干河子壩船閘工程施工導(dǎo)流方案研究

曹洪凱，朱映光，董芮民

（1.沈陽(yáng)市渾北灌區(qū)管理處，遼寧 沈陽(yáng) 110035；2.沈陽(yáng)市水利局，遼寧 沈陽(yáng) 110032)

1 工程規(guī)模

干河子攔河壩位于沈陽(yáng)市東陵大橋以上約3 km處渾河左叉上，為實(shí)用堰型溢流式混凝土殼壩，壩殼厚0.50 m，內(nèi)部充填砂礫料。船閘址位于溢流壩岸南側(cè)翼墻與汪家鄉(xiāng)干河子村之間約58.0 m寬、220.0 m長(zhǎng)的狹長(zhǎng)地帶。船閘主體結(jié)構(gòu)主要包括上游引航道、上閘首、閘室、下閘首和下游引航道五部分。沈陽(yáng)市渾北灌區(qū)管理處作為建設(shè)單位，工程于2009年2月開(kāi)工建設(shè)，當(dāng)年7月竣工，試水通航。

干河子壩船閘工程按洪水重現(xiàn)期50年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、100年一遇標(biāo)準(zhǔn)校核。上、下閘首各設(shè)2扇、共計(jì)60 t的人字平板鋼閘門，配套10 t，20 t液壓?jiǎn)㈤]機(jī)各2套，設(shè)置船閘自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)通航噸位為147 kW力船只。

工程須征用土地1.569 6 hm2，作為船閘工程的永久占地；移植各種樹(shù)木10 812棵；動(dòng)遷地下輸水管道435延長(zhǎng)米。

2 施工期設(shè)計(jì)洪水

按照6月15日前完成船閘主體工程建設(shè)的要求，施工期洪水按汛前6月15日考慮。船閘汛前洪水主要是大伙房水庫(kù)放流加大伙房至船閘的區(qū)間徑流水形成，并且船閘到沈陽(yáng)水文站之間沒(méi)有較大支流匯入，這一區(qū)間面積很小，所以施工期設(shè)計(jì)洪水成果仍由沈陽(yáng)水文站實(shí)測(cè)流量資料推求。采用沈陽(yáng)站資料的年限從1958—2006年，共計(jì)49年。施工期洪峰按期內(nèi)實(shí)測(cè)流量最大值法選樣，采用矩法計(jì)算沈陽(yáng)站施工期洪水特征值，見(jiàn)表1。

3 導(dǎo)流方案的選擇比較

船閘工程主要建筑物等級(jí)為3級(jí)，圍堰及導(dǎo)流建筑物等級(jí)為5級(jí)，相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水頻率為10年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。施工期為3月1日至6月15日，最大洪峰流量為337 m3/s。

表1 干河子船閘汛前施工期設(shè)計(jì)洪水成果表 m3/s

3.1 導(dǎo)流條件

與干河子攔河壩位于同一主河道、同一斷面上的樞紐工程有渾北攔河壩，以及渾北攔河壩北側(cè)的沖砂閘、進(jìn)水閘。渾北攔河壩長(zhǎng)290 m，沖砂閘、進(jìn)水閘位于渾河右岸。沖砂閘閘孔尺寸為6孔×寬3 m×高2 m，按照50年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，100年一遇標(biāo)準(zhǔn)校核，設(shè)計(jì)與校核流量為232，518 m3/s；進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量為48 m3/s，閘孔尺寸為6孔×寬2 m×高2 m。

3.2 方案一：兩壩兩閘導(dǎo)流方式

根據(jù)施工需要，結(jié)合現(xiàn)有工程條件，利用渾北壩沖砂閘和渾北灌區(qū)進(jìn)水閘，進(jìn)行導(dǎo)流。當(dāng)水位超過(guò)渾北壩頂高程52.60 m時(shí)，渾北壩、干河子壩局部壩段壩頂溢流，同沖砂閘、進(jìn)水閘共同承擔(dān)導(dǎo)流任務(wù)。干河子壩設(shè)計(jì)導(dǎo)流壩段長(zhǎng)270 m，在干河子壩左側(cè)90 m壩段上、下游布置圍堰擋水。泄流能力驗(yàn)算如下∶

