安寧河德昌城區(qū)閘壩工程行洪寬度論證

譚 科

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司,湖北 武漢 430000）

概述

河道行洪能力的研究對(duì)城市防洪安全至關(guān)重要,近年來(lái)不少學(xué)者采用水工模型試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算等方面進(jìn)行了河道行洪能力的相關(guān)研究。趙新益等[1]通過(guò)模型試驗(yàn)研究了成都市錦江華陽(yáng)段躉船工程對(duì)河道行洪的影響；王濤等[2]采用物理模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬和經(jīng)驗(yàn)公式研究了河道糙率和橋墩壅水對(duì)寬淺河道行洪能力的影響；李果等[3]采用二維數(shù)學(xué)模型模擬論證了跨府河伏龍橋工程對(duì)河道行洪能力的影響；李銘華等[4]分析了南京市長(zhǎng)江岸線(xiàn)整改項(xiàng)目的防洪影響;頓江[5]對(duì)古學(xué)水電站2# 渣場(chǎng)交通橋修建的行洪影響進(jìn)行了論證分析,對(duì)防洪影響進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),并提出了應(yīng)對(duì)超標(biāo)洪水采取的技術(shù)措施。

安寧河德昌城區(qū)閘壩工程閘址位于小高橋電站取水樞紐下游1 100 m,閘址河段順直,小高橋電站閘壩處河床較窄,下游河床處于由窄變寬的擴(kuò)散段內(nèi)。本工程閘址處河床對(duì)稱(chēng)“U”型河谷,兩岸Ⅰ級(jí)階地連續(xù)分布,其中左岸地面高程為1 330.20 m～1 334.20 m,漫灘高程為1 330.20 m～1 332.75m,河面寬80.0 m。右岸為已建堤防,堤頂高程1 332.79 m～1 336.03m,堤后為原Ⅰ級(jí)階地,地面高程為1 329.76 m～1 330.30 m。從右岸已建堤頂至左岸階地上緣距離只有122 m 左右,工程河段地形,見(jiàn)圖1。

圖1 工程河段地形圖

1 閘壩行洪寬度方案擬定

根據(jù)閘址處原地形地貌特點(diǎn)和原河道堤防情況,該河道處于擴(kuò)散段,原河床寬度只有122 m,因右岸為已建堤防,閘壩右邊墩需與堤線(xiàn)結(jié)合,左邊墩與擬建阿榮段堤結(jié)合,故閘壩的行洪寬度與左岸堤線(xiàn)布置有關(guān)；根據(jù)設(shè)計(jì)資料,閘壩布置處堤距為151.0 m。結(jié)合閘壩工程建設(shè)及左岸堤線(xiàn)布置,擬定閘壩泄洪寬度為148.0 m 和160.0 m 兩種方案,以保證左岸堤線(xiàn)較順直,河道擴(kuò)散均勻,水流順暢。本文通過(guò)水工模型試驗(yàn)和理論計(jì)算進(jìn)一步對(duì)比分析兩種行洪寬度的可行性。

2 水工模型試驗(yàn)成果

德昌城區(qū)閘壩工程河段水工模型試驗(yàn)?zāi)M了閘壩總寬度148.0 m 和160.0 m 兩個(gè)方案,對(duì)應(yīng)閘壩處堤距分別151.0 m 和163.0 m,對(duì)兩方案建閘后特征洪水標(biāo)準(zhǔn)下河道水面線(xiàn)和堤腳沖刷深度等進(jìn)行了模擬。由于堤距151.0 m 和163.0 m 的閘寬方案僅是閘壩軸線(xiàn)處的寬度不同,德州二橋至閘軸線(xiàn)段左岸逐步擴(kuò)散略有差異,兩方案的閘下河道寬度相差不大,因而同一洪水頻率下,下游堤腳沖刷基本沒(méi)有明顯差異。本工程閘壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用30 年一遇,校核洪水采用100 年一遇；庫(kù)內(nèi)堤防設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)提高至30年一遇,閘壩下游堤防洪水標(biāo)準(zhǔn)維持原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),采用20 年一遇。囿于篇幅,此處列出堤距151 方案的計(jì)算水面線(xiàn),見(jiàn)表1。

表1 閘壩處堤距151 m 閘寬方案左右岸沿程水面線(xiàn)

3 堤腳沖刷深度計(jì)算成果

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）,兩種堤距方案下設(shè)計(jì)和校核洪水堤腳沖刷深度計(jì)算成果,見(jiàn)表2。

表2 兩種堤距方案下堤腳沖刷深度計(jì)算成果

4 方案對(duì)比分析

4.1 工程布置

160 m 閘寬方案的閘前正常蓄水位1 330.20 m,閘頂高程1 334.50 m,由泄洪沖砂閘段、上游鋪蓋、下游消力池和海漫組成。泄洪沖砂閘段布置11 孔12.0×4.2 m 平板鋼閘門(mén),閘底高程1 326.00 m,閘基建基面高程1 323.00 m,最大閘高11.5 m,閘室段長(zhǎng)14.5 m,閘室每2 孔設(shè)沉降變形縫。閘前設(shè)15.0 m 長(zhǎng)砼水平鋪蓋,閘后消力池總長(zhǎng)33.0 m,其中池長(zhǎng)25.0 m,連接段長(zhǎng)8.0 m,池寬157.0 m；消力池后接40.0 m長(zhǎng)的海漫,寬157.0 m,其后接原河道。閘壩防滲采用水平鋪蓋與懸掛式高噴防滲墻聯(lián)合防滲,帷幕線(xiàn)向兩壩肩各延伸50.0 m,帷幕軸線(xiàn)總長(zhǎng)度260.0 m,帷幕堤線(xiàn)高程1 304.00 m。因閘壩基礎(chǔ)置于稍密砂卵石層上,砂卵石下為砂層,為提高基礎(chǔ)承載能力和整體性,對(duì)閘基中部砂層進(jìn)行固結(jié)灌漿處理,灌漿底線(xiàn)深入砂層下砂卵石層1.0 m。

