西辛閘工程設(shè)計及防洪影響評價

吳偉峰，胡愛玲，王偉偉

（東平縣水利局，山東 東平 271500）

西辛莊泄水涵閘工程位于東平縣大清河北堤6+476處，連接城西排水河與大清河，涵閘進口連接段長5 m，底寬3.5 m，深1.5 m，上游渠道長 24.0 m，上游扭面之后接新建穿堤涵洞，共2孔，分5節(jié)，單節(jié)長8 m，斷面尺寸為2.5 m×2.5 m，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。穿堤涵洞后接防洪控制段，長8 m，其中閘室長3 m，洞身長5 m。工程實施后，東平街道、梯門鎮(zhèn)、大羊鎮(zhèn)3鄉(xiāng)鎮(zhèn)匯入稻屯洼的洪水，經(jīng)西辛泄水涵閘流入大清河。

泄水涵閘的建設(shè)可提高城區(qū)防洪標準，改善生態(tài)環(huán)境和城鎮(zhèn)居民的居住環(huán)境。同時，可減輕3鄉(xiāng)鎮(zhèn)1 333.33 hm2耕地的洪澇災(zāi)害，減少農(nóng)作物損失108萬元、副業(yè)損失21.6萬元、工業(yè)損失3 000萬元。且該區(qū)工業(yè)發(fā)達，是東平縣的重點發(fā)展區(qū)域，全縣大部分企業(yè)及工業(yè)園區(qū)都在該區(qū)域，是縣財政的重要來源之一，在全縣總工業(yè)產(chǎn)值中占有較大的比例。因此，東平縣委、縣政府決定興建西辛莊泄水涵閘工程。但由于該工程位于大清河北堤，對東平縣防洪有重要影響，因此，應(yīng)進行充分的工程穩(wěn)定分析與防洪影響評價。

1 穩(wěn)定性分析

1.1 堤防滲流穩(wěn)定分析

1.1.1 洞身部分大堤滲流穩(wěn)定分析

堤身土成分以黏土為主，填筑質(zhì)量較好，堤基土層自上而下分布為：填筑土、砂壤土、壤土、砂壤土、壤土、黏土、粗砂。滲流計算采用二維滲流有限元分析程序計算流場分布及出逸點比降。計算結(jié)果見表1。

由表1可知，出滲坡降Jmax＜J允，洞身部分滿足大堤滲流穩(wěn)定要求。

表1 工程所在位置處滲流穩(wěn)定計算成果表

1.1.2 大堤滲流穩(wěn)定分析

1）計算方法與計算斷面。滲流計算采用北京理正軟件設(shè)計研究所編制的 《滲流分析軟件程序》，應(yīng)用二維有限元滲流計算。根據(jù)壩段地形特點、壩基地質(zhì)情況及蓄水位變化情況等，選擇本斷面為典型計算斷面進行滲流分析計算。

2）計算工況。堤內(nèi)正常水位，堤外水位為地面以下1.5 m時形成的滲流情況。

3）滲流計算參數(shù)。根據(jù)本次地質(zhì)勘探，橫斷面上各透水區(qū)的滲透系數(shù)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)資料選取,計算滲流量時采用土層滲透系數(shù)的建議值，堤體及壩基各層土料滲透指標見表2。

表2 滲透系數(shù)一覽表

4）計算成果。正常運行期堤防下游堤腳滲透坡降為0.23，小于回填土的臨界比降0.52。

1.1.3 洞身接觸滲流穩(wěn)定分析

按《水閘》水平段滲流坡降值計算公式，經(jīng)計算，在大清河發(fā)生設(shè)計洪水并在大堤堤身內(nèi)形成穩(wěn)定滲流的工況下，計算滲流坡降為0.13，小于回填土的臨界比降0.52，故不會發(fā)生接觸滲透破壞，涵閘滲透穩(wěn)定滿足設(shè)計要求。

1.2 邊坡穩(wěn)定分析

大堤為2級建筑物，根據(jù) 《堤防設(shè)計規(guī)范》（GB50286—1998），相應(yīng)的壩坡抗滑穩(wěn)定最小允許安全系數(shù)，正常運用條件下為1.25，非常運用條件下為1.15。

計算方法采用瑞典圓弧法。計算程序為中國水利水電科學研究院編制的《土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序》（STAB2009）。

土的物理力學指標根據(jù) 《大清河北堤加高加固工程初設(shè)階段地質(zhì)勘察報告》選取。

各種工況下的壩坡計算抗滑安全系數(shù)見表3。其中：上游壩肩坐標為X=0.00 m、Y=0.00 m，X軸向上游為正，Y軸向下為正。

由表3計算結(jié)果可以看出，堤防典型斷面堤內(nèi)、外邊坡穩(wěn)定均能滿足規(guī)范要求。

1.3 地基承載力復核

涵閘坐落于原狀壤土地基上，地基最大承載力為110 kPa，修正后地基最大承載力為173 kPa。為保證工程的安全可靠性，選取填土高差較大的第二節(jié)涵閘進行計算。涵閘回填土力學指標：γ濕=19.5 kN/m3，內(nèi)摩角 φ=30°。

表3 堤防邊坡穩(wěn)定計算成果表

經(jīng)計算，涵閘基底壓應(yīng)力最大值159.3 kPa，小于地基承載力特征值173 kPa，因此洞身地基應(yīng)力滿足設(shè)計要求。

2 防洪影響分析

2.1 滿足現(xiàn)有防洪標準及有關(guān)技術(shù)要求

根據(jù)西辛莊防洪泄水涵閘工程設(shè)計，采用老湖水位44.79 m，大清河尚流澤站發(fā)生7 000 m3/s流量的洪水標準設(shè)計，西辛莊防洪泄水涵閘工程實施符合防洪標準要求，與有關(guān)技術(shù)要求相適應(yīng)。

2.2 對行洪安全和防汛搶險不會造成影響

工程施工選擇在2—5月，為大清河的枯水季節(jié)，河道內(nèi)水量較小。工程實施后，最大出逸坡度小于允許出逸坡度，因此基本不會產(chǎn)生管涌及流土現(xiàn)象，能夠滿足河道的行洪安全和防汛搶險的要求。

2.3 對河勢穩(wěn)定、防洪及其他水利工程設(shè)施的影響

根據(jù)河道演變分析及沖刷計算，大清河河勢相對穩(wěn)定，西辛莊防洪泄水涵閘工程只是在大清河右側(cè)灘地上開挖一條泄水河道，泄水閘及其下游的泄水河道建設(shè)對大清河沒有提出平面變動要求。因此，西辛莊防洪泄水涵閘工程的建設(shè)不會影響河道河勢的穩(wěn)定。

3 結(jié)語

通過以上的綜合指標分析，西辛莊泄水涵閘工程不論在施工期還是在運行期，其堤防滲流穩(wěn)定性、堤內(nèi)、外邊坡穩(wěn)定性以及閘室抗滑穩(wěn)定安全性，都能滿足大清河河堤防洪要求，不會對防洪工程的安全運行造成不良影響。