沿海擋潮閘下游消能防沖措施設計淺析

柳豹 江蘇省淮沭新河管理處

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

1.提出相關(guān)的問題

通過觀察江蘇省濱江臨海的擋潮閘可發(fā)現(xiàn)，由于建造的時期過于久遠，很多都已經(jīng)出現(xiàn)了破損的情況。經(jīng)過有關(guān)部門的組織，將原來的老閘進行下游的遷建，很多新閘址的下游基本上是海灘，幾乎沒有匯流的港道，下游潮位如果不停的跌落，消能防沖的設施就會直接暴露在外面，這對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，從而導致溯源被沖刷，甚至引起擋潮閘的主體發(fā)生更加嚴重的安全影響。近幾年南方地區(qū)的雨量變得越來越多，隨之水流量也變得越來越快，為了保障生活的安全性，加快低潮位的搶排工作，促進擋潮閘的有效運行是當務之急。

在沿海擋潮閘下游消能防沖措施設計中，將最低潮位時閘門敞開作為主要的設計標準，雖然可以引起工程的投資，但是在實際的操作過程中是非常不合理的。如果工程增加的經(jīng)費并不多，想要達到具備經(jīng)濟性的同時又實現(xiàn)實用的消能防沖措施，這是一個非常值得探討的問題。本文主要根據(jù)掘苴新閘的情況為例子，對沿海擋潮閘下游消能防沖措施的優(yōu)化設計進行相應的研討以及分析。

2.對相關(guān)因素進行分析

在擋潮閘的說法中，一直都有著十閘九沖過的現(xiàn)象，下游的沖刷就更難避免了。通過綜合的分析，全面了解下游消能防沖設施的破壞主要有以下幾個因素：（1）大部分的沿海潮位站點比較少，閘址處有關(guān)潮位的資料也不多，從而導致在理論計算的時候缺少最基本的數(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，如此一來，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在海灘上，出去全新建設的三百米左右的港堤之外，基本上沒有任何的匯流港道。等到水流出閘址之后，直接平鋪進海，對消能而言是非常不利的。（4）下游的船只經(jīng)過之后隨意的停靠，導致了排澇時期內(nèi)出閘的水流出現(xiàn)紊亂的現(xiàn)象。（5）隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，下墊面的條件發(fā)生了巨大的改變，從而導致降雨的匯流量加快了不少。除此之外在防止洪災以及排澇的過程中對于排水的要求也比較高，遇到下大雨的時候需要盡快開展排澇工作，從而降低內(nèi)河的水位。（6）降雨時空氣中的分布情況不太均衡，局部地區(qū)的強制降雨概率隨之上升，這種極端的天氣進行嚴格的設計以及施工是非常困難的。

3.對全新的擋潮閘下游消能防沖開展有效的措施

3.1 工程的基本概述

通過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)部門的開發(fā)規(guī)定，需要將原本的老閘進行下游的遷移，然后建設全新的掘苴閘。遷移后的掘苴閘位于原本老閘下游的2.5KM的地方，其中主要設計5個孔，分別是：兩個8m孔+12m一個孔+8m的兩個孔，中間的孔具備了兼顧通航的功能。將閘底板面的高度設計成-1.5m，其中最大排澇流量可達525m3/s.整個工程的周期長達7個月，等到竣工驗收完畢之后，工程的質(zhì)量被評定為優(yōu)良的效果。

3.2 消能防沖的設計

在新閘消能設計的期間，將其他沿海擋潮閘的建設經(jīng)驗以及教訓作為前提，從而優(yōu)化消力池的計算方式，以此改進了消能防沖的設施布置。在確認擋潮閘規(guī)模的時候，需要依照設計暴雨推求洪水的過程以及汛期連續(xù)的4D平均高潮位進行相結(jié)合，將結(jié)合內(nèi)的河水位置槽蓄量關(guān)系曲線圖進行調(diào)洪的計算，以此確定閘室內(nèi)的總體凈寬。整個消能的設計對于工程概況的選取是非常不利的，根據(jù)上述所說的洪水計算，對閘上高水位相對應的最大流量；內(nèi)河汛期過程中正常的高水位遇見外海測平均低潮位以及閘上比較高的水位遇見閘下較低潮位時期對應的最大流量進行分別的消能計算。

在實際中，力池的長度為25m厚度和寬度是1m和1.7m。另外，通過計算得出的結(jié)果，對于閘下設計的潮型中的最低潮位控制在-0.35m，而閘上的高水位是2.8m。這個時候閘門最大的開度為1.97m，因此，經(jīng)過的閘流量在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，在消能防沖的有效措施中，對于布置的改變基本上是通過以下這個思路出發(fā)的：將水平防沖變成垂直防沖，在設計工況下統(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?shù)乜s短港道護底防護的范圍，從而節(jié)省整個工程的投資。具體讓其表現(xiàn)于：在消力池的后面接上一個20m的鋼筋混凝土護底和一個長度為20m的防沖排樁連為整體，再接拋石防沖槽。當下游出現(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。港道兩側(cè)的港堤可以采取漿砌石進行坡道的保護，破底設計拋石作為護腳。

3.3 水損的處理方式

在2008年以及2009年期間，汛期曾經(jīng)遭受過特別大的洪澇，經(jīng)過超標的泄洪之后，防沖排樁到閘主體之間的結(jié)構(gòu)絲毫沒有受損，但是港道底部則出現(xiàn)了不同程度的沖刷情況，與此同時引發(fā)了局部港堤邊坡坍塌的現(xiàn)象。經(jīng)過相應的分析后發(fā)現(xiàn)，在工程建設的前期工作中，受到了投資方的約束，下游港道的底部出現(xiàn)護砌過短的情況，從而導致抗沖能力變差。由此可見，雖然港道的沖抗能力還沒有完全超過設計中計算的深度，也沒對閘主體構(gòu)成了一定的威脅，但是總體而言對港堤的安全引發(fā)了一系列的問題。通過相關(guān)部門的研究，利用預備的費用對防沖槽外的河床和港堤進行適當?shù)奶幚硎欠浅Ｓ幸娴囊豁椆ぷ鳌?/p>

通過綜合分析，由于閘下實際的最低潮位在-1.5m的狀態(tài)下，適當?shù)慕档拖掠胃鄣赖赘叱蹋瑥亩由畹统蔽粫r期港道內(nèi)的水深。與此同時，加長港道底部的防護范圍，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，將水流當成漫灘流，由于水流的速度減少了，所以也不會發(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)以往的工程建設經(jīng)驗而言，就算是出現(xiàn)沖刷的情況，不再排水期的期間，通過潮汛就能將其淤平，可以完全排除對工程造成危害的情況。

4.結(jié)束語

綜上所述，加強建設消能防沖設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)消能防沖的設施遭受到破壞。通過分析如東縣掘苴新閘的建設，在整個工程施工的期間都應該考慮排水的問題，將水平防沖變成垂直防沖的體系。同時通過適當?shù)慕档透鄣赖赘叱痰认嚓P(guān)措施，加強整個下游的消能防沖效果。對于整個工程的經(jīng)費增加的情況下，需要確保閘下消能防沖設施的安全性，并且延長低潮位期間的開閘排水時間，從而獲取預期時的有效效果。