设计砂砾石料的料径范围为0.1~150mm,d50=9.0mm。根据定床模型试验成果:当Q=72300m3/s时,砂砾石料抛投区测点垂线平均流速一般为3.9~4.4m/s,作为理论分析,运用不同的砂砾石料起动流速公式,近似计算在度汛流量条件下砂砾石最小抗冲粒径(计算时各家公式起动流速均按垂线平均流速计)或所抛投砂砾石料的允许抗冲流速。
表5-12计算结果表明:不同计算公式所得结果不尽一致,但均说明一个共同的问题:即现场实施抛投的砂砾石料,根据表5-12中公式①~③,绝大部分料可能在汛期冲失,公式④、⑤表明,砂砾石料可能全部冲失。另一方面,若按设计抛投砂砾石料的中值粒径d50=9mm作为计算起动流速的参数,为使粒径9mm的砂砾石料不致冲失,根据计算公式①、②、③流速应分别小于2.04m/s、1.66m/s、2.01m/s,公式④、⑤流速应分别小于1.39m/s、1.37m/s,而水力学模型试验结果表明,在汛期即使常遇流量45000 m3/s,上游砂砾石垫底区垂线平均流速一般达3.0~3.5m/s,因此从起动流速的角度分析,即使是常遇流量,垫底砂砾石料在汛期会被冲刷。
为了探讨汛期砂砾石料的冲刷问题,按重力相似准则用天然砂dm=0.1~1.0mm近似模拟砂砾石部分粒径(10~100mm)进行了度汛冲刷模型试验。冲刷历时模型4.0h相当于原型约40h,砂砾石料冲失程度较为严重。原型垫底料成型级配远较模型复杂,存在诸多未知因素,如不进行适当保护,将给大江截流带来严重后果。如何保护?保护效果如何?首先涉及的是施工工期、施工效果及施工成本等。最简单的保护措施是在砂砾石面上抛一层编织袋装砂砾石料,这样可取得较好防冲效果,但如何做到抛投均匀且防冲有效,这又成为施工技术难点。抛投层太厚固能有效防冲,但成本费用极大提高,抛投覆盖层太薄或不均匀,防冲效果不理想或更差,同时将占用较长时间的施工工期(事实上施工工期已不被允许)。如何确定既经济、合理,又不影响现场施工进度的方案,必须充分结合现场施工实际,运用理论分析和模型试验相结合的原则,进一步认识砂砾石料汛期冲刷原因。因砂砾石下游均存在一“刚性”石渣堤,不同于一般河床冲刷,具有特殊性,这种深水冲刷问题研究在国内外还未见报告。(www.daowen.com)
表5-12 现有不同的泥沙起动公式计算结果
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