東鄉(xiāng)縣城南區(qū)排洪工程方案探究

朱海燕

(甘肅甘蘭水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

作為少數(shù)民族東鄉(xiāng)族的發(fā)源地和我國(guó)唯一以東鄉(xiāng)族為主體的自治縣，總?cè)丝诮?0萬，除少數(shù)漢族、回族外，東鄉(xiāng)族占總?cè)丝诘?5%以上。東鄉(xiāng)縣近年來發(fā)展迅速，尤其建成以城南區(qū)易地扶貧搬遷工程開發(fā)項(xiàng)目為主體，集學(xué)校、餐廳、車站、大型商場(chǎng)、休閑娛樂場(chǎng)所、民族博物館為一體，建設(shè)中凸顯東鄉(xiāng)文化特色的文化綜合區(qū)等建設(shè)項(xiàng)目，目前征地、拆遷等前期工作已完成，各建設(shè)正在有序開展之中[1]。本文根據(jù)東鄉(xiāng)縣總體規(guī)劃結(jié)合本工程實(shí)際，新建排洪閘1座，新建八字墻16.0 m，同時(shí)新建排洪箱涵618.0 m，末端匯入已建排洪箱涵，最終將洪水引入引至巴謝河內(nèi)與當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)相結(jié)合，設(shè)計(jì)中考慮新建排洪工程與已建防洪工程，以及與道路相結(jié)合，防洪與排洪相結(jié)合，完善防洪體系，提高東鄉(xiāng)縣城南區(qū)依哈池溝整體防洪能力。東鄉(xiāng)縣城南區(qū)依哈池溝現(xiàn)狀見圖1。

圖1 東鄉(xiāng)縣城南區(qū)依哈池溝口現(xiàn)狀圖

2 主要建筑物工程地質(zhì)條件

本工程擬在東鄉(xiāng)縣易地扶貧搬遷工程?hào)|側(cè)依哈池溝出山口上游230 m處新建一座排洪閘，截取依哈池溝部分第四系孔隙潛水及全部的地表水，然后以排洪箱涵的形式沿主溝道向下游將水輸至已建城南區(qū)雨水箱涵中結(jié)束，排洪箱涵總長(zhǎng)度618.0 m?，F(xiàn)將本工程的主要建筑物分述如下：

(1)排洪閘工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

根據(jù)工程布置，排洪閘位于依哈池溝主溝道內(nèi)，依哈池溝主溝槽在此段走向約NW335°，河谷呈“U”型河谷，河谷兩岸基巖基本裸露，僅在山梁上部有黃土狀土覆蓋。根據(jù)工程布置，引水樞紐所在位置依哈池溝河床寬30 m～35 m，高程為2307 m～2310 m，溝道兩側(cè)山體大致呈南東—北西走向，呈條帶狀分布，山坡為40°～45°的斜坡，植被覆蓋較差，右岸山體下部基巖基本裸露，左岸山坡表層被3 m～4 m的黃土所覆蓋，下部為基巖。主河床表層為沖洪積級(jí)配不良砂層，結(jié)構(gòu)稍密～中密，顆粒巖性主要以砂巖、板巖、灰?guī)r為主，分選性及磨圓度較差，顆粒呈次圓狀—次棱角狀，厚3.0 m～3.5 m，呈緩坡狀由主河槽向兩岸山體層厚逐漸變薄，以至于在山坡坡腳處消失。下部為基巖，兩壩肩及壩基基巖巖性均為新近系泥巖，新鮮巖體呈青灰色—棕紅色，巖芯多呈短柱狀～柱狀，較破碎，水平層理較為發(fā)育，巖芯浸水后易軟化，失水后易崩解，局部夾薄層礫巖。主河道內(nèi)地下水位埋深0.5 m～1.0 m。由于依哈池溝出山口處為東鄉(xiāng)縣易地扶貧搬遷工程施工場(chǎng)地，為防止溝道洪水對(duì)施工場(chǎng)地造成不良影響，施工單位在此處堵了2.0 m～3.0 m高的土壩，由于土壩長(zhǎng)期蓄水，導(dǎo)致在該處形成一小型堰塞湖，因而也在溝底沉積了2.0 m～3.0 m的淤泥質(zhì)土，該層土處于飽和狀態(tài)，擾動(dòng)后結(jié)構(gòu)極易破壞，強(qiáng)度降低，形成“橡皮土”，在較大的震動(dòng)力作用下，易出現(xiàn)震陷現(xiàn)象，不宜作為樞紐各建筑物基礎(chǔ)的持力層，需采取工程措施。

