫与横向排水带相结合的排水形式,褥垫排水层厚度为0.50m,采用土工布作为水平排水褥垫的反滤层。桩号7+630.000～7+989.150段由于坝高较小,没有设置坝体排水。

(2)连接段位于新建深孔闸与49 孔浅孔闸之间,设计洪水时上、下游水位差1.66m,校核洪水时为0.58m,因此本坝段不专设坝体排水设施。

3.主坝护坡

临淮岗洪水控制工程主坝在设计和校核工况时,上、下游水域均较开阔且水位相差不大,上、下游不利风向的风速亦差不多。因此主坝上、下游坝坡均应妥善防护。

淮北段、主槽段、姜北段、姜南段护坡上游从坝顶至镇压平台,下游从30.00m 高程至镇压平台采用22～24cm 厚开孔垂直联锁混凝土砌块护坡,镇压平台以下采用15.5cm 厚开孔垂直联锁混凝土砌块护坡,护坡下铺设15cm 厚2～4cm 碎石垫层及400g/m2土工布一层;下游侧坝顶至30.00m 高程和上、下游镇压平台采用草皮护坡。

连接段护坡上游从坝顶至上游分流岛、下游从30.00m 高程至下游分流岛采用15.5cm 厚开孔垂直联锁混凝土砌块护坡,护坡下垫层结构与主坝其他坝段相同;下游侧坝顶至30.00m 高程采用草皮护坡。

4.坝基处理

(1)软弱下卧层处理(2-2淤泥质土层)。淮河主槽段采用清基处理,淮北段及姜北段北部软弱下卧层采用坝体上、下游设置20m 宽镇压平台和控制施工速率的综合处理措施。

根据淮北段施工期安全监测资料,淮北段坝体填筑期间坝基总沉降量约40cm,坝体填筑完成后坝基沉降趋于稳定,施工期未发生坝体及坝基滑坡与剪切破坏现象,由此可见,坝基软弱下卧层处理措施安全可靠。

(2)砂层液化处理。可液化砂层(2-3)层分布在淮河主槽段及淮北段滩地内。淮河主槽内采用清基处理;淮北段滩地内采用在上、下游坝脚设置镇压平台(下游侧辅以排水砂井)的处理措施,结合该段处理坝基软弱下卧层已设置的20m 宽镇压平台,上游侧镇压平台延伸至60m 宽,下游侧延伸至35m 宽,高度4.0m 左右,该段镇压平台20m 以内采用料场土料,碾压要求与坝体一致,20m 以外采用主槽段清基土料。排水砂井直径0.3m,间距2.0m,井深13.0m。

(3)防渗排水处理。淮北段坝基采用坝上天然铺盖、坝基截水槽与坝下减压井相结合的防渗排水措施。

姜南段和姜北段,由于坝上天然铺盖较薄,坝基结合老坝坝体防渗,采用混凝土地下连续墙垂直防渗措施,混凝土防渗墙墙顶高程27.50～29.00m、墙底高程2.00～5.50m 左右,墙体厚度250～300mm。

淮河主槽段,上游砂层出露,为防止坝基渗透破坏,在坝基中部设置塑性混凝土防渗墙,墙深15.5～19.5m,墙体厚度250mm,北岸滩地结合处理坝基下(2-3)细砂层(该层在上游靠淮河主槽侧已出露),混凝土防渗墙插入260m,总长540m。

5.膨胀土处理措施

根据主坝地质勘察报告、主坝料场勘察报告、原土坝质量检测报告、膨胀性土料筑坝试验研究报告成果,主坝坝基、原主坝坝体和料场土料均有不同程度的胀缩性,膨胀等级为弱或弱偏中。主坝工程运行特点,正常情况不挡水,坝体常年或长期处于干燥状态,故土料膨胀性对工程的影响比其他常年蓄水的土坝更严重。中国国际工程咨询公司在可行性研究报告的评估意见中也提出 “主、副坝要尽量避免用膨胀性土填筑,否则应研究采取有效措施”。初步设计阶段设计中,在已有勘察、研究资料的基础上,为解决膨胀土问题采取以下具体措施。

(1)优选填筑土料。在主坝上、下游布置有6个料场,淮河南岸3个(A、B、C),淮河滩地一个(F),淮河北岸2个(D、E)。料场勘察详细查明了膨胀性土和非膨胀性土的分布范围、质量、储量,其中非膨胀性土的质量和储量均能满足设计要求。加固坝段及新填筑坝段均选用非膨胀性土料,严禁膨胀性土料上坝。

(2)对姜家湖段坝体进行外包加固。根据《临淮岗洪水控制工程原土坝质量检测报告》,原主坝姜南段坝体土料呈膨胀性的较多,加之姜家湖段原坝体本身破坏严重,该段坝体采用骑跨式加高培厚,土料严格选用非膨胀性土料,外包土层厚度均在2.5m 以上。根据《临淮岗土坝膨胀性土料筑坝试验研究报告》,坝体外包非膨胀土层厚度在2.5m 左右时(相当于50kPa的压力),坝体内部原膨胀性土层的膨胀将不会引起土的力学性质的明显变化。

