對蓄滯洪區(qū)設計及蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘設計的建議

周 宏，黃 騰，胡金杰

(泰州市河海水利勘測設計有限公司，江蘇泰州 214500)

1 引言

重點蓄滯洪區(qū)、一般蓄滯洪區(qū)可新建安全區(qū);蓄滯洪保留區(qū)不宜建設安全區(qū)。當安全區(qū)新建穿堤排水涵閘時，涵閘設計流量應與原設計排水流量相適應。GB50773-2012《蓄滯洪區(qū)設計規(guī)范》［1］只是把蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘當成了一般的排水涵閘，而未考慮到蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘具有日常運行時排水、閘室內交通，分洪前關閉外側閘門并填土封堵和突發(fā)性洪水發(fā)生時關閉內側閘門并填土封堵的三重需要。

GB50181-93《蓄滯洪區(qū)建筑工程技術規(guī)范》［2］關于蓄滯洪區(qū)建筑結構設計中，對荷載有明確規(guī)定，GB50773-2012《蓄滯洪區(qū)設計規(guī)范》對蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘結構設計中的荷載卻并無明確要求，而SL265-2001《水閘設計規(guī)范》［3］也未考慮到蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘的實際需求，設計人員對荷載的考慮一般按SL265-2001《水閘設計規(guī)范》來進行計算，未考慮蓄滯洪前填土封堵的特殊性和安全區(qū)所屬干堤潰口后對蓄滯洪區(qū)影響事件的突發(fā)性及由此引起的荷載的變化等問題，對主要功能為閘室內交通、通行的涵閘，對其荷載差引起的沉降差，SL265-2001《水閘設計規(guī)范》也未做明確要求。這給分蓄洪后庇護于安全區(qū)的人民帶來一定的隱患。

至2010年止，我國現(xiàn)有國家級蓄滯洪區(qū)98個［4］，主要集中在長江、黃河、淮河和海河中下游兩岸低洼平原和湖區(qū)，其中荊江分蓄洪區(qū)因其保護對象是荊江大堤、江漢平原及武漢市，并可減輕洞庭湖區(qū)的防洪負擔，在我國分蓄洪區(qū)建設管理中具有十分重要的地位。荊江分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘在50多年的日常運行，特別是1998年預分洪時安全區(qū)涵閘的封堵中，曾出現(xiàn)部分涉及安全的問題，國內學者關于水利工程安全事故的防范分析較多［5-6］，關于分蓄洪區(qū)的研究也不鮮見［7-8］，但關于分蓄洪區(qū)安全區(qū)尤其是關于分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘的研究一直是防洪減災領域里的一個空白和盲區(qū)。安全區(qū)是分蓄洪區(qū)人民的最后一道屏障，而安全區(qū)涵閘則是這道屏障中最薄弱的一個環(huán)節(jié)，分洪后安全區(qū)外無法取土，安全區(qū)內無土可取，如何確保分蓄洪后庇護于安全區(qū)的人民的安全，是一個非常重要的課題。

隨著人口的增長和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)達，重點蓄滯洪區(qū)、一般蓄滯洪區(qū)新建安全區(qū)及安全區(qū)排水涵閘將越來越多，為提高分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘的安全度與可靠性，確保分蓄洪后庇護于安全區(qū)的人民的安全，現(xiàn)結合荊江分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘運行中的一些問題加以論述。

2 荊江分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘現(xiàn)狀

荊江分蓄洪區(qū)設計蓄洪水位42.00m(吳淞高程，下同)，1954年分洪前，作為分蓄洪區(qū)的配套工程，荊江分蓄洪區(qū)當時共有20個安全區(qū)，建有安全區(qū)涵閘5座，閘門一般為鋼筋混凝土閘門或木制閘門。1998年預分洪時，荊江分蓄洪區(qū)共有19個安全區(qū)，22座安全區(qū)涵閘，截止2014年5月，荊江分蓄洪區(qū)19個安全區(qū)共有23座涵閘，其中臨分洪區(qū)側的17座;建在分洪區(qū)外側，臨長江干、支流，直接抵擋外江洪水的6座;按使用功能分有排水閘22座，交通閘1座。另楊廠鎮(zhèn)擴大安全區(qū)及所屬安全區(qū)涵閘正在規(guī)劃報建中。

2.1 荊江分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘日常運行中存在的問題

從現(xiàn)實情況看，設計人員一般只是把蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘當成了單向的排水涵閘，在考慮排水涵閘的交通功能時，并未考慮有的蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘還需同時具有閘室內的交通功能(如荊江分蓄洪區(qū)斗湖堤安全區(qū)交通閘)，在設計中未做荷載差引起的沉降差計算及確定增強基礎剛度和整體剛度的基礎處理方法。《蓄滯洪區(qū)設計規(guī)范》［1］中關于蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘地基計算的荷載組合參照《水閘設計規(guī)范》［3］，而《水閘設計規(guī)范》［3］中地基計算的荷載組合仍采用結構設計的荷載組合，水閘土質地基沉降可只計算最終沉降量。

