城市防洪應(yīng)急整治工程導(dǎo)流設(shè)計與修正

□黎 劭（江西省建洪工程監(jiān)理咨詢有限公司）

城市防洪應(yīng)急整治工程導(dǎo)流設(shè)計與修正

□黎 劭（江西省建洪工程監(jiān)理咨詢有限公司）

文章通過實際工作案例，分析萍鄉(xiāng)市城市防洪應(yīng)急整治工程特點，詳細(xì)探討了該工程施工道路設(shè)計方案，包括工程導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)流方式，并出于安全性與穩(wěn)定性等要求對常規(guī)導(dǎo)流設(shè)計方式進(jìn)行了修正探討。經(jīng)過工程案例驗證，可以大大縮短工程工期、減少工程量和投資，并使導(dǎo)流和截流圍堰的設(shè)計開挖難度大大降低，便于工程運行管理，具有一定的參考價值。

導(dǎo)流設(shè)計；抗剪斷；圍巖

1 工程概況

萍鄉(xiāng)市城市防洪應(yīng)急整治工程位于湘江水系淥水河中游，該工程建設(shè)的主要任務(wù)為：防洪工程建設(shè)、河道整治、治澇工程建設(shè)等。萍水河鐵橋至福田河口上游龍王廟段防洪工程位于萍水河上游，該防洪工程涉及到萍水河左岸上游段防護(hù)圈、萍水河-福田河右岸防護(hù)圈、城北防護(hù)圈，浙贛鐵路主干線、萍硤城區(qū)公路和秋收廣場等重要建筑物都在該項目保護(hù)區(qū)域內(nèi)，地理位置和防洪要求都相當(dāng)重要，建設(shè)此段防洪工程也是完善萍鄉(xiāng)市城市防洪體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。項目區(qū)年平均降水量1591.30mm，萍鄉(xiāng)市站為1595.20mm，實測最大降水量為2286mm；最小降水量為1063mm。降水年內(nèi)分配很不均勻，汛期4-6月降水量平均約占全年降水量的43%，7-9月降水量平均約占年降水量的19.50%。多年平均蒸發(fā)量900mm（E601），其中7-9月蒸發(fā)量占全年的45%，歷年平均風(fēng)速1.50m/s，最大風(fēng)速20m/s，風(fēng)向季節(jié)轉(zhuǎn)換不明顯，年最多風(fēng)向為東北向。

2 施工導(dǎo)流設(shè)計與修正

2.1 工程所采用的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

按照保護(hù)對象、使用年限及工程規(guī)模等標(biāo)準(zhǔn)，可以將工程施工期所使用的臨時性擋水及泄水建筑物劃分為Ⅲ～Ⅴ級，施工導(dǎo)流設(shè)計必須充分考慮工程上游水庫的調(diào)蓄作用，上游水庫總庫容為128.50×108m3，調(diào)節(jié)庫容為75.50×108m3，考慮到上游水庫的調(diào)洪作用，可以使淥水河中游流量形成平水期和枯水期，且呈現(xiàn)時段長、流量平穩(wěn)態(tài)勢。淥水河上游修建水電站后，使得萍水河鐵橋至福田河口上游龍王廟段汛期溢流次數(shù)明顯減少，這為萍鄉(xiāng)市城市防洪應(yīng)急工程施工導(dǎo)流設(shè)計創(chuàng)造了便利條件。

2.2 導(dǎo)流方式

一期導(dǎo)流：在左岸、右岸壩段及廠房段設(shè)置圍堰，洪水通過束窄的中部河床泄流。工程區(qū)6月份10a一遇洪水流量為515m3/s，機(jī)組發(fā)電流量為1010m3/s，流量合計1525m3/s，進(jìn)行低水圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計。左岸及二期截流圍堰的設(shè)計擋水標(biāo)準(zhǔn)采用6月份20a一遇洪水流量，即935m3/s，機(jī)組發(fā)電流量1010m3/s，流量合計為1945m3/s。根據(jù)萍水河鐵橋至福田河口上游龍王廟段16a水文資料，在圍堰設(shè)計時共溢流5次，而且在16a水文資料中只有4a的汛期洪水流量超過了2000m3/s。經(jīng)過分析比對，這個流量值同原設(shè)計流量m3/s非常接近，可以說從1945m3/s到2000m3/s，增加的工程投資不多，但是可以縮短施工工期，所以建議將工程設(shè)計流量從1945m3/s提高到2000m3/s。