(3)合理选用坝基膨胀性土层的强度指标。姜家湖段坝基及上、下游地表浅层有膨胀性土层,在坝体稳定计算时地表以下2.5m 范围内膨胀性土层取反复胀缩强度指标。根据计算结果,在姜家湖段坝体上、下游增设10m 宽镇压平台以满足坝体坝基稳定要求。

另外,对于连接段和淮北段而言,坝基膨胀性土层均位于距地表2.5m 以下,其膨胀性对坝体及坝基的稳定无影响。淮河主槽段,坝基清基以后,坝体直接位于膨胀性土层上,但该段坝体上、下游坝脚有镇压层,坝基有混凝土防渗墙,因此坝体及坝基的稳定及渗流均满足要求。

综合以上分析,老坝加高培厚及新筑坝段均采用非膨胀性土填筑,坝体坝基稳定及渗流分析时考虑膨胀性土层的影响并采取上述处理措施后,场区膨胀土问题基本上对主坝建成以后的安全运行无不良影响。

6.原土坝加固设计

通过原土坝工程质量检测,基本查明了已建土坝各坝段的损坏情况以及坝身土料、施工质量存在的问题。经充分分析研究已建坝段现状质量、工程运行条件、坝基地质条件,结合工程施工分别对已建土坝的各段有针对性地进行工程加固设计,尽可能做到经济、合理。

(1)连接段加固设计。连接段坝体外形较完整,填筑质量相对较高,坝基清基彻底,坝体内虽局部存在软弱带和裂缝及填土层间结合不好的问题,但该段在最不利工况下(上游水位28.41m,下游26.75m),水头差较小,仅1.66m。因此连接段坝体不存在渗透破坏问题,不作专门的黏土灌浆和截渗处理。

(2)姜南段、姜北段加固设计。姜南段、姜北段由于不同程度地存在坝体破碎、裂缝发育、层间结合不好等问题,不作妥善处理,将严重威胁土坝运行的安全。且该段坝身在不利工况 (上游水位26.90m,下游无水)下水位差达6.90m,防渗问题不容忽视,单纯的灌浆措施虽可以增强坝体的整体性,但不能从根本上解决防渗问题。根据工程具体情况并综合考虑各有关因素,该段坝体采用截渗和黏土充填灌浆相结合的加固措施。

7.防渗墙设计

(1)防渗墙平面布置及范围。主坝防渗墙布置在坝体轴线上,各段防渗墙桩号及顶底高程如下所示。

1)姜南段:

桩号:0+910.000～2+760.000

防渗墙顶高程:27.50～29.00m

防渗墙底高程:5.50～2.00m

2)姜北段:

桩号:3+120.000～4+865.000

防渗墙顶高程:28.00～29.00m (桩号3+120.000～4+600.000);27.50m (桩号4+600.000～4+865.000)

防渗墙底高程:5.50～3.50m (桩号3+120.000～4+600.000);4.50m (桩号4+600.000～4+865.000)

3)49孔浅孔闸左岸导堤内:

防渗墙上下游导堤内距主坝轴线各50m 范围内

防渗墙顶高程:27.00m

防渗墙底高程:5.50m

4)主槽段:

防渗墙顶高程:19.00～23.00m

防渗墙底高程:3.50m

(2)防渗墙主要技术指标。

1)姜南段、姜北段:

a)防渗墙混凝土强度等级不低于C10,墙体厚度250～300mm,墙体混凝土材料渗透系数不大于1×10-7cm/s,墙体压水试验渗透系数不大于2×10-6cm/s。

b)防渗墙底部插入坝基第⑧层粉质黏土层深度不小于1.0m。

2)主槽段:

a)防渗墙混凝土初始弹性模量小于10 MPa,墙体28d抗压强度不小于5MPa,渗透系数不大于1×10-7cm/s。

b)防渗墙厚250mm,墙顶插入坝体新填土深度不小于2m,墙底插入第⑧层土的深度不小于1.5m。

(3)防渗墙施工方案。施工单位根据防渗墙技术指标、现场地形地质条件选择合适的施工方案。

8.坝顶道路设计

(1)姜南段、姜北段、主槽段及淮北段坝顶道路净宽7.6m,连接段主坝坝顶道路净宽7.0m,道路轴线与主坝轴线一致。

(2)姜南段、姜北段坝顶道路竣工顶高程31.90m,主槽及淮北段坝顶道路竣工顶高程32.10m,连接段坝顶道路竣工顶高程31.65m,上述坝顶道路竣工顶高程均包含坝顶预留沉降超高。