在實際運行中，分蓄洪區(qū)安全區(qū)圍堤是居住在安全區(qū)內、外居民進出安全區(qū)的主要通道，安全區(qū)涵閘閘頂?shù)堂娉＜孀鹘煌访嫱ㄐ?，車流量較大的涵閘，其不均勻沉降已影響到涵閘的安全。如斗湖堤老閘閘頂?shù)堂婕孀?07國道連接段時，底板斷裂為三截，斗湖堤交通閘則因閘頂和閘室底板直接作交通路面，并是進出城區(qū)的主要干道，竣工不到10年，即因不均勻沉降出現(xiàn)裂縫。正常運行條件下，斗湖堤交通閘閘頂及閘底板直接作主要交通干道，堤、閘兩種不同的結構和不同的靜、動荷載，使兩者之間產生荷載差，由此產生的不均勻沉降導致裂縫的形成乃至擴大。

2.2 荊江分蓄洪區(qū)預分洪時安全區(qū)涵閘封堵中存在的問題

分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘是分蓄洪區(qū)分蓄洪后安全區(qū)最薄弱的一個環(huán)節(jié)，為確保安全，分蓄洪前安全區(qū)涵閘一般要求做緊急封堵。荊江分蓄洪區(qū)歷史上進行過2次分洪前的安全區(qū)涵閘封堵?！缎顪閰^(qū)設計規(guī)范》［1］關于安全區(qū)涵閘封堵的標準或方式并無明確規(guī)定，《水閘設計規(guī)范》［3］對安全區(qū)涵閘封堵中產生的荷載也未做考慮。1954年分洪前，荊江分蓄洪區(qū)20個安全區(qū)共建有0.6m×0.6m箱涵3座，直徑0.8m的管涵2座，分洪前封堵的安全區(qū)涵閘數(shù)量少、孔徑小，不具代表性。荊江分蓄洪區(qū)設計蓄洪水位42.00m，1998年荊江分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘封堵的標準要求為:閘門關閉后，對四周止水橡皮輔以棉絮堵塞，再填土料及袋土封堵，填至高程42.50m，上部平臺超出閘門兩側范圍應不小于2m，上部平臺寬不小于5m，坡度1∶2，(見圖1)。

圖1 荊江分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘預分洪時封堵標準示意圖

吳達河安全區(qū)圍堤堤項高程44.30m，地面高程37.00m，安全區(qū)涵閘底板高程34.25m，孔徑1.7m×1.0m，鋼筋混凝土結構，鋼平面閘門。吳達河安全區(qū)涵閘在1992年的公安縣荊江分洪區(qū)安全區(qū)圍堤及涵閘普測普查中就存在螺桿欠長，閘門關不到位，底止水距底板2cm;角止水、兩邊側止水橡皮漏水;閘首段頂板上的漿砌塊石擋土墻斷裂，裂縫4條，最大縫寬8mm等問題。預分洪時安全區(qū)涵閘封堵工作實施過程中，閘首段頂板上的漿砌塊石擋土墻裂縫逐漸擴大，最后擴展為20mm。由于底板淤積，洞身內積水較深，無法入內查勘，底板和閘身頂部情況皆不明朗。從1998年荊江分蓄洪區(qū)預分洪時吳達河安全區(qū)涵閘的封堵來看，預分洪時安全區(qū)涵閘的封堵中及封堵后出現(xiàn)的一些問題，在今后分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘的設計中應予以考慮。

從《水閘設計規(guī)范》［3］看，在正常蓄水位情況和設計洪水位情況下，分別按正常蓄水位組合和按設計洪水位組合計算水重，靜水壓力，揚壓力及浪壓力;在校核洪水位情況下，按校核洪水位組合計算水重，靜水壓力，揚壓力及浪壓力?？梢姟端l設計規(guī)范》［3］中基本荷載組合和特殊荷載組合均未考慮安全區(qū)涵閘封堵時閘前填土的荷載。

根據(jù)1998年荊江分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘預分洪時的封堵標準，預分洪時安全區(qū)涵閘封堵時填筑的平臺平均高度約7.5m，閘前填土荷載遠大于按正常蓄水位組合計算的水重。如果規(guī)范中列入封堵時閘前填土的荷載，并按其他出現(xiàn)機會較少的荷載［3］考慮，則是安全的;而實際設計中，設計人員因不了解分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘外側閘門分洪前開啟排水和分洪時關閉并于閘門前填土封堵的雙重需要，《水閘設計規(guī)范》［3］對此也無明確規(guī)定，故往往將分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘當作一般的單向排水閘來設計，很少會考慮到分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘分洪時還需要填土封堵這一實際情況。