1）沖砂閘、進(jìn)水閘按閘孔出流計(jì)算其泄流能力：

式中：Q—過(guò)閘流量，m3/s；σs—淹沒(méi)系數(shù)，取 0.86；μ—自由出流的流量系數(shù)，取0.56；e—閘門開(kāi)啟高度；n—孔數(shù)，取6；b—每孔凈寬，分別取3，2 m；ε—垂直收縮系數(shù)，ε＝0.965；H0—計(jì)入行進(jìn)流速的閘前水頭。

2）渾北壩溢流壩段長(zhǎng)290 m，按堰流公式計(jì)算泄流能力：

式中：Q—過(guò)壩流量，m3/s；ε—淹流側(cè)收縮系數(shù)，ε＝1.0；B—泄流壩寬，290 m；m—流量系數(shù)，m＝0.4；h0—計(jì)入行進(jìn)流速的堰頂水頭。

3）干河子壩導(dǎo)流壩段長(zhǎng)度270 m。按堰流公式計(jì)算泄流能力：

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)壩上水位達(dá)到52.90 m時(shí)，4座閘壩聯(lián)合泄流的總泄量為Q＝344 m3/s＞337 m3/s，滿足導(dǎo)流要求。

3.3 方案二：一壩兩閘導(dǎo)流方式

利用渾北壩沖砂閘和渾北灌區(qū)進(jìn)水閘進(jìn)行導(dǎo)流，當(dāng)水位超過(guò)渾北壩頂高程52.60 m時(shí)，渾北壩溢流，同沖砂閘、進(jìn)水閘共同承擔(dān)導(dǎo)流任務(wù)。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)壩上水位達(dá)到53.20m時(shí)，3座閘壩聯(lián)合泄流的總泄量為Q＝445 m3/s＞337 m3/s，滿足導(dǎo)流要求。

3.4 圍堰工程設(shè)計(jì)比較

1）依據(jù)施工期設(shè)計(jì)洪水成果，上游最大來(lái)水量Q＝337 m3/s，按2種導(dǎo)流方式計(jì)算，得壩前水位分別為52.90，53.20 m?？紤]安全超高及波浪爬高，確定上游圍堰頂高程為53.90，54.20 m。

2）本工程施工期內(nèi)下游王家灣橡膠壩蓄水，新改造的王家灣壩頂高程45.50 m，考慮壩頂溢流、安全超高及波浪爬高，下游圍堰頂高程確定為46.50 m。

3）根據(jù)本工程特點(diǎn)，按投資經(jīng)濟(jì)、取材方便的原則，圍堰型式采用斜坡鋪設(shè)土工膜防滲的砂礫石圍堰，土工膜采用兩布一膜。考慮施工交通等需要，上游圍堰頂寬7 m，內(nèi)外邊坡1∶2.0，2種方案總長(zhǎng)度分別為284，382 m；下游圍堰頂寬5 m，邊坡1∶2.0，2種方案總長(zhǎng)度分別為275，365 m。上、下游圍堰土方工程量分別為32 454，51 773 m3。

4 結(jié)論和措施

1）干河子攔河壩原施工質(zhì)量一般，在2種方案均滿足施工導(dǎo)流的條件下，一壩兩閘的方案有利于保護(hù)干河子攔河壩的安全運(yùn)行。但是，受資金限制，方案一中圍堰土方填筑量32 454 m3比方案二減少19 319 m3，土工膜鋪設(shè)相應(yīng)減少2 515 m2。按技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理的原則，選用兩壩兩閘導(dǎo)流方式。

2）由于干河子壩3/4壩段過(guò)流，再加上13 m深度的基坑開(kāi)挖和施工井點(diǎn)排水，易引起地基回彈、船閘軸線兩側(cè)100 m范圍內(nèi)的地基沉降，以及船閘建造過(guò)程中又會(huì)引起再壓縮沉降，最終導(dǎo)致干河子壩沉降破壞。因此，為確保干河子壩安全，施工期間，在其左岸90 m壩段圍堰范圍內(nèi)布設(shè)40個(gè)觀測(cè)點(diǎn)、7個(gè)觀測(cè)斷面，實(shí)施船閘工程二等水準(zhǔn)沉降觀測(cè)，評(píng)估對(duì)壩體和民房的沉降影響，為判斷是否需要對(duì)原建筑進(jìn)行修繕、搶險(xiǎn)提供依據(jù)。目前，船閘工程經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行，運(yùn)行效果良好。