(3)坝顶路面结构共分三层:20cm 厚C30水泥混凝土面层、15cm 厚石灰粉煤灰稳定碎石基层、20cm 厚级配碎石底基层。

(4)姜南段、姜北段、主槽段及淮北段坝顶路面向下游侧排水,排水坡度2%;连接段坝顶路面向两侧排水,排水坡度2%。

9.防浪墙设计

(1)主坝坝顶防浪墙采用C20现浇钢筋混凝土结构,断面形式为 “L”形,防浪墙外露高度1.1m,埋深1.2m,底宽1.2m,厚0.3m。

(2)防浪墙表面采用仿石处理,防浪墙顶每隔10m 设装饰柱帽。

(3)防浪墙每隔10m 分缝一道,缝内设橡胶止水。

10.观测设计

为方便管理运用及积累资料,主坝设有水位、坝体表面变形、坝体内部变形、坝体渗透压力、坝基渗透压力等观测项目。

(二)49孔浅孔闸

1.主要建筑物加固设计

(1)闸室加固。凿除闸墩表面碳化破损层5cm,在闸墩每侧现浇15cm 厚C25钢筋混凝土。新老混凝土间用锚筋拉接;拆除原闸室底板上低堰及分水槛,并在底板上增设一层40cm 厚C25钢筋混凝土,底板与闸墩结合处设1.0m×1.5m 贴脚。新建公路桥采用预应力钢筋混凝土板、检修桥采用预制钢筋混凝土 “π”梁简支结构。工作桥为现浇钢筋混凝土梁板结构,上设轻型钢结构启闭机房。

(2)岸、翼墙加固。将岸墙后填土高程降低至28.50m 高程,公路桥延长一跨,与两侧主坝连接;在原岸墙迎水面做10cm 厚C25混凝土护面。

将原上游翼墙墙顶加高至27.30m 高程,墙顶新做1.2m 高防浪墙。下游翼墙保持原状,将下游翼墙墙后填土降至25.00m 高程。上、下游翼墙迎水面做20cm 厚C25钢筋混凝土护面。

(3)消能防冲设施处理。维持原上游铺盖长度不变,在靠近闸室17.0m 范围内设厚40～20cm 钢筋混凝土防护面层,修复上游干砌石护底及防冲槽。

将原消力池混凝土碳化层凿除,上部新浇40～20cm 钢筋混凝土,并将消力池加固为消力坎,坎顶高程19.40m。

维持原下游海漫长度不变,在消力池后20.0m 范围内设厚20cm 钢筋混凝土防护面层,修复下游干砌石护底及防冲槽。

(4)护坡处理。拆除导堤原砌石护坡,靠近闸室侧护坡采用厚12cm 混凝土砌块护砌,右岸上游导堤26.90～30.50m 高程采用厚15cm 混凝土现浇板护砌,其余部位护坡采用厚12cm 混凝土现浇板护砌,上、下游均护砌至导堤末端。

(5)止水、排水设施处理。修复原排水井8个,在消力池对应原反滤料处增做2排φ80冒水孔。

2.加固后的工程布置

加固后的浅孔闸,其闸室结构、底板型式仍与原设计基本一致,闸底板顶高程由原20.10m 抬高为20.50m;闸墩厚度由1.6m 增加为1.8m,相应闸孔孔径由10.0m 变为9.8m。拆除重建的公路桥总宽由原来的8.0m 加宽为10.0m,桥面高程31.60m,为预应力钢筋混凝土空心板桥结构。新建工作桥宽6.0m,顶面高程37.40m,工作桥上布置轻型结构启闭机房,房顶高程40.90m。新建检修桥宽1.6m,顶面高程31.61m 。新建桥头堡采用灌注桩基础,位于闸两侧岸墙外,均为四层。南侧桥头堡布置电气设备,一层布置低压开关柜及柴油发电机组,二层布置高压开关柜,三层布置控制台,四层为休息室。

上、下游翼墙仍保持原重力式浆砌石结构,迎水面加做20cm 混凝土护面。上游翼墙墙顶加高至27.30m 高程,墙顶新做1.2m 高防浪墙,墙后填土面高程26.90m 不变;下游翼墙墙顶高程26.40m 不变,下游翼墙后填土高程降低至25.00m,墙顶新做1.2m 高的防浪墙;岸墙后填土降低至28.50m 高程,将公路桥延长一跨与两侧主坝连接。

闸室上游铺盖及防冲段维持原长度40.5m 不变,仅在铺盖上加做40～20cm 厚钢筋混凝土防护面层,修复原9.0m 长干砌石。

闸室下游消力池池底高程由18.40m 抬高至18.60m,末端消力池加固为消力坎,坎顶高程19.40m,池内增做2排冒水孔。海漫总长仍为30.0m,前20.0m 加做40～20cm 厚钢筋混凝土防护面层,修复后10.0m 干砌石海漫。

除右岸上游导堤26.90～30.50m 高程采用厚15cm 混凝土现浇板护砌外,靠近闸室上游侧57.0m 范围内、下游侧90.0m 范围内护坡采用厚12cm 混凝土砌块护砌,其余部位护坡采用厚12cm 混凝土现浇板护砌,上、下游护坡均护砌至导堤末端。

3.闸室结构计算分析

对原闸室结构及加固以后闸室结构的强度与抗裂核算是结构计算的重点,设计进行了平面假定计算及三维有限元计算。平面假定计算中,以弹性地基梁法为主,对现状及加固后闸底板的完建工况进行了计算,又采用截面法对加固后底板进行校核计算。三维有限元计算,采用三维线性有限元及三维非线性有限元进行了动、静力作用下的结构分析。

