西辛閘工程設計及防洪影響評價

吳偉峰，胡愛玲，王偉偉

（東平縣水利局，山東 東平 271500）

西辛莊泄水涵閘工程位于東平縣大清河北堤6+476處，連接城西排水河與大清河，涵閘進口連接段長5 m，底寬3.5 m，深1.5 m，上游渠道長 24.0 m，上游扭面之后接新建穿堤涵洞，共2孔，分5節，單節長8 m，斷面尺寸為2.5 m×2.5 m，采用C25鋼筋混凝土結構。穿堤涵洞后接防洪控制段，長8 m，其中閘室長3 m，洞身長5 m。工程實施后，東平街道、梯門鎮、大羊鎮3鄉鎮匯入稻屯洼的洪水，經西辛泄水涵閘流入大清河。

泄水涵閘的建設可提高城區防洪標準，改善生態環境和城鎮居民的居住環境。同時，可減輕3鄉鎮1 333.33 hm2耕地的洪澇災害，減少農作物損失108萬元、副業損失21.6萬元、工業損失3 000萬元。且該區工業發達，是東平縣的重點發展區域，全縣大部分企業及工業園區都在該區域，是縣財政的重要來源之一，在全縣總工業產值中占有較大的比例。因此，東平縣委、縣政府決定興建西辛莊泄水涵閘工程。但由于該工程位于大清河北堤，對東平縣防洪有重要影響，因此，應進行充分的工程穩定分析與防洪影響評價。

1 穩定性分析

1.1 堤防滲流穩定分析

1.1.1 洞身部分大堤滲流穩定分析

堤身土成分以黏土為主，填筑質量較好，堤基土層自上而下分布為：填筑土、砂壤土、壤土、砂壤土、壤土、黏土、粗砂。滲流計算采用二維滲流有限元分析程序計算流場分布及出逸點比降。計算結果見表1。

由表1可知，出滲坡降Jmax＜J允，洞身部分滿足大堤滲流穩定要求。

表1 工程所在位置處滲流穩定計算成果表

1.1.2 大堤滲流穩定分析

1）計算方法與計算斷面。滲流計算采用北京理正軟件設計研究所編制的 《滲流分析軟件程序》，應用二維有限元滲流計算。根據壩段地形特點、壩基地質情況及蓄水位變化情況等，選擇本斷面為典型計算斷面進行滲流分析計算。

2）計算工況。堤內正常水位，堤外水位為地面以下1.5 m時形成的滲流情況。

3）滲流計算參數。根據本次地質勘探，橫斷面上各透水區的滲透系數，應根據地質資料選取,計算滲流量時采用土層滲透系數的建議值，堤體及壩基各層土料滲透指標見表2。

表2 滲透系數一覽表

4）計算成果。正常運行期堤防下游堤腳滲透坡降為0.23，小于回填土的臨界比降0.52。

1.1.3 洞身接觸滲流穩定分析

按《水閘》水平段滲流坡降值計算公式，經計算，在大清河發生設計洪水并在大堤堤身內形成穩定滲流的工況下，計算滲流坡降為0.13，小于回填土的臨界比降0.52，故不會發生接觸滲透破壞，涵閘滲透穩定滿足設計要求。

1.2 邊坡穩定分析

大堤為2級建筑物，根據 《堤防設計規范》（GB50286—1998），相應的壩坡抗滑穩定最小允許安全系數，正常運用條件下為1.25，非常運用條件下為1.15。

計算方法采用瑞典圓弧法。計算程序為中國水利水電科學研究院編制的《土質邊坡穩定分析程序》（STAB2009）。

土的物理力學指標根據 《大清河北堤加高加固工程初設階段地質勘察報告》選取。

各種工況下的壩坡計算抗滑安全系數見表3。其中：上游壩肩坐標為X=0.00 m、Y=0.00 m，X軸向上游為正，Y軸向下為正。

由表3計算結果可以看出，堤防典型斷面堤內、外邊坡穩定均能滿足規范要求。

1.3 地基承載力復核

涵閘坐落于原狀壤土地基上，地基最大承載力為110 kPa，修正后地基最大承載力為173 kPa。為保證工程的安全可靠性，選取填土高差較大的第二節涵閘進行計算。涵閘回填土力學指標：γ濕=19.5 kN/m3，內摩角 φ=30°。

表3 堤防邊坡穩定計算成果表

經計算，涵閘基底壓應力最大值159.3 kPa，小于地基承載力特征值173 kPa，因此洞身地基應力滿足設計要求。

2 防洪影響分析

2.1 滿足現有防洪標準及有關技術要求

根據西辛莊防洪泄水涵閘工程設計，采用老湖水位44.79 m，大清河尚流澤站發生7 000 m3/s流量的洪水標準設計，西辛莊防洪泄水涵閘工程實施符合防洪標準要求，與有關技術要求相適應。

2.2 對行洪安全和防汛搶險不會造成影響

工程施工選擇在2—5月，為大清河的枯水季節，河道內水量較小。工程實施后，最大出逸坡度小于允許出逸坡度，因此基本不會產生管涌及流土現象，能夠滿足河道的行洪安全和防汛搶險的要求。

2.3 對河勢穩定、防洪及其他水利工程設施的影響

根據河道演變分析及沖刷計算，大清河河勢相對穩定，西辛莊防洪泄水涵閘工程只是在大清河右側灘地上開挖一條泄水河道，泄水閘及其下游的泄水河道建設對大清河沒有提出平面變動要求。因此，西辛莊防洪泄水涵閘工程的建設不會影響河道河勢的穩定。

3 結語

通過以上的綜合指標分析，西辛莊泄水涵閘工程不論在施工期還是在運行期，其堤防滲流穩定性、堤內、外邊坡穩定性以及閘室抗滑穩定安全性，都能滿足大清河河堤防洪要求，不會對防洪工程的安全運行造成不良影響。