甌江河口靈昆島標準堤碼頭通道防洪影響分析

湯德意

(浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020)

1 工程概況

靈昆北段標準堤(一期)工程位于甌江口靈昆島北岸,堤線全長4.032 km。根據建設單位要求,本工程預留一處碼頭通道,為防洪擋潮需要,擬建設1座凈寬7 m(1孔)的旱閘。

防洪擋潮標準:標準堤擋潮標準為50 a一遇高潮位遭遇50 a一遇的風浪,按允許部分越浪設計。旱閘按50 a一遇擋潮標準設計。

標準堤堤身為C30鋼筋混凝土框架結構,防浪墻頂高程7.20 m(1985國家高程基準,下同),堤頂高程6.40 m,堤頂寬4.8m?？蚣軆葌仍O擋土板,擋土板后側回填黏土。黏土回填平臺高程為5.10 m,寬6.0 m。平臺以下設1∶3的邊坡至地面,邊坡采用草皮?？蚣芙Y構每23 m分縫,基礎采用φ 800 mm鋼筋混凝土灌注樁,橫向2排,樁長20 m,縱向間距4 m。

旱閘閘室為鋼筋混凝土U型整體結構,長10.8 m,閘孔凈寬7m(1孔),采用人字型鋼閘門。外海側、內河側閘底檻高程分別為5.30,5.40 m,底板厚度分別為100,110 cm;閘墩頂高程為7.20 m,厚75 cm。閘室基礎采用φ 800mm鋼筋混凝土灌注樁,橫向3排,樁長25 m,縱向間距3.5 m,共9根。

2 防洪影響分析計算

根據水文分析計算、旱閘安全性計算及工程建成后的運行要求,確定擬建旱閘特征水位和閘底高程,并對擬建旱閘處的碼頭通道防洪影響進行分析,包括旱閘底高程的確定、防洪評價計算和防洪綜合評價等。依據①《河道管理范圍內建設項目管理的有關規(guī)定》[1];②《河道管理范圍內建設項目防洪評價報告編制導則》(試行)[2];③《龍灣區(qū)靈昆北段標準堤(一期)工程初步設計報告》(浙江廣川工程咨詢有限公司,2007年8月)[3];④有關標準規(guī)范進行評價。根據計算分析和評價結果,提供防洪影響分析成果。

2.1 工程水文

以下為本工程初步設計成果。

2.1.1 設計高潮位

設計高潮位成果見表1。

表1 設計高潮位成果表

2.1.2 設計低潮位

設計低潮位成果見表2。

表2 設計低潮位成果表

2.1.3 設計波浪

靈昆北堤主要受NW—NNW、N—NNE和NE—ENE向的風浪控制,堤前設計波要素見表3。

表3 堤前波浪要素成果表

2.2 河勢的演變特征及流速變化分析

2.2.1 河勢概況

靈昆島在甌江河口將江道分成“南口”、“北口”2槽(見圖1)。其中北口為主槽,水深大,為主要航運通道,江面寬2 000～2 400 m;南口水淺,沙灘散亂,河槽逐漸淤積,江面寬1 800～2 000 m。甌江河流出龍灣進入北口以后,河槽呈微彎河勢,靈昆島北側呈凸岸。

靈昆島下游是甌江口外規(guī)模最大、發(fā)育最完善的攔門沙灘—溫州淺灘。1979年在南口上端拋筑潛壩后,南口逐漸淤積。根據靈昆南、北口歷年河道容積變化和漲落潮量分配比的變化,可以預計,隨著南口河床日趨萎縮,而北口河床日趨擴大。

圖1 工程區(qū)域河勢平面圖

2.2.2 水流平面流態(tài)

本工程海域大范圍的漲潮流自東向西傳播,由于眾多島嶼的分流作用,大致分為由東北向西、正東向西、東南向西3股主要漲潮流,進入甌江口門后,靈昆島把漲潮流分為2汊(北汊和南汊)。北汊的潮流為2股潮的疊加,一股是由黃大岙水道和重山水道合二為一進入中水道的潮流,同時重山水道還接納了一部分來自南邊寬闊海域穿越溫州淺灘在霓嶼島西側北上的潮流。另一股經大門水道和沙頭水道合并后在崎頭處直接進入北汊。進入南汊的潮流是由寬闊海域從東南向進入南水道后直接進入甌江。北汊和南汊的潮流又在龍灣河段匯合后上溯。落潮流主要分南北2支,南支流向進入寬闊海域;北支落潮流大都經中水道、黃大岙水道和重山水道流出,一部分經重山水道的落潮流又越過淺灘經霓嶼島西側與南水道的落潮匯合。甌江口區(qū)域漲、落潮流矢圖見圖2、3。