平面结构计算中局部(大底板跨低堰下距墩边0.5～1.0m 范围)底板抗弯安全系数不足1.65,其中距墩边0.5m 处为1.50,考虑该闸建成已有40多年,闸室底板墩边附近基底反力应比完建初期要小,实际内力比计算值要小,三维有限元计算结果为2.20。经综合分析,加固后的底板满足规范规定的强度要求,底板加固方案合理可行。

4.观测设计(www.xing528.com)

为方便管理运用及积累资料,本工程设有水位、过闸流量、垂直位移、水平位移、扬压力、冲刷、淤积等观测项目。

(三)姜唐湖进洪闸

1.闸室结构

闸室采用钢筋混凝土开敞式结构,整体式平底板,两孔一联,底板厚2.0m,底板顶高程19.70m,共14孔,每孔净宽12m,中墩厚1.5m,缝边墩厚1.3m。顺水流向长24.0m,垂直水流向宽196.82m,闸室顶部布置有人行便桥、启闭机房、公路桥等。人行便桥桥面高程31.60m,宽2.0m,为钢筋混凝土梁板结构,总长196.82m。启闭机房工作桥两孔一联简支于墩顶上,桥面高程36.80m,宽6.20m,总长196.82m,启闭机房为混凝土框架结构,房内配14台2×225k N 固定卷扬式启闭机及相应电气设备。公路桥桥面高程31.60m,公路桥净宽7m,总宽10m,上、下游侧各设宽1.5m 人行道。闸室两侧布置桥头堡,南桥头堡为三层,北桥头堡为二层,钢筋混凝土框架结构。

2.岸、 翼墙结构

闸室两侧的岸墙采用钢筋混凝土空箱式结构,顺水流向长度为24m,宽14.5m。岸墙下游侧顶板为公路桥,与闸室公路桥对应布置,高程为31.60m。岸墙上游侧顶部布置桥头堡。

上游翼墙以半径30.00m 的圆弧与两岸连接,墙顶高程27.50m。上游翼墙沿长度方向共分四段,按台阶形式布置,其中第一、第二段为钢筋混凝土扶壁式挡土墙,后两段为钢筋混凝土悬臂式挡土墙。

下游翼墙呈八字形布置,扩散角9.46°,翼墙尾部折向岸坡。下游翼墙共分四段,其中顺水流向长40m,每段翼墙根据其所处位置及挡土要求不同,底板布置高度及其结构型式和尺寸也随之而变,墙顶高程为27.00m。其中下游翼墙第一、第二、第三段为钢筋混凝土空箱结构,第四段为隔仓式挡土墙。

3.防渗排水布置

闸基防渗由上游铺盖、闸基防渗墙及闸底板三部分共同构成。其中上游防渗铺盖水平布置长度15.0m,闸基防渗墙深11.4m,闸底板长24.0m。上游铺盖为钢筋混凝土结构,厚0.5m,铺盖纵向设缝,并在分缝处及其与闸底板、上游翼墙底板等接缝处均设水平止水。在闸基水平防渗范围内,闸室、岸墙和翼墙等分缝处设垂直与水平止水,以防侧向绕渗。防渗墙为厚0.2m 的高喷混凝土防渗墙,布置在闸底板上游齿槽下。

本闸为单向渗流,在下游消力池底板上布置排水孔,解决闸基排水问题。排水孔直径100mm,呈梅花形布置,间排距2.5m,排水孔下设砂石反滤料。由于消力池下承压水对其有不利影响,故在反滤层下部布设2排减压井。

4.消能防冲布置

闸下游消能工为挖深式钢筋混凝土消力池,消力池总长40m (含闸室出口平台4m),池深3.4m,池底高程16.30m,消力池尾坎顶高程18.21m,消力池护坦分两部分,其上游护坦厚0.8m,长21.60m,其下设4排钢筋混凝土灌注桩,下游护坦厚1.2m,长18.40m。

在消力池后布置海漫与防冲槽。海漫段水平投影总长68.00m,由14.00m 的钢筋混凝土海漫和54.00m 毛石混凝土海漫组成,坡度为1∶12.83,海漫设直径100mm、间排距2.5m 的排水孔,海漫末端顶高程11.00m。下接抛石防冲槽,防冲槽顶宽12.5m,底宽5m,深2.5m。

5.上、 下游导水堤布置

上游导水堤以半径100m 的圆弧与上游翼墙、主坝相接,堤顶高程28.60m。下游导水堤扩散角9.46°,堤顶高程27.00m。上、下游导水堤堤顶宽均为5.0m,内、外堤坡均在23.20m 处设宽2.0m 的平台,平台以上堤坡1∶2.5,平台以下堤坡1∶3。

