沿海擋潮閘下游消能防沖措施設(shè)計(jì)淺析

柳豹 江蘇省淮沭新河管理處

我國(guó)很多沿海城市在臨近濱江、河流、海峽等地方都會(huì)建筑一些大中型的擋潮閘，但是由于建造的時(shí)期過(guò)早，其中存在諸多安全的隱患。在擋潮閘下游的地方經(jīng)常會(huì)發(fā)生阻塞的情況。由此可見(jiàn)，加強(qiáng)江海堤防的重新修建工程是目前的首要任務(wù)。

1.提出相關(guān)的問(wèn)題

通過(guò)觀察江蘇省濱江臨海的擋潮閘可發(fā)現(xiàn)，由于建造的時(shí)期過(guò)于久遠(yuǎn)，很多都已經(jīng)出現(xiàn)了破損的情況。經(jīng)過(guò)有關(guān)部門的組織，將原來(lái)的老閘進(jìn)行下游的遷建，很多新閘址的下游基本上是海灘，幾乎沒(méi)有匯流的港道，下游潮位如果不停的跌落，消能防沖的設(shè)施就會(huì)直接暴露在外面，這對(duì)于擋潮閘的危害頗大。大部分的閘址土質(zhì)抵抗沖擊能力比較弱，從而導(dǎo)致溯源被沖刷，甚至引起擋潮閘的主體發(fā)生更加嚴(yán)重的安全影響。近幾年南方地區(qū)的雨量變得越來(lái)越多，隨之水流量也變得越來(lái)越快，為了保障生活的安全性，加快低潮位的搶排工作，促進(jìn)擋潮閘的有效運(yùn)行是當(dāng)務(wù)之急。

在沿海擋潮閘下游消能防沖措施設(shè)計(jì)中，將最低潮位時(shí)閘門敞開(kāi)作為主要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，雖然可以引起工程的投資，但是在實(shí)際的操作過(guò)程中是非常不合理的。如果工程增加的經(jīng)費(fèi)并不多，想要達(dá)到具備經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)實(shí)用的消能防沖措施，這是一個(gè)非常值得探討的問(wèn)題。本文主要根據(jù)掘苴新閘的情況為例子，對(duì)沿海擋潮閘下游消能防沖措施的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的研討以及分析。

2.對(duì)相關(guān)因素進(jìn)行分析

在擋潮閘的說(shuō)法中，一直都有著十閘九沖過(guò)的現(xiàn)象，下游的沖刷就更難避免了。通過(guò)綜合的分析，全面了解下游消能防沖設(shè)施的破壞主要有以下幾個(gè)因素：（1）大部分的沿海潮位站點(diǎn)比較少，閘址處有關(guān)潮位的資料也不多，從而導(dǎo)致在理論計(jì)算的時(shí)候缺少最基本的數(shù)據(jù)。（2）由于土質(zhì)的抵抗沖擊能力比較差，閘址的地址基本上屬于海成地貌，粉砂作為表層，沙土的質(zhì)地有比較細(xì)，如此一來(lái)，被沖刷的可能性就大大提升了。（3）現(xiàn)在很多新閘都喜歡建設(shè)在海灘上，出去全新建設(shè)的三百米左右的港堤之外，基本上沒(méi)有任何的匯流港道。等到水流出閘址之后，直接平鋪進(jìn)海，對(duì)消能而言是非常不利的。（4）下游的船只經(jīng)過(guò)之后隨意的停靠，導(dǎo)致了排澇時(shí)期內(nèi)出閘的水流出現(xiàn)紊亂的現(xiàn)象。（5）隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，下墊面的條件發(fā)生了巨大的改變，從而導(dǎo)致降雨的匯流量加快了不少。除此之外在防止洪災(zāi)以及排澇的過(guò)程中對(duì)于排水的要求也比較高，遇到下大雨的時(shí)候需要盡快開(kāi)展排澇工作，從而降低內(nèi)河的水位。（6）降雨時(shí)空氣中的分布情況不太均衡，局部地區(qū)的強(qiáng)制降雨概率隨之上升，這種極端的天氣進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)以及施工是非常困難的。

3.對(duì)全新的擋潮閘下游消能防沖開(kāi)展有效的措施

3.1 工程的基本概述

通過(guò)分析如東縣老掘苴閘發(fā)現(xiàn)，作為掘苴河的入海口，是典型的中型擋潮閘，同時(shí)也是南通地區(qū)最重要的排澇擋潮閘。根據(jù)相關(guān)部門的開(kāi)發(fā)規(guī)定，需要將原本的老閘進(jìn)行下游的遷移，然后建設(shè)全新的掘苴閘。遷移后的掘苴閘位于原本老閘下游的2.5KM的地方，其中主要設(shè)計(jì)5個(gè)孔，分別是：兩個(gè)8m孔+12m一個(gè)孔+8m的兩個(gè)孔，中間的孔具備了兼顧通航的功能。將閘底板面的高度設(shè)計(jì)成-1.5m，其中最大排澇流量可達(dá)525m3/s.整個(gè)工程的周期長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月，等到竣工驗(yàn)收完畢之后，工程的質(zhì)量被評(píng)定為優(yōu)良的效果。

3.2 消能防沖的設(shè)計(jì)

