沿海擋潮閘下游消能防沖措施設(shè)計(jì)淺析

柳豹 江蘇省淮沭新河管理處

我國很多沿海城市在臨近濱江、河流、海峽等地方都會建筑一些大中型的擋潮閘，但是由于建造的時(shí)期過早，其中存在諸多安全的隱患。在擋潮閘下游的地方經(jīng)常會發(fā)生阻塞的情況。由此可見，加強(qiáng)江海堤防的重新修建工程是目前的首要任務(wù)。

1.提出相關(guān)的問題

通過觀察江蘇省濱江臨海的擋潮閘可發(fā)現(xiàn)，由于建造的時(shí)期過于久遠(yuǎn)，很多都已經(jīng)出現(xiàn)了破損的情況。經(jīng)過有關(guān)部門的組織，將原來的老閘進(jìn)行下游的遷建，很多新閘址的下游基本上是海灘，幾乎沒有匯流的港道，下游潮位如果不停的跌落，消能防沖的設(shè)施就會直接暴露在外面，這對于擋潮閘的危害頗大。大部分的閘址土質(zhì)抵抗沖擊能力比較弱，從而導(dǎo)致溯源被沖刷，甚至引起擋潮閘的主體發(fā)生更加嚴(yán)重的安全影響。近幾年南方地區(qū)的雨量變得越來越多，隨之水流量也變得越來越快，為了保障生活的安全性，加快低潮位的搶排工作，促進(jìn)擋潮閘的有效運(yùn)行是當(dāng)務(wù)之急。

在沿海擋潮閘下游消能防沖措施設(shè)計(jì)中，將最低潮位時(shí)閘門敞開作為主要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，雖然可以引起工程的投資，但是在實(shí)際的操作過程中是非常不合理的。如果工程增加的經(jīng)費(fèi)并不多，想要達(dá)到具備經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)實(shí)用的消能防沖措施，這是一個(gè)非常值得探討的問題。本文主要根據(jù)掘苴新閘的情況為例子，對沿海擋潮閘下游消能防沖措施的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的研討以及分析。

2.對相關(guān)因素進(jìn)行分析

在擋潮閘的說法中，一直都有著十閘九沖過的現(xiàn)象，下游的沖刷就更難避免了。通過綜合的分析，全面了解下游消能防沖設(shè)施的破壞主要有以下幾個(gè)因素：（1）大部分的沿海潮位站點(diǎn)比較少，閘址處有關(guān)潮位的資料也不多，從而導(dǎo)致在理論計(jì)算的時(shí)候缺少最基本的數(shù)據(jù)。（2）由于土質(zhì)的抵抗沖擊能力比較差，閘址的地址基本上屬于海成地貌，粉砂作為表層，沙土的質(zhì)地有比較細(xì)，如此一來，被沖刷的可能性就大大提升了。（3）現(xiàn)在很多新閘都喜歡建設(shè)在海灘上，出去全新建設(shè)的三百米左右的港堤之外，基本上沒有任何的匯流港道。等到水流出閘址之后，直接平鋪進(jìn)海，對消能而言是非常不利的。（4）下游的船只經(jīng)過之后隨意的?？?，導(dǎo)致了排澇時(shí)期內(nèi)出閘的水流出現(xiàn)紊亂的現(xiàn)象。（5）隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，下墊面的條件發(fā)生了巨大的改變，從而導(dǎo)致降雨的匯流量加快了不少。除此之外在防止洪災(zāi)以及排澇的過程中對于排水的要求也比較高，遇到下大雨的時(shí)候需要盡快開展排澇工作，從而降低內(nèi)河的水位。（6）降雨時(shí)空氣中的分布情況不太均衡，局部地區(qū)的強(qiáng)制降雨概率隨之上升，這種極端的天氣進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)以及施工是非常困難的。

3.對全新的擋潮閘下游消能防沖開展有效的措施

3.1 工程的基本概述

通過分析如東縣老掘苴閘發(fā)現(xiàn)，作為掘苴河的入?？冢堑湫偷闹行蛽醭遍l，同時(shí)也是南通地區(qū)最重要的排澇擋潮閘。根據(jù)相關(guān)部門的開發(fā)規(guī)定，需要將原本的老閘進(jìn)行下游的遷移，然后建設(shè)全新的掘苴閘。遷移后的掘苴閘位于原本老閘下游的2.5KM的地方，其中主要設(shè)計(jì)5個(gè)孔，分別是：兩個(gè)8m孔+12m一個(gè)孔+8m的兩個(gè)孔，中間的孔具備了兼顧通航的功能。將閘底板面的高度設(shè)計(jì)成-1.5m，其中最大排澇流量可達(dá)525m3/s.整個(gè)工程的周期長達(dá)7個(gè)月，等到竣工驗(yàn)收完畢之后，工程的質(zhì)量被評定為優(yōu)良的效果。

3.2 消能防沖的設(shè)計(jì)