导水堤内侧及裹头采用0.15m 厚混凝土护坡,其下设厚0.1m 碎石垫层。导水堤外侧均以草皮护坡。

6.观测设计

姜唐湖进洪闸观测项目包括:水位、位移、扬压力、墙后土压力等观测项目。

(四)深孔闸、船闸

1.深孔闸

新建的深孔闸共12孔,单孔净宽8m,开敞式闸室结构。闸室3孔一联,分4联,两联相隔1.0m,上下游端设分流岛。闸室顺水流向长18m,总宽116.6m。闸室底坎高程14.90m,中层设隔梁,梁顶高程25.10m,顶部现浇公路桥、检修桥等,公路桥面高程31.60m。闸室为钢筋混凝土结构,筏式底板,实体墩。上部设钢筋混凝土排架、启闭台及启闭机房等。两岸岸墙为钢筋混凝土空箱结构。上下游挡土翼墙采用钢筋混凝土空箱式和扶壁式结构。闸室上游侧布置15m 长钢筋混凝土铺盖,铺盖上游为50m 长砌石护底。闸下设25m 长钢筋混凝土挖深式消力池,池深1m。在消力池后布置砌石海漫,长40m,后接10m 长防冲槽。

2.临淮岗船闸

临淮岗船闸下闸首位于主坝上,上闸首、闸室布置在上游老河道上。闸室净宽12.0m,长130m,U 型槽结构,底板顶高程14.90m,边墙顶高程30.50m。上、下闸首均采用整体式结构,人字门,短廊道输水。上闸首顺水流向长16.5m,通航净宽12m,两侧空箱结构,闸坎高程14.90m,墩墙顶高程30.50m。下闸首顺水流向长18.5m,其净宽、坎高及空箱墙高与上闸首相同。在下闸首的下游侧布设公路桥,桥总宽10m,桥面高程36.20m。上闸首上游设32m 长钢筋混凝土铺盖,下游侧做20m 长消力池,底板结合防渗。上、下游导航建筑物采用不对称式布置,主导航墙布置在导航段内的右岸闸首延长线上,其长度上、下游均为120m。主导航墙对面布置辅助导航建筑物。导航墙采用钢筋混凝土扶壁式结构。在上、下游引航道内布置9个靠船墩,系浆砌块石重力式结构,布置长度120m。上、下游闸首的护底、护坡护砌至辅导航墙外10m,主导航墙、靠船墙前5m采用浆砌块石护砌。引航道底高程14.90m,航道宽一般35m,弯道加宽至55m。船闸上、下游导航堤长各约400m,堤顶设计宽4.0m。

3.原船闸加固

现有船闸原设计为500t级,1967年改建为100t级,本次设计拟将其加固后继续由城西湖对淮河通航使用,现有船闸的规模能满足城西湖的通航要求。该闸已运行40多年,结构老化,船闸上、下闸首通航净宽已缩窄为7m,不满足规范要求。闸首两侧空箱等布置高程不满足防洪要求。下闸首公路桥宽度不够,且原设计荷载标准低。闸室边墙顶高程不够,高水位通航时两侧进水,通航条件不好,且影响闸墙稳定。船闸上、下游导航墙长度不足,顶高程低,上闸首导航墙是在1967年改建时外加的,结构整体性与稳定性差。根据工程现状及存在问题,所采取的加固和改造措施有:①拆除上、下闸首部分老门墩,按直升式双扉门要求改建新门墩,门墩间距扩至8m;②上闸首空箱加高至29.50m 高程,下闸首空箱加高至30.50m 高程,以满足防洪要求;③闸室边墙在闸室侧外包0.25m 厚混凝土面板,并将闸墙接高至27.00m 高程;④增建上游钢筋混凝土防渗铺盖,改建下游消力池;⑤下闸首公路桥与上游导航墙拆除重建;⑥砌石护底、护坡翻修与接长等。

4.封闭堤

封闭堤设计堤顶高程28.90m,顶宽8.0m,建筑物附近堤段加高。一般堤段按标准断面填筑,老河道封堵段在内外侧加设10m 宽平台。在新筑堤段按现有堤顶路面标准建堤顶混凝土道路,堤外干砌块石护坡。

5.上下引河工程

根据主槽河线布置,引河开挖线全长14.39km,其中上引河长3.71km,下引河长10.68km。上引河主槽河底采用平坡,河底高程为14.90m,下引河河底高程设计为14.90～14.10m,河底比降为0.7/10000。主槽河底宽160m,边坡1∶4。经核算,在设计水位条件下,扩大后的引河能够满足通过7000m3/s的设计要求,且在各种流量下所推算的引河上河口水位均比沿老淮河所推算的上河口水位略低,说明引河的排洪能力略大于老淮河。

(五)副坝

1.副坝剖面设计

(1)南副坝。设计断面共分成四段,断面型式如下:

第一段:桩号1+345.51～1+365.51,长20m,为顶宽渐变段,顶宽从8.5m 渐变至6.0m,坝顶高程32.15m,内外边坡1∶3。

第二段:桩号1+365.51～4+410.51,长3045m,为单式断面,坝顶高程32.15m,顶宽为6.0m,内外边坡1∶3。

第三段:桩号4+410.51～5+983.51,长1573m,为复式断面,坝顶高程32.15m,顶宽为6.0m,迎水面、背水面各加设一道戗台,戗台宽2.0m,戗台高程27.15m,戗台以上边坡1∶3,以下边坡1∶4。

