安寧河德昌城區閘壩工程行洪寬度論證

譚 科

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司,湖北 武漢 430000）

概述

河道行洪能力的研究對城市防洪安全至關重要,近年來不少學者采用水工模型試驗、數值計算等方面進行了河道行洪能力的相關研究。趙新益等[1]通過模型試驗研究了成都市錦江華陽段躉船工程對河道行洪的影響；王濤等[2]采用物理模型試驗、數值模擬和經驗公式研究了河道糙率和橋墩壅水對寬淺河道行洪能力的影響；李果等[3]采用二維數學模型模擬論證了跨府河伏龍橋工程對河道行洪能力的影響；李銘華等[4]分析了南京市長江岸線整改項目的防洪影響;頓江[5]對古學水電站2# 渣場交通橋修建的行洪影響進行了論證分析,對防洪影響進行綜合評價,并提出了應對超標洪水采取的技術措施。

安寧河德昌城區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散段內。本工程閘址處河床對稱“U”型河谷,兩岸Ⅰ級階地連續分布,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,見圖1。

圖1 工程河段地形圖

1 閘壩行洪寬度方案擬定

根據閘址處原地形地貌特點和原河道堤防情況,該河道處于擴散段,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結合,左邊墩與擬建阿榮段堤結合,故閘壩的行洪寬度與左岸堤線布置有關；根據設計資料,閘壩布置處堤距為151.0 m。結合閘壩工程建設及左岸堤線布置,擬定閘壩泄洪寬度為148.0 m 和160.0 m 兩種方案,以保證左岸堤線較順直,河道擴散均勻,水流順暢。本文通過水工模型試驗和理論計算進一步對比分析兩種行洪寬度的可行性。

2 水工模型試驗成果

德昌城區閘壩工程河段水工模型試驗模擬了閘壩總寬度148.0 m 和160.0 m 兩個方案,對應閘壩處堤距分別151.0 m 和163.0 m,對兩方案建閘后特征洪水標準下河道水面線和堤腳沖刷深度等進行了模擬。由于堤距151.0 m 和163.0 m 的閘寬方案僅是閘壩軸線處的寬度不同,德州二橋至閘軸線段左岸逐步擴散略有差異,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有明顯差異。本工程閘壩設計洪水標準采用30 年一遇,校核洪水采用100 年一遇；庫內堤防設計洪水標準提高至30年一遇,閘壩下游堤防洪水標準維持原設計標準,采用20 年一遇。囿于篇幅,此處列出堤距151 方案的計算水面線,見表1。

表1 閘壩處堤距151 m 閘寬方案左右岸沿程水面線

3 堤腳沖刷深度計算成果

根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）,兩種堤距方案下設計和校核洪水堤腳沖刷深度計算成果,見表2。

表2 兩種堤距方案下堤腳沖刷深度計算成果

4 方案對比分析

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,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14.5 m,閘室每2 孔設沉降變形縫。閘前設15.0 m 長砼水平鋪蓋,閘后消力池總長33.0 m,其中池長25.0 m,連接段長8.0 m,池寬157.0 m；消力池后接40.0 m長的海漫,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合防滲,帷幕線向兩壩肩各延伸50.0 m,帷幕軸線總長度260.0 m,帷幕堤線高程1 304.00 m。因閘壩基礎置于稍密砂卵石層上,砂卵石下為砂層,為提高基礎承載能力和整體性,對閘基中部砂層進行固結灌漿處理,灌漿底線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,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14.5 m,閘室每2 孔設沉降變形縫。閘前設15.0 m 長砼水平鋪蓋,閘后消力池總長33.0 m,其中池長25.0 m,連接段長8.0 m,池寬142.0 m；消力池后接40.0 m 長的海漫,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合防滲,帷幕線向兩壩肩各延伸50.0 m,帷幕軸線總長度248.0 m,帷幕堤線高程1 304.00 m。因閘壩基礎置于稍密砂卵石層上,砂卵石下為砂層,為提高基礎承載能力和整體性,對閘基進行固結灌漿處理,灌漿底線深入砂層下砂卵石層1.0 m。

4.2 工程投資

根據工程布置及建筑設計,兩方案工程特性及投資見表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 萬元,故從工程投資方面,148 m閘寬方案優于160 m閘寬方案。

表3 閘壩泄洪寬度比較表

4.3 對河道兩岸堤腳沖深影響

根據水工模型試驗成果,由于160.0 m 閘寬和148.0 m 閘寬方案僅是閘壩軸線處寬度不同,德州二橋至閘軸線段左岸逐步擴散略有差異,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有明顯差異,故兩方案對堤腳沖刷深度影響幾乎相當。

4.4 庫內堤頂高程影響

建閘后,庫內兩岸堤防30 年一遇設計洪水位將會抬高,根據水工模型試驗沿程水面線成果表明,經河道疏浚后,30 年一遇洪水時,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,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；而庫內從德州二橋至閘壩處堤頂高程為1 334.95 m～1 332.79 m,建閘后庫內堤頂高程均高于兩方案校核洪水位,而庫內局部堤頂高程不滿足設計超高要求段可采取結合堤頂欄桿建設、增設防浪墻措施后,可消除修建閘壩對庫內已建防洪堤的防洪影響,工程處理措施費用少。

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散,但左岸閘壩附近現已根據規劃修建了大型工廠和附屬建筑物,外緣距階地前沿只有40 m 左右,如采用160 m閘寬方案,左岸堤線需向外擴散12 m,修建閘壩或左岸堤防時施工期將加大對建筑物的干擾和影響,施工處理措施費用高；而148 m 閘寬方案比160 m 閘寬方案少向岸邊擴散12 m,修建閘壩不會拆除任何建筑,施工期也不會危及工廠建筑,故從對岸邊建筑影響方面,148 m 閘寬方案明顯優于160 m 閘寬方案。

5 結論

從工程布置、工程投資、對河道兩岸堤腳沖深影響、庫內堤頂高程影響、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,對左岸已成建筑物影響小,148 m 閘寬方案各頻率洪水位相對160 m 閘寬方案抬高不大,不會148 m 閘寬方案泄洪總寬變小影響庫內堤頂高程,堤腳沖深與160m 閘寬方案相當。故推薦148 m 閘寬方案,即10孔12.0×4.2 m 平板鋼閘門,閘軸線長148.0 m。