圖2 歐江口區(qū)域漲急流矢圖

圖3 歐江口區(qū)域落急流矢圖

2.2.3 漲落潮流速

靈昆北堤沿線甌江北口七里港區(qū)至中水道上游由西至東漲潮平均流速在0.85～1.17 m/s,最大漲潮流速在1.25～1.75 m/s。落潮平均流速在0.66～0.98 m/s,最大落潮流速在0.86～1.29 m/s。外側口門處漲落潮流速較大,靈昆島上游漲落潮流速較小。

2.2.4 岸灘變化

由于漲落潮流的分汊以及流線、流速的不同,造成靈昆島沿岸邊坡岸灘的形態(tài)和發(fā)展趨勢的差異。就靈昆島南北口而言,總的趨勢是南口淤北口沖;就靈昆島北岸而言,由于北岸西端是上游洪水落潮流的頂沖部位,邊灘沖刷明顯,堤防容易失穩(wěn);而北岸東端也是漲潮流的沖刷部位,邊灘有一定的沖刷;北岸中段相比北岸東端沖刷程度略輕,但隨著南口潛堤的加高,南口淺灘的進一步淤積縮窄,也同樣將增加北岸中段的沖刷程度。

2.3 擬建旱閘閘頂、閘底高程的分析與確定

2.3.1 閘頂高程

閘頂高程取7.20 m,與標準堤防浪墻頂高程一致。

2.3.2 閘底高程

根據 《海港總平面設計規(guī)范》[4],開敞式碼頭面高程可按下式計算:

式中:E為碼頭面高程(m);HWL為設計高水位(m);經計算,取3.14 m;η0為設計高水位時重現(xiàn)期為50 a一遇的H1%波高靜水面以上的波峰面高度(m),經計算,取0.85 m;h為碼頭上部結構的高度(m),取1.0 m;Δ為波峰面以上至上部結構底面的富裕高程(m),取0.5 m。則 E=3.14+0.85+1.0+0.5=5.49 m,取5.50m。

根據旱閘工程的防洪擋潮需要,并考慮與兩側標準堤以及旱閘內外交通道路的銜接,取閘底高程為5.30 m,略高于50 a一遇的設計高潮位(5.22 m)。

2.4 旱閘安全性分析計算

2.4.1 閘室穩(wěn)定計算

根據旱閘的閘室結構布置,按照《水閘設計規(guī)范》[5]規(guī)定的荷載組合,分別對完建期工況、外海高潮位工況 (H外為50 a一遇設計高潮位,H內為正常水位)、運行期工況3種工況計算閘室的偏心距、基底應力、基底應力的不均勻系數及沿閘室底面的抗滑穩(wěn)定系數。

由于結構對稱布置,根據《水閘設計規(guī)范》基底應力的最大值和最小值按計算;閘室基底面抗滑穩(wěn)定安全系數按計算,f為閘室基底與地基之間的摩擦系數,位于黏土地基的閘取0.20。水閘穩(wěn)定計算結果見表4。

表4 旱閘穩(wěn)定計算結果表

從表4可以看出閘室的整體穩(wěn)定和基底應力的不均勻系數均滿足規(guī)范要求。

2.4.2 防滲設計

旱閘閘基為淤泥質黏土,設計采用平展式地下輪廓。閘基防滲長度,采用滲徑系數法。根據 《水閘設計規(guī)范》附錄—C值表,淤泥質黏土的滲徑系數C=7,最小防滲長度為:L=CΔ H。

計算得旱閘的最小防滲長度為5.04 m,實際滲徑長度為11.4 m,滿足防滲設計要求。

2.4.3 地基處理

旱閘閘室地基為淤泥質黏土,地基承載力低,采用φ 800mm鋼筋混凝土灌注樁,進行封閉閘室下部地基,起到延長滲徑,加固地基的作用。由 《建筑樁基技術規(guī)范》[6],根據土的物理指標與承載力之間的關系,按下式確定大直徑樁(d≥800 mm)單樁豎向極限承載力標準值:

經計算,旱閘鋼筋混凝土灌注樁基礎采用橫向3排,樁長25 m,縱向間距3.5 m,共9根。

2.4.4 閘門與啟閉設備

采用人字型鋼閘門。

3 防洪影響綜合評價

3.1 符合防洪設計標準

旱閘開口底高程為5.30 m,略高于50 a一遇設計高潮位5.22 m;閘頂高程按50 a一遇設計標準確定為7.20 m,因此,旱閘防洪設計標準符合工程及相關規(guī)范要求。

3.2 對河勢穩(wěn)定和河道行洪的影響

標準堤在老堤的基礎上加高加固,軸線基本沿老堤外側6 m布置,在規(guī)劃治導線以內。擬建旱閘與防洪堤同步實施,且旱閘結構外邊線與防洪堤齊平,未挑向河道。因此,就旱閘本身而言,不會對其所處河段河勢產生不利影響。

河道行洪時,旱閘閘門關閉,與標準堤形成閉合。因此,旱閘本身阻水作用甚微,不會對河道水位、流場產生影響,不會對河道行洪帶來不利影響。

3.3 對防洪堤的影響

旱閘為防洪堤的交叉建筑物,除了需要滿足50 a一遇的設計標準外,還不能影響防洪堤的結構安全、防滲安全。

旱閘作為碼頭通道,為了不影響其兩側的防洪堤安全,閘室采用獨立的鋼筋混凝土U型整體結構。閘室地基為淤泥質土,地基承載力低,不能滿足要求。因此,閘室基礎設計在充分考慮閘室自身及運行期的車輛荷載后,采用鋼筋混凝土灌注樁處理。根據計算成果,閘室穩(wěn)定及基礎承載力均滿足規(guī)范要求。運行期,應加強旱閘沉降及變形觀測,若出現(xiàn)不利情況,則需要采用棧橋或其它措施防止開口處車輛荷載對防洪堤的影響。

滲透穩(wěn)定是確保防洪堤安全的前提條件,在旱閘設計時,為增長滲徑,閘室底板以下采用半封閉邊墻,并在閘室下部回填黏土,滲流計算成果表明,防滲設計滿足規(guī)范要求。同時,在旱閘兩側邊墩與防洪堤擋土板銜接處設置了橡膠止水,避免了潮水從分縫處滲入。

通過對旱閘結構、地基處理及防滲設計,確保了旱閘不會對防洪堤產生不利影響,并具備了防洪堤同樣的防洪擋潮標準。

3.4 旱閘管理的防汛風險分析

旱閘建設期和運行期,必須服從管理單位、水行政主管部門以及防汛指揮機構的統(tǒng)一調度和監(jiān)督管理。汛期前應編制完善的標準堤和旱閘度汛預案,報水行政主管部門及防汛部門審批,并落實專人和防汛搶險物資。

旱閘外側碼頭建設前,應確保閘門關閉;碼頭在建或建成運行期間,如遇臺風、洪潮,應提前撤離人員和設備,并及時關閉閘門,確保防汛安全。

4 結 語

(1)根據旱閘抗滑穩(wěn)定計算和滲流分析,計算結果滿足抗滑穩(wěn)定及滲透穩(wěn)定要求。做好旱閘與兩側防洪堤的止水及基礎處理,旱閘建設不會對防洪帶來明顯的不利影響。

(2)防洪堤開口處是防洪堤岸線的薄弱環(huán)節(jié),必須給予充分的重視。旱閘宜與其兩側標準堤同步實施,應嚴格按照設計圖紙和有關規(guī)范要求施工,確保工程質量。

(3)運行期應注重對旱閘的日常檢查和保養(yǎng),確保旱閘安全運行。

[1]中華人民共和國水利部,國家計委.水政 [1992]7號河道管理范圍內建設項目管理的有關規(guī)定 [S].北京:中華人民共和國水利部,國家計委,1992.

[2]中華人民共和國水利部.辦建管 [2004]109號河道管理范圍內建設項目防洪評價報告編制導則 (試行)[S].北京:中華人民共和國水利部辦公廳,2004.

[3]陳秀良,湯德意,翁湛,等.龍灣區(qū)靈昆北段標準堤(一期)工程初步設計報告 [R].杭州:浙江廣川工程咨詢有限公司,2007.

[4]孫毓華,楊希宏,高壽梅,等.JTJ 211—99海港總平面設計規(guī)范 [S].北京:人民交通出版社,1999.

[5]陳登毅,張平易,許宗喜,等.SL 265—2001水閘設計規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2001.

[6]黃強,劉金礪,高文生,等.JGJ 94—2008建筑樁基技術規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.