第四段:桩号5+983.51～8+463.22,长2479.71m,为单式断面,坝顶高程32.15m,顶宽为6.0m,内外边坡1∶3。

(2)北副坝。设计断面分为十八段,断面型式如下:

第一段:桩号0-088～0-068,长20m,为顶宽渐变段,顶宽从6.5m 渐变至6.0m,坝顶高程32.11m,内边坡1∶3,外边坡1∶2.5。

第二段:桩号0-068～3+963,长4030.8m,坝顶高程32.11m,顶宽为6.0m,内边坡1∶3,外边坡1∶2.5。

第三段:桩号3+963～6+730,长2766.73m,坝顶高程32.11m,顶宽为6.0m,内外边坡1∶3。

第四段:桩号6+730～6+852,长122.01m,为顶高程渐变段,坝顶高程32.11～32.14m,顶宽为6.0m,内外边坡1∶3。

第五段:桩号6+852～25+785,长18936.75m,坝顶高程32.14m,顶宽为6.0m,内外边坡1∶3。

第六段:桩号25+785～30+692,长4910m,坝顶高程32.14m,为复式断面,顶宽为6.0m,迎水面边坡1∶3,背水面以老堤做戗台,戗台宽2.0m 左右,戗台以上边坡1∶2.5,以下保持现状不变。

第七段:桩号30+692～33+534,长2814m,坝顶高程32.14m,顶宽为6.0m,迎水面边坡1∶3,背水面边坡1∶2.5。

第八段:桩号33+534～33+750,长465m,为顶高程渐变段,坝顶高程32.14～32.48m,顶宽为6.0m,迎水面边坡1∶3,背水面边坡1∶2.5。

第九段:桩号33+961～34+265,长294m,坝顶高程32.48m,顶宽为6.0m,迎水面边坡1∶3,背水面边坡1∶2.5。

第十段:桩号34+265～34+464,长199m,坝顶高程32.48m,为复式断面,顶宽为6.0m,迎水面、背水面各加设一道戗台,戗台宽2.0m,戗台高程27.48m,戗台以上迎水面边坡1∶3,背水面边坡1∶2.5,戗台以下边坡1∶4。

第十一段:桩号34+464～41+787,长7329m,坝顶高程32.48m,顶宽为6.0m,迎水面边坡1∶3,背水面边坡1∶2.5。

第十二段:桩号41+787～43+988,长2196m,坝顶高程32.48m,顶宽为6.0m,内外边坡1∶3。

第十三段:桩号43+988～44+188,长200m,坝顶高程32.48m,为复式断面,顶宽为6.0m,迎水面、背水面各加设一道戗台,戗台宽2.0m,戗台高程27.48m,戗台以上边坡1∶3,以下边坡1∶4。

第十四段:桩号44+188～47+079,长2891m,坝顶高程32.48m,顶宽为6.0m,内外边坡1∶3。

第十五段:桩号47+079～47+178,长100m,坝顶高程32.48m,为复式断面,顶宽为6.0m,迎水面、背水面各加设一道戗台,戗台宽2.0m,戗台高程27.48m,戗台以上边坡1∶3,以下边坡1∶4。

第十六段:桩号47+178～50+970,长3787m,顶宽6.0m,坝顶高程32.48m,边坡1∶3。

第十七段:桩号50+970～51+447,长479m,为顶高程渐变段,坝顶高程32.48～32.85m,顶宽为6.0m,内外边坡1∶3。

第十八段:桩号51+447～60+483,长9023m,坝顶高程32.85m,顶宽为6.0m,内外边坡1∶3。

2.护坡设计

南副坝干砌石护坡为桩号4+410.51～5+181.65 (初设为坝头200m 和桩号4+354～5+126两段);北副坝干砌石护坡范围基本与初设一致,具体在Ⅰ标段(桩号0-088～0+112)、(桩号3+571～4+325);Ⅲ标段桩号18+788～20+092(初设为桩号18+788～20+216);Ⅷ标段(桩号50+776～51+804)。

护坡为干砌石护坡,由坝顶护至坝脚。设计为干砌石厚0.3m,碎石垫层厚0.1m,砂垫层厚0.1m。顶部设0.4m×0.6m 浆砌石盖顶,坝高大于8m 时,中间设0.4m×0.6m 浆砌石腰埂,底部设0.5m×0.8m 浆砌石镇脚,沿坝轴线方向每50m 设一道0.4m×0.6m 浆砌石格硬,在护坡的底部设置了纵向浆砌石排水沟。

3.坝面排水

南副坝坝面排水范围为桩号4+410.51～5+983.51 (初设为桩号4+354～5+849);北副坝坝面排水的范围与初步设计基本一致:Ⅰ标段桩号0-088～3+963,Ⅴ标段桩号26+491～32+758 (初设为桩号25+785～32+758)。