148 m 閘寬方案的閘前正常蓄水位1 330.20 m,閘頂高程1 334.70 m,由泄洪沖砂閘段、上游鋪蓋、下游消力池和海漫組成。泄洪沖砂閘段布置10 孔12.0×4.2 m 平板鋼閘門(mén),閘底高程1 326.00 m,閘基建基面高程1 323.00 m,最大閘高11.7 m,閘室段長(zhǎng)14.5 m,閘室每2 孔設(shè)沉降變形縫。閘前設(shè)15.0 m 長(zhǎng)砼水平鋪蓋,閘后消力池總長(zhǎng)33.0 m,其中池長(zhǎng)25.0 m,連接段長(zhǎng)8.0 m,池寬142.0 m；消力池后接40.0 m 長(zhǎng)的海漫,寬142.0 m,其后接原河道。閘壩防滲采用水平鋪蓋與懸掛式高噴防滲墻聯(lián)合防滲,帷幕線(xiàn)向兩壩肩各延伸50.0 m,帷幕軸線(xiàn)總長(zhǎng)度248.0 m,帷幕堤線(xiàn)高程1 304.00 m。因閘壩基礎(chǔ)置于稍密砂卵石層上,砂卵石下為砂層,為提高基礎(chǔ)承載能力和整體性,對(duì)閘基進(jìn)行固結(jié)灌漿處理,灌漿底線(xiàn)深入砂層下砂卵石層1.0 m。

4.2 工程投資

根據(jù)工程布置及建筑設(shè)計(jì),兩方案工程特性及投資見(jiàn)表3。

從表3 可知,因160 m 閘寬方案比148 m 閘寬方案多一孔閘,工程總投資多353.89 萬(wàn)元,故從工程投資方面,148 m閘寬方案優(yōu)于160 m閘寬方案。

表3 閘壩泄洪寬度比較表

4.3 對(duì)河道兩岸堤腳沖深影響

根據(jù)水工模型試驗(yàn)成果,由于160.0 m 閘寬和148.0 m 閘寬方案僅是閘壩軸線(xiàn)處寬度不同,德州二橋至閘軸線(xiàn)段左岸逐步擴(kuò)散略有差異,兩方案的閘下河道寬度幾乎相同,因而同一洪水頻率下下游堤腳沖刷沒(méi)有明顯差異,故兩方案對(duì)堤腳沖刷深度影響幾乎相當(dāng)。

4.4 庫(kù)內(nèi)堤頂高程影響

建閘后,庫(kù)內(nèi)兩岸堤防30 年一遇設(shè)計(jì)洪水位將會(huì)抬高,根據(jù)水工模型試驗(yàn)沿程水面線(xiàn)成果表明,經(jīng)河道疏浚后,30 年一遇洪水時(shí),160 m 閘寬方案閘前水位1 331.46 m,148 m 閘寬方案閘前水位1 331.70 m,后者高0.24 m；閘壩100 年一遇校核洪水位時(shí),160 m 閘寬方案閘前水位1 332.69 m,148 m 閘寬方案閘前水位1 332.42 m,前者高0.27 m；而庫(kù)內(nèi)從德州二橋至閘壩處堤頂高程為1 334.95 m～1 332.79 m,建閘后庫(kù)內(nèi)堤頂高程均高于兩方案校核洪水位,而庫(kù)內(nèi)局部堤頂高程不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)超高要求段可采取結(jié)合堤頂欄桿建設(shè)、增設(shè)防浪墻措施后,可消除修建閘壩對(duì)庫(kù)內(nèi)已建防洪堤的防洪影響,工程處理措施費(fèi)用少。

4.5 岸邊建筑影響

從圖1 可以看出,因右岸為已成堤,閘址處堤頂至左岸階地前沿寬122 m,不管閘寬160 m 或者是148 m,德州二橋至閘壩段均只能向左岸擴(kuò)散,但左岸閘壩附近現(xiàn)已根據(jù)規(guī)劃修建了大型工廠(chǎng)和附屬建筑物,外緣距階地前沿只有40 m 左右,如采用160 m閘寬方案,左岸堤線(xiàn)需向外擴(kuò)散12 m,修建閘壩或左岸堤防時(shí)施工期將加大對(duì)建筑物的干擾和影響,施工處理措施費(fèi)用高；而148 m 閘寬方案比160 m 閘寬方案少向岸邊擴(kuò)散12 m,修建閘壩不會(huì)拆除任何建筑,施工期也不會(huì)危及工廠(chǎng)建筑,故從對(duì)岸邊建筑影響方面,148 m 閘寬方案明顯優(yōu)于160 m 閘寬方案。

5 結(jié)論

從工程布置、工程投資、對(duì)河道兩岸堤腳沖深影響、庫(kù)內(nèi)堤頂高程影響、岸邊建筑影響等方面綜上分析,因148 m 閘寬方案比160 m 閘寬方案投資少,對(duì)左岸已成建筑物影響小,148 m 閘寬方案各頻率洪水位相對(duì)160 m 閘寬方案抬高不大,不會(huì)148 m 閘寬方案泄洪總寬變小影響庫(kù)內(nèi)堤頂高程,堤腳沖深與160m 閘寬方案相當(dāng)。故推薦148 m 閘寬方案,即10孔12.0×4.2 m 平板鋼閘門(mén),閘軸線(xiàn)長(zhǎng)148.0 m。