在新閘消能設(shè)計(jì)的期間，將其他沿海擋潮閘的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及教訓(xùn)作為前提，從而優(yōu)化消力池的計(jì)算方式，以此改進(jìn)了消能防沖的設(shè)施布置。在確認(rèn)擋潮閘規(guī)模的時(shí)候，需要依照設(shè)計(jì)暴雨推求洪水的過(guò)程以及汛期連續(xù)的4D平均高潮位進(jìn)行相結(jié)合，將結(jié)合內(nèi)的河水位置槽蓄量關(guān)系曲線圖進(jìn)行調(diào)洪的計(jì)算，以此確定閘室內(nèi)的總體凈寬。整個(gè)消能的設(shè)計(jì)對(duì)于工程概況的選取是非常不利的，根據(jù)上述所說(shuō)的洪水計(jì)算，對(duì)閘上高水位相對(duì)應(yīng)的最大流量；內(nèi)河汛期過(guò)程中正常的高水位遇見(jiàn)外海測(cè)平均低潮位以及閘上比較高的水位遇見(jiàn)閘下較低潮位時(shí)期對(duì)應(yīng)的最大流量進(jìn)行分別的消能計(jì)算。

在實(shí)際中，力池的長(zhǎng)度為25m厚度和寬度是1m和1.7m。另外，通過(guò)計(jì)算得出的結(jié)果，對(duì)于閘下設(shè)計(jì)的潮型中的最低潮位控制在-0.35m，而閘上的高水位是2.8m。這個(gè)時(shí)候閘門最大的開(kāi)度為1.97m，因此，經(jīng)過(guò)的閘流量在446.8m3/s左右。考慮到擋潮閘下游后沖刷的必然性以及各海灘淤漲型的特點(diǎn)，在消能防沖的有效措施中，對(duì)于布置的改變基本上是通過(guò)以下這個(gè)思路出發(fā)的：將水平防沖變成垂直防沖，在設(shè)計(jì)工況下統(tǒng)一閘下出現(xiàn)沖刷的情況，但需要確保閘主體的安全性。另外，適當(dāng)?shù)乜s短港道護(hù)底防護(hù)的范圍，從而節(jié)省整個(gè)工程的投資。具體讓其表現(xiàn)于：在消力池的后面接上一個(gè)20m的鋼筋混凝土護(hù)底和一個(gè)長(zhǎng)度為20m的防沖排樁連為整體，再接拋石防沖槽。當(dāng)下游出現(xiàn)最大沖擊的極端情況后，確保閘室主體的安全是關(guān)鍵點(diǎn)。港道兩側(cè)的港堤可以采取漿砌石進(jìn)行坡道的保護(hù)，破底設(shè)計(jì)拋石作為護(hù)腳。

3.3 水損的處理方式

在2008年以及2009年期間，汛期曾經(jīng)遭受過(guò)特別大的洪澇，經(jīng)過(guò)超標(biāo)的泄洪之后，防沖排樁到閘主體之間的結(jié)構(gòu)絲毫沒(méi)有受損，但是港道底部則出現(xiàn)了不同程度的沖刷情況，與此同時(shí)引發(fā)了局部港堤邊坡坍塌的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的分析后發(fā)現(xiàn)，在工程建設(shè)的前期工作中，受到了投資方的約束，下游港道的底部出現(xiàn)護(hù)砌過(guò)短的情況，從而導(dǎo)致抗沖能力變差。由此可見(jiàn)，雖然港道的沖抗能力還沒(méi)有完全超過(guò)設(shè)計(jì)中計(jì)算的深度，也沒(méi)對(duì)閘主體構(gòu)成了一定的威脅，但是總體而言對(duì)港堤的安全引發(fā)了一系列的問(wèn)題。通過(guò)相關(guān)部門的研究，利用預(yù)備的費(fèi)用對(duì)防沖槽外的河床和港堤進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硎欠浅Ｓ幸娴囊豁?xiàng)工作。

通過(guò)綜合分析，由于閘下實(shí)際的最低潮位在-1.5m的狀態(tài)下，適當(dāng)?shù)慕档拖掠胃鄣赖赘叱蹋瑥亩由畹统蔽粫r(shí)期港道內(nèi)的水深。與此同時(shí)，加長(zhǎng)港道底部的防護(hù)范圍，從而保障港堤邊坡的安全也是非常有必要的。防沖樁外側(cè)的港道底高程經(jīng)過(guò)降低址后，外部海灘和客觀上形成了所謂的二次消能。港堤以外都視作灘地，將水流當(dāng)成漫灘流，由于水流的速度減少了，所以也不會(huì)發(fā)生較大沖刷的情況。如東縣的海域幾乎屬于淤漲型的，根據(jù)以往的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)而言，就算是出現(xiàn)沖刷的情況，不再排水期的期間，通過(guò)潮汛就能將其淤平，可以完全排除對(duì)工程造成危害的情況。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)建設(shè)消能防沖設(shè)施的目的是為了擋住或者排泄水工建筑物的雜質(zhì)。大部分沿海的擋潮閘其地理位置以及水文和地質(zhì)條件的特殊，從而引發(fā)消能防沖的設(shè)施遭受到破壞。通過(guò)分析如東縣掘苴新閘的建設(shè)，在整個(gè)工程施工的期間都應(yīng)該考慮排水的問(wèn)題，將水平防沖變成垂直防沖的體系。同時(shí)通過(guò)適當(dāng)?shù)慕档透鄣赖赘叱痰认嚓P(guān)措施，加強(qiáng)整個(gè)下游的消能防沖效果。對(duì)于整個(gè)工程的經(jīng)費(fèi)增加的情況下，需要確保閘下消能防沖設(shè)施的安全性，并且延長(zhǎng)低潮位期間的開(kāi)閘排水時(shí)間，從而獲取預(yù)期時(shí)的有效效果。