二期導(dǎo)流：對中部河床段按照汛前期20a一遇洪水的擋水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圍堰圍護(hù)，洪峰流量為2200m3/s。

三期導(dǎo)流：采用萍水河鐵橋至福田河口上游龍王廟段歷年最大泄流量，即12600m3/s作為汛期洪水標(biāo)準(zhǔn)，并利用閘門進(jìn)行上游擋水，而下游則采用10a一遇洪峰流量93.20m3/s擋水標(biāo)準(zhǔn)利用圍堰擋水。

一、二、三期導(dǎo)流設(shè)計特性詳見表1。

表1 各期施工導(dǎo)流設(shè)計特性對比表

2.3 修正探討

2.3.1 常規(guī)設(shè)計方法

在進(jìn)行導(dǎo)流設(shè)計時，由于國內(nèi)相關(guān)設(shè)計規(guī)范欠缺，所以只能參考國外相關(guān)資料，在實際設(shè)計中必須將導(dǎo)流洞及圍巖都作為剛體，并充分考慮頂拱與邊墻和圍巖接觸面質(zhì)量較難保證等情況，應(yīng)當(dāng)選用以下抗剪斷公式，計算并折減這些部位的阻滑面積：

式中，K——抗剪斷強(qiáng)度下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；w——導(dǎo)流堵頭自重；f——混凝土與圍巖接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)；c——混凝土與圍巖接觸面的抗剪斷粘聚力；Λ——混凝土與圍巖接觸面面積；α——粘結(jié)接觸面有效面積系數(shù)；P——水頭推力。

表2 工程導(dǎo)流方案堵頭安全系數(shù)確定表

從表2結(jié)果可知，修正后的抗剪斷公式所求得的安全系數(shù)比抗剪斷公式的安全系數(shù)大，這是由于導(dǎo)流洞堵頭變形而產(chǎn)生一定的摩擦阻力所引起。

2.3.2 修正抗滑穩(wěn)定計算

任意橫斷面上水頭推力所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力計算公式：

則軸向變形為：

徑向變形為：

徑向位移為：

根據(jù)文克爾假設(shè)，圍巖徑向彈性抗力為：

將導(dǎo)流洞變形總阻滑力中所產(chǎn)生的變形摩擦阻力考慮進(jìn)去并對常規(guī)公式（1）進(jìn)行修正，便可得到修正后的抗滑穩(wěn)定計算公式：

式中，F(xiàn)為導(dǎo)流洞變形所產(chǎn)生的摩擦阻力，其余變量含義與之前相同，計算過程及結(jié)果詳見表3。

表3 修正抗滑穩(wěn)定計算過程與結(jié)果表

影響導(dǎo)流圍巖變形壓力安全系數(shù)的因數(shù)包括變形參數(shù)、圍巖彈性抗力、圍巖摩擦系數(shù)等，一般情況下，圍巖質(zhì)量越好，彈性抗力越大，則安全系數(shù)增幅也隨之增大，為此本工程可以通過增大圍巖質(zhì)量，提升安全系數(shù)。

3 結(jié)語

綜上所述，萍鄉(xiāng)市城市防洪應(yīng)急整治工程施工導(dǎo)流的設(shè)計充分利用該工程特點，將機(jī)組廠房全部設(shè)置在工程河床右側(cè)深槽，而將泄水閘全部設(shè)置在河床左側(cè)巖石漫灘，導(dǎo)流方案實施后，主壩與左岸圍堰堤頂可以均衡施工，可以大大縮短工期，減少工程量并節(jié)省投資，施工導(dǎo)流圍堰開挖難度亦隨之降低，結(jié)果表面，上述施工導(dǎo)流設(shè)計與施工方案完全可行。

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TU998.4;TV87

B

1673-8853（2017）09-0060-02

黎劭（1966－），男，工程師，主要從事水利水電工程項目監(jiān)理工作。

2017-7-15

編輯：劉長垠 韋詩佳