干河子壩船閘工程施工導流方案研究

曹洪凱，朱映光，董芮民

（1.沈陽市渾北灌區管理處，遼寧 沈陽 110035；2.沈陽市水利局，遼寧 沈陽 110032)

1 工程規模

干河子攔河壩位于沈陽市東陵大橋以上約3 km處渾河左叉上，為實用堰型溢流式混凝土殼壩，壩殼厚0.50 m，內部充填砂礫料。船閘址位于溢流壩岸南側翼墻與汪家鄉干河子村之間約58.0 m寬、220.0 m長的狹長地帶。船閘主體結構主要包括上游引航道、上閘首、閘室、下閘首和下游引航道五部分。沈陽市渾北灌區管理處作為建設單位，工程于2009年2月開工建設，當年7月竣工，試水通航。

干河子壩船閘工程按洪水重現期50年一遇標準設計、100年一遇標準校核。上、下閘首各設2扇、共計60 t的人字平板鋼閘門，配套10 t，20 t液壓啟閉機各2套，設置船閘自動控制及計算機監控系統。設計通航噸位為147 kW力船只。

工程須征用土地1.569 6 hm2，作為船閘工程的永久占地；移植各種樹木10 812棵；動遷地下輸水管道435延長米。

2 施工期設計洪水

按照6月15日前完成船閘主體工程建設的要求，施工期洪水按汛前6月15日考慮。船閘汛前洪水主要是大伙房水庫放流加大伙房至船閘的區間徑流水形成，并且船閘到沈陽水文站之間沒有較大支流匯入，這一區間面積很小，所以施工期設計洪水成果仍由沈陽水文站實測流量資料推求。采用沈陽站資料的年限從1958—2006年，共計49年。施工期洪峰按期內實測流量最大值法選樣，采用矩法計算沈陽站施工期洪水特征值，見表1。

3 導流方案的選擇比較

船閘工程主要建筑物等級為3級，圍堰及導流建筑物等級為5級，相應的設計洪水頻率為10年一遇防洪標準。施工期為3月1日至6月15日，最大洪峰流量為337 m3/s。

表1 干河子船閘汛前施工期設計洪水成果表 m3/s

3.1 導流條件

與干河子攔河壩位于同一主河道、同一斷面上的樞紐工程有渾北攔河壩，以及渾北攔河壩北側的沖砂閘、進水閘。渾北攔河壩長290 m，沖砂閘、進水閘位于渾河右岸。沖砂閘閘孔尺寸為6孔×寬3 m×高2 m，按照50年一遇標準設計，100年一遇標準校核，設計與校核流量為232，518 m3/s；進水閘設計流量為48 m3/s，閘孔尺寸為6孔×寬2 m×高2 m。

3.2 方案一：兩壩兩閘導流方式

根據施工需要，結合現有工程條件，利用渾北壩沖砂閘和渾北灌區進水閘，進行導流。當水位超過渾北壩頂高程52.60 m時，渾北壩、干河子壩局部壩段壩頂溢流，同沖砂閘、進水閘共同承擔導流任務。干河子壩設計導流壩段長270 m，在干河子壩左側90 m壩段上、下游布置圍堰擋水。泄流能力驗算如下∶

1）沖砂閘、進水閘按閘孔出流計算其泄流能力：

式中：Q—過閘流量，m3/s；σs—淹沒系數，取 0.86；μ—自由出流的流量系數，取0.56；e—閘門開啟高度；n—孔數，取6；b—每孔凈寬，分別取3，2 m；ε—垂直收縮系數，ε＝0.965；H0—計入行進流速的閘前水頭。

2）渾北壩溢流壩段長290 m，按堰流公式計算泄流能力：

式中：Q—過壩流量，m3/s；ε—淹流側收縮系數，ε＝1.0；B—泄流壩寬，290 m；m—流量系數，m＝0.4；h0—計入行進流速的堰頂水頭。

3）干河子壩導流壩段長度270 m。按堰流公式計算泄流能力：

經計算，當壩上水位達到52.90 m時，4座閘壩聯合泄流的總泄量為Q＝344 m3/s＞337 m3/s，滿足導流要求。

3.3 方案二：一壩兩閘導流方式

利用渾北壩沖砂閘和渾北灌區進水閘進行導流，當水位超過渾北壩頂高程52.60 m時，渾北壩溢流，同沖砂閘、進水閘共同承擔導流任務。經計算，當壩上水位達到53.20m時，3座閘壩聯合泄流的總泄量為Q＝445 m3/s＞337 m3/s，滿足導流要求。

3.4 圍堰工程設計比較

1）依據施工期設計洪水成果，上游最大來水量Q＝337 m3/s，按2種導流方式計算，得壩前水位分別為52.90，53.20 m?？紤]安全超高及波浪爬高，確定上游圍堰頂高程為53.90，54.20 m。

2）本工程施工期內下游王家灣橡膠壩蓄水，新改造的王家灣壩頂高程45.50 m，考慮壩頂溢流、安全超高及波浪爬高，下游圍堰頂高程確定為46.50 m。

3）根據本工程特點，按投資經濟、取材方便的原則，圍堰型式采用斜坡鋪設土工膜防滲的砂礫石圍堰，土工膜采用兩布一膜?？紤]施工交通等需要，上游圍堰頂寬7 m，內外邊坡1∶2.0，2種方案總長度分別為284，382 m；下游圍堰頂寬5 m，邊坡1∶2.0，2種方案總長度分別為275，365 m。上、下游圍堰土方工程量分別為32 454，51 773 m3。

4 結論和措施

1）干河子攔河壩原施工質量一般，在2種方案均滿足施工導流的條件下，一壩兩閘的方案有利于保護干河子攔河壩的安全運行。但是，受資金限制，方案一中圍堰土方填筑量32 454 m3比方案二減少19 319 m3，土工膜鋪設相應減少2 515 m2。按技術可行，經濟合理的原則，選用兩壩兩閘導流方式。

2）由于干河子壩3/4壩段過流，再加上13 m深度的基坑開挖和施工井點排水，易引起地基回彈、船閘軸線兩側100 m范圍內的地基沉降，以及船閘建造過程中又會引起再壓縮沉降，最終導致干河子壩沉降破壞。因此，為確保干河子壩安全，施工期間，在其左岸90 m壩段圍堰范圍內布設40個觀測點、7個觀測斷面，實施船閘工程二等水準沉降觀測，評估對壩體和民房的沉降影響，為判斷是否需要對原建筑進行修繕、搶險提供依據。目前，船閘工程經過近一年的運行，運行效果良好。