在新閘消能設(shè)計(jì)的期間，將其他沿海擋潮閘的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及教訓(xùn)作為前提，從而優(yōu)化消力池的計(jì)算方式，以此改進(jìn)了消能防沖的設(shè)施布置。在確認(rèn)擋潮閘規(guī)模的時(shí)候，需要依照設(shè)計(jì)暴雨推求洪水的過程以及汛期連續(xù)的4D平均高潮位進(jìn)行相結(jié)合，將結(jié)合內(nèi)的河水位置槽蓄量關(guān)系曲線圖進(jìn)行調(diào)洪的計(jì)算，以此確定閘室內(nèi)的總體凈寬。整個(gè)消能的設(shè)計(jì)對于工程概況的選取是非常不利的，根據(jù)上述所說的洪水計(jì)算，對閘上高水位相對應(yīng)的最大流量；內(nèi)河汛期過程中正常的高水位遇見外海測平均低潮位以及閘上比較高的水位遇見閘下較低潮位時(shí)期對應(yīng)的最大流量進(jìn)行分別的消能計(jì)算。

在實(shí)際中，力池的長度為25m厚度和寬度是1m和1.7m。另外，通過計(jì)算得出的結(jié)果，對于閘下設(shè)計(jì)的潮型中的最低潮位控制在-0.35m，而閘上的高水位是2.8m。這個(gè)時(shí)候閘門最大的開度為1.97m，因此，經(jīng)過的閘流量在446.8m3/s左右?？紤]到擋潮閘下游后沖刷的必然性以及各海灘淤漲型的特點(diǎn)，在消能防沖的有效措施中，對于布置的改變基本上是通過以下這個(gè)思路出發(fā)的：將水平防沖變成垂直防沖，在設(shè)計(jì)工況下統(tǒng)一閘下出現(xiàn)沖刷的情況，但需要確保閘主體的安全性。另外，適當(dāng)?shù)乜s短港道護(hù)底防護(hù)的范圍，從而節(jié)省整個(gè)工程的投資。具體讓其表現(xiàn)于：在消力池的后面接上一個(gè)20m的鋼筋混凝土護(hù)底和一個(gè)長度為20m的防沖排樁連為整體，再接拋石防沖槽。當(dāng)下游出現(xiàn)最大沖擊的極端情況后，確保閘室主體的安全是關(guān)鍵點(diǎn)。港道兩側(cè)的港堤可以采取漿砌石進(jìn)行坡道的保護(hù)，破底設(shè)計(jì)拋石作為護(hù)腳。

3.3 水損的處理方式

在2008年以及2009年期間，汛期曾經(jīng)遭受過特別大的洪澇，經(jīng)過超標(biāo)的泄洪之后，防沖排樁到閘主體之間的結(jié)構(gòu)絲毫沒有受損，但是港道底部則出現(xiàn)了不同程度的沖刷情況，與此同時(shí)引發(fā)了局部港堤邊坡坍塌的現(xiàn)象。經(jīng)過相應(yīng)的分析后發(fā)現(xiàn)，在工程建設(shè)的前期工作中，受到了投資方的約束，下游港道的底部出現(xiàn)護(hù)砌過短的情況，從而導(dǎo)致抗沖能力變差。由此可見，雖然港道的沖抗能力還沒有完全超過設(shè)計(jì)中計(jì)算的深度，也沒對閘主體構(gòu)成了一定的威脅，但是總體而言對港堤的安全引發(fā)了一系列的問題。通過相關(guān)部門的研究，利用預(yù)備的費(fèi)用對防沖槽外的河床和港堤進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硎欠浅Ｓ幸娴囊豁?xiàng)工作。

通過綜合分析，由于閘下實(shí)際的最低潮位在-1.5m的狀態(tài)下，適當(dāng)?shù)慕档拖掠胃鄣赖赘叱?，從而加深低潮位時(shí)期港道內(nèi)的水深。與此同時(shí)，加長港道底部的防護(hù)范圍，從而保障港堤邊坡的安全也是非常有必要的。防沖樁外側(cè)的港道底高程經(jīng)過降低址后，外部海灘和客觀上形成了所謂的二次消能。港堤以外都視作灘地，將水流當(dāng)成漫灘流，由于水流的速度減少了，所以也不會發(fā)生較大沖刷的情況。如東縣的海域幾乎屬于淤漲型的，根據(jù)以往的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)而言，就算是出現(xiàn)沖刷的情況，不再排水期的期間，通過潮汛就能將其淤平，可以完全排除對工程造成危害的情況。

4.結(jié)束語

綜上所述，加強(qiáng)建設(shè)消能防沖設(shè)施的目的是為了擋住或者排泄水工建筑物的雜質(zhì)。大部分沿海的擋潮閘其地理位置以及水文和地質(zhì)條件的特殊，從而引發(fā)消能防沖的設(shè)施遭受到破壞。通過分析如東縣掘苴新閘的建設(shè)，在整個(gè)工程施工的期間都應(yīng)該考慮排水的問題，將水平防沖變成垂直防沖的體系。同時(shí)通過適當(dāng)?shù)慕档透鄣赖赘叱痰认嚓P(guān)措施，加強(qiáng)整個(gè)下游的消能防沖效果。對于整個(gè)工程的經(jīng)費(fèi)增加的情況下，需要確保閘下消能防沖設(shè)施的安全性，并且延長低潮位期間的開閘排水時(shí)間，從而獲取預(yù)期時(shí)的有效效果。