副坝排水初步设计均为干砌石结构,南副坝施工图设计为干砌石结构,北副坝施工图设计根据专家审查南副坝施工图设计时建议优化调整为浆砌石结构。在坝面库外侧坝肩处设0.2m×0.2m 浆砌石排水沟,外坝脚处设0.4m×0.5m 的浆砌石纵向排水沟,坝身外坡面每隔100m 设一道0.4m×0.4m 的横向排水沟,横向排水沟与平行坝线的纵向排水沟相连通。

4.地基处理

由于初设阶段地质勘探孔位布置较稀疏,200m 一个钻孔,600m 一个地质剖面,不能反映土层变化段的地基全貌。施工图设计时,为了彻底弄清软弱土层的详细分布情况,对土层变化较大的田家洼段进行了两次补充勘探。根据新的地质资料,田家洼段地基需处理。经技术经济比较,最后选定水泥土搅拌桩处理方案,水泥土搅拌桩直径0.5m,呈梅花状布置,间距1.3m、2.2m,固化剂采用425号普通硅酸盐水泥,水泥掺入比15%。桩底深入⑥层土或⑧层土0.5m,桩顶超喷0.1m。

5.坝顶防汛路面设计

与初步设计一致,坝顶中间修筑泥结碎石路面,宽4.5m,厚0.3m,下层为0.2m 厚手摆石基础,上层为0.1m 厚泥结碎石面层。为便于排除雨水,坝顶面向库外倾斜,坡度2%。设计变更坝顶防汛道路调整为北副坝坝顶采用水泥混凝土路面,宽4.5m,厚0.18m,南副坝坝顶采用沥青混凝土路面,宽4.5m,厚0.06m。

6.上坝坡道

与初步设计相比增加比较多,主要考虑施工干扰及当地实际需要,由42对增加到73对,一般上坝坡道的坡度1∶8 (初步设计1∶6),宽度4.0m,路面为土路;重要道路的上坝坡道坡度放缓至1∶25 (初步设计1∶10)。路面宽度与实际道路一致,有水泥混凝土路面和沥青路面两种。

坝顶隔一段距离设置回车道,坝顶回车道与上坝坡道结合起来,在一对上坝坡道顶处设25m 长的回车道,坝顶宽度增加至8.0m,即在内外各增加1.0m。

7.观测设计

根据水利水电规划设计总院专家的意见,南副坝观测断面选在田家洼,其桩号为4+682.59,北副坝选在Ⅱ标段,其桩号为7+768。设位移观测和渗压观测。

(六)副坝穿坝建筑物

1.南副坝穿坝建筑物

南副坝初步设计阶段共布置了一道冲涵、三道冲涵和电灌干渠涵3座穿坝建筑物。3座穿坝建筑物均由穿坝涵洞和上、下游引渠组成,洞身为单孔钢筋混凝土箱形结构,启闭台与坝间以工作便桥连接,其中一道冲涵、三道冲涵涵洞地基采用水泥土搅拌桩进行加固处理,搅拌桩直径500mm,桩中心距1.0m。施工过程中根据水系调整情况和地方政府要求又增加了枣树斗门涵、小兴支渠涵、莫店涵3座圆管涵和王庄西涵。7座穿坝建筑物设计参数见表2-3。

表2-3　南副坝穿坝建筑物钢筋混凝土箱涵设计参数表

2.北副坝穿坝建筑物

北副坝穿坝建筑物工程类型多,有新建和拆除重建涵洞工程、加固改造涵洞工程、重建电力抽水站和水闸加固改造等项目,工程内容复杂。初步设计阶段共布置43座穿坝建筑物,施工过程中根据地方要求和工程实际情况又增加了于桥涵、西园涵2座圆管涵,共计45座穿坝建筑物。

(1)陶坝孜闸、张集闸2座水闸加固设计。陶坝孜闸排涝面积534.0km2,设计流量293.0m3/s。该闸共7孔,每孔净宽5.0m,闸室顺水流向长18.0m。维修加固内容:①更换闸门为平面钢闸门,更换启闭机为LQ—250k N 螺杆式启闭机,闸门、启闭机共7台套;②交通桥、工作桥拆除更换,交通桥按汽—20设计,挂—100验算,桥宽(7.0+2×1.0)m,桥面采用装配式简支实心板结构;③新建启闭机房;④增做上、下闸门检修平台;⑤闸墩采用喷涂丙乳砂浆进行防碳化处理;⑥上游铺盖进行防渗处理,上、下游护坡、护底维护。

张集闸排涝面积410.0km2,设计流量236.2m3/s。该闸共8 孔,每孔净宽4.0m,闸室顺水流向长12.0m。维修加固内容:①工作桥、启闭机房拆除重建;②加固反拱式闸底板;③交通桥拆除更换,交通桥按汽—20设计,挂—100验算,桥宽7m,桥面采用装配式简支实心板结构;④库区侧护坦由浆砌石改为钢筋混凝土;⑤增设闸室与两岸连接部分及上、下游翼墙栏杆及排水沟;⑥闸墩采用喷涂丙乳砂浆进行防碳化处理;⑦更换闸门及启闭机,上层闸门尺寸为5.0m×3.1m,配LQ—2×50k N 双吊点螺杆式启闭机,下层闸门尺寸为5.0m×5.4m,配QPQ—160k N 卷扬式启闭机,闸门、启闭机共8台套。