從吳達河安全區(qū)涵閘預分洪前的封堵中，出現(xiàn)閘首段頂板上的漿砌塊石擋土墻裂縫擴大的問題看，分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘設計中有必要就安全區(qū)涵閘的多重需求，明確需考慮預分洪時涵閘封堵后閘門前填土的土重。

在實際的封堵過程中，當涵閘外側附近無預備土可用或預備土用完時，常將轉運來的土料裝入編織袋后拋投到閘門前，再在閘門前人工堆壘，拋投時7.5m高差下產生的沖擊荷載極大，在設計中還考慮封堵過程中拋投土袋產生的沖擊荷載，這不僅有利于分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘的安全與穩(wěn)定，也有利于當?shù)氐姆姥粗笓]機構在保證閘室安全穩(wěn)定的前提下，確定分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘閘前填土封堵的標準或方式。

3 設計時對突發(fā)性洪水考慮中存在的問題

突發(fā)性洪水是指由于防洪工程失事而造成的洪水。突發(fā)性洪水的洪峰流量、洪水流程、沿程流量、水位具有相當?shù)碾S機性。

為盡量控制災害范圍，最大限度地減少災害損失，對臨分洪區(qū)側的安全區(qū)涵閘所屬的安全區(qū)，應考慮各安全區(qū)所屬干堤潰口后，洪水沖進、淹沒安全區(qū)時，安全區(qū)涵閘腹背受水的可能性。

為將險情與損失控制在局部范圍，出現(xiàn)突發(fā)性洪水后的第一決策是堵口、人員的轉移和安全區(qū)涵閘的關閉與封堵，以免分蓄洪區(qū)未分洪而遭滅頂之災。

從荊江分蓄洪區(qū)所屬安全區(qū)涵閘的現(xiàn)狀來看，設計人員并未考慮安全區(qū)所屬干堤潰口失事后，安全區(qū)涵閘需緊急關閉與封堵這一現(xiàn)實問題，各安全區(qū)涵閘內側均未布設閘門槽和搶險截流閘門及啟閉設施;從《蓄滯洪區(qū)設計規(guī)范》［1］和《水閘設計規(guī)范》［3］看，對突發(fā)性洪水中分蓄洪區(qū)安全區(qū)涵閘搶險時的緊急關閉與封堵產生的閘門前填土的荷載和搶險時閘前拋投土袋產生的沖擊荷載也未充分考慮，同樣存在安全區(qū)涵閘封堵時的安全穩(wěn)定核算問題。

4 結語

從最不利因素及防患于未然方面考慮，結合蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘的歷史運行和現(xiàn)實情況，筆者對蓄滯洪區(qū)設計和蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘設計提出如下幾點建議，以期與同行共同商榷。

(1)在地基計算及處理設計中充分考慮蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘作交通要道尤其是閘室底板直接作主要交通干道時，對堤、閘兩種不同的結構和不同的荷載之間的荷載差引起的沉降差進行計算。

(2)在荷載計算及組合中充分考慮蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘蓄滯前封堵時閘前填土的荷載及拋投土袋時產生的沖擊荷載，充分考慮遇突發(fā)性洪水時安全區(qū)涵閘內側閘門緊急關閉及閘門前填土的荷載和搶險時閘前拋投土袋產生的沖擊荷載。建議在《蓄滯洪區(qū)設計規(guī)范》［1］或《水閘設計規(guī)范》［3］中，對荷載計算及荷載組合，做滿足蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘多重功能及需求的適用性修改與修訂。

(3)在閘室布置中充分考慮蓄滯洪區(qū)安全區(qū)涵閘遇突發(fā)性洪水時安全區(qū)涵閘內側閘門緊急關閉及閘門前封堵的問題，設計中考慮在安全區(qū)涵閘內側設閘門槽、搶險截流閘門和啟閉設施。

(4)確定分蓄洪區(qū)分蓄洪區(qū)前安全區(qū)涵閘閘前填土封堵的標準或方式。

［1］GB50773-2012蓄滯洪區(qū)設計規(guī)范［S］．北京:中國計劃出版社，2012．

［2］GB50181-93蓄滯洪區(qū)建筑工程技術規(guī)范［S］．北京:中國計劃出版社，2004．

［3］SL265-2001水閘設計規(guī)范［S］．北京:中國水利水電出版社，2001．

［4］水利部．國家蓄滯洪區(qū)修訂名錄［Z］．北京:水利部，2010．

［5］楊夢云．堤防潰口人員傷亡事故的事故樹分析［J］．水利水電科技進展，2013，33(03):18-22．

［6］楊夢云．基于事故樹分析法的重大險情潰口事故防范分析［J］．水電能源科學，2012，30(12):55-57+19．

［7］李紹飛，余萍，孫書洪．神經網(wǎng)絡的蓄滯洪區(qū)洪災風險模糊綜合評價［J］．中國農村水利水電，2008(06):60～64．

［8］楊夢云．荊江分蓄洪區(qū)圍堤內護工程方案選擇［J］．水電能源科學，2013，31(1):86-88．