(2)润河集站涵、陶坝孜站涵和腰庄孜站涵涵洞加固处理。润河集站涵:设计流量10.8 m3/s,拆除重建润河站原浆砌石拱型涵洞,新涵采用钢筋混凝土箱涵,重建钢筋混凝土箱涵长70.0m,过水断面尺寸3.2m×3.5m。为不影响抽水站进水池,保留与抽水站相接的第一节部分涵洞,拆除重建防洪控制段及挡水设施。

陶坝孜站涵:采用钢筋混凝土空箱加高坝顶,为增加坝体的防渗能力,坝体增设水泥土搅拌桩截渗墙;改建启闭机房;更换闸门及启闭设备。

腰庄孜站涵:按原规模对原钢筋混凝土箱涵接长,接长段为迎水侧的防洪控制段,涵洞断面尺寸为1.9m×1.8m,接长段长12.2m,并更换闸门及其挡水设施。

(3)关屯站、梅庄站和孔洋二级站3座电力排灌站赔建。孔洋二级站:原站拆除建新站,新站控制灌溉面积22.1km2,设计流量3.0m3/s。工程由泵站和穿坝涵洞组成,主泵选用2台700ZLB—70型轴流泵;涵洞采用单孔钢筋混凝土箱形结构,涵洞及出水池下采用连续水泥土搅拌桩进行地基加固处理。

关屯站:为新建电力抽水站,控制灌溉面积12.1km2,设计流量1.6m3/s。工程由泵站和穿坝涵洞组成,主泵选用1台700ZLB—125轴流泵,穿坝涵洞采用单孔钢筋混凝土箱形结构。

梅庄站:为新建电力抽水站,控制灌溉面积20.0km2,设计流量2.7m3/s。工程由泵站和穿坝涵洞组成,主泵选用2台700ZLB—125轴流泵,涵洞采用单孔钢筋混凝土箱形结构。

(4)新建、拆除重建钢筋混凝土箱涵24座。半岗店涵、清凉寺涵、王侠道涵、孔洋西涵、朱拐弯涵、梅庄涵、后黄庄渠下涵、润河集涵、洪庄湖涵、南照东涵、南照站涵、南照西涵、西园涵、汤庄涵、十里井涵、王新涵、高岗头涵、陈沟口涵、二郎沟涵、安店涵、黄岗涵、姜庄涵、杨庄涵和周庄涵24座涵洞为排涝沟渠上新建或拆除重建的穿坝涵洞,排涝涵洞结构断面尺寸以5年一遇排涝规模控制,灌溉涵洞按灌溉面积控制,挡洪侧设防洪控制段。陈沟口涵采用3 孔3.8m×3.8m 钢筋混凝土箱涵,涵地基承载力较低,采用D500 间距1000mm 的水泥土搅拌桩进行加固处理,杨庄涵采用2孔2.8m×2.8m 钢筋混凝土箱涵,其余各涵均为单孔钢筋混凝土箱涵。除陈沟口涵采用钢闸门挡水外,其他各涵采用钢筋混凝土闸门挡水,各闸门配手电两用螺杆式启闭机启闭。主要设计参数见表2-4。

表2-4　北副坝穿坝建筑物钢筋混凝土箱涵设计参数表

(5)新建灌溉渠上的圆管涵。王庄涵、连台孜涵、韩郢孜北涵、徐铺孜涵、贾岗站涵、郭岗头站涵、魏桥站涵、扬圩站涵、安店站涵、黄岗站涵、姜庄站涵、邢元涵和于桥涵13座涵洞均位于灌溉沟渠上,流量小,采用预制钢筋混凝土圆管涵。防洪控制段采用铸铁闸门挡水,配手动螺杆式启闭机启闭。设计参数见表2-5。

表2-5　北副坝穿坝建筑物钢筋混凝土预制圆管涵设计参数表

3.施工中揭露的地质条件及其对地质参数的修改

施工中揭露的地质条件与初步设计阶段提供的地质参数基本一致,不同之处包括:①十里井涵沟底有淤泥,施工中采用换填水泥土处理;②孔洋二级站涵洞及镇墩坐落在回填土上,为保证建筑物工程安全,回填土采用水泥土搅拌桩进行加固处理;③南副坝一道冲涵、三道冲涵施工时揭露的地质条件与初步设计阶段提供的地质条件基本一致,初设阶段该涵软弱地基未处理,施工图设计阶段经核算,基础沉降达8cm,为保证工程安全,对软弱地基采用水泥土搅拌桩进行加固处理。

4.观测设计

为方便管理运用及积累资料,副坝穿坝建筑物安全监测系统按照规范布置。涵洞、闸室及翼墙上共布设4～6个垂直位移和水平位移观测点,上、下游翼墙上布设水位标尺。由于张集闸、陶坝孜闸为规模较大的加固工程,其他建筑物规模较小,对加固及扩建工程保留原有的扬压力观测设施,新建工程不再设扬压力观测设施。施工期间由施工单位对建筑物进行安全监测。