(2)排洪箱涵工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

本工程自排洪閘至已建城南區(qū)雨水箱涵之間布置排洪箱涵一條，總長(zhǎng)度618.0 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，本段排洪箱涵樁號(hào)0+000～0+229段位于依哈池溝主溝道內(nèi)，依哈池溝主溝道主河床表層為沖洪積級(jí)配不良砂層，結(jié)構(gòu)稍密～中密，顆粒巖性主要以砂巖、板巖、灰?guī)r為主，分選性及磨圓度較差，顆粒呈次圓狀—次棱角狀，厚3.0 m～3.5 m，下部為新近系泥巖，新鮮巖體呈青灰色—棕紅色，巖芯多呈短柱狀～柱狀，較破碎，水平層理較為發(fā)育，巖芯浸水后易軟化，失水后易崩解，局部夾薄層礫巖。主河道內(nèi)地下水位埋深0.5 m～1.0 m。樁0+229～0+618位于東鄉(xiāng)縣易地扶貧搬遷工程施工場(chǎng)區(qū)，該區(qū)域3.0 m～4.0 m的素填土，素填土呈黃褐色，稍濕，稍密，以人工回填的粉土為主，局部含強(qiáng)風(fēng)化泥巖及中細(xì)砂，其天然密度1.56 g/cm3～1.58 g/cm3，干密度1.39 g/cm3，天然含水量12.1%～14.0%，飽和度為34.75%～39.87%，壓縮系數(shù)0.26 MPa-1～0.33 MPa-1，為中壓縮性土，濕陷系數(shù)0.043～0.055，具有中等濕陷性，濕陷性土層厚3.0 m～4.5 m，計(jì)算其自重總濕陷量0 mm，總濕陷量232.1 mm，屬非自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)Ⅰ。下部為黃土狀粉土或泥巖。黃土狀粉土呈黃褐色，稍濕，結(jié)構(gòu)較密實(shí)、無濕陷性。泥巖呈青灰色—棕紅色，巖芯多呈短柱狀～柱狀，較破碎，水平層理較為發(fā)育，巖芯浸水后易軟化，失水后易崩解，局部夾薄層礫巖。

3 建筑物設(shè)計(jì)

3.1 排洪閘設(shè)計(jì)

(1)修建排洪閘的必要性

隨著溝道中水流的運(yùn)動(dòng)，水中的推移質(zhì)及泥沙會(huì)堵塞排洪箱涵，影響箱涵排洪能力，必須按時(shí)清理，同時(shí)也方便檢修箱涵及應(yīng)急搶險(xiǎn)，因此修建排洪閘是十分必要的。

(2)閘址的選擇

由于修建環(huán)城公路，導(dǎo)致在該溝道內(nèi)環(huán)城公路上游側(cè)形成一小型堰塞湖，故閘軸線選在環(huán)城公路上游側(cè)，進(jìn)口兩側(cè)設(shè)重力式八字墻與岸砍連接。

(3)排洪閘泄水能力計(jì)算

根據(jù)水文分析，洪水標(biāo)準(zhǔn)20 a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為Q=8.69 m3/s，排洪閘超泄洪水的能力較強(qiáng)，閘門全年敞開運(yùn)行，按寬頂堰上的堰流公式計(jì)算：

(1)

式中：B為排洪閘閘孔總凈寬，共一孔，單孔寬B為2 m；H0為閘底板以上總水頭，m，見表1；m為堰流的流量系數(shù)，本文采用0.345；σ為堰流淹沒系數(shù)，由《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A表查得，取為1.0；ε為堰流的測(cè)收縮系數(shù)，本文取為1.0；排洪閘流量～水位關(guān)系曲線見圖2，泄流能力見表1。

圖2 排洪閘流量～水位關(guān)系曲線

表1 排洪閘閘門開啟度——水位關(guān)系計(jì)算表

經(jīng)計(jì)算，20 a一遇洪水時(shí)閘前水位為2306.60 m。

(4)排洪閘設(shè)計(jì)

經(jīng)泄水能力計(jì)算[2]，排洪閘孔數(shù)為1孔，結(jié)構(gòu)采用露頂式排洪閘，布置方式垂直洪水主流方向，進(jìn)水順暢，泄洪能力強(qiáng)，排洪閘設(shè)計(jì)單孔寬2.0 m，閘孔高3.1 m閘底板設(shè)計(jì)高程為2302.60 m，采用C25鋼筋砼現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，閘墩厚0.8 m，閘墩頂部設(shè)置現(xiàn)澆C25鋼筋砼工作橋，橋面寬2.0 m，長(zhǎng)2.13 m，板厚15 cm。閘前現(xiàn)澆C25鋼筋砼鋪蓋長(zhǎng)5.0 m，厚0.3 m，鋪蓋前設(shè)深1.5 m齒墻。排洪涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖見圖3、圖4。

圖4 排洪閘橫剖面圖

閘墩頂部設(shè)C25鋼筋混凝土排架，排架高2.5 m，柱截面尺寸為0.3 m×0.3 m，排架頂部設(shè)有8T手電兩用螺桿啟閉機(jī)，用于啟閉閘門，沿排架柱布設(shè)鋼爬梯，并增加1.2 m鋼護(hù)欄。

(5)基礎(chǔ)處理

排洪閘位于依哈池溝主溝道內(nèi)，依哈池溝主溝道上部為2.0 m～3.0 m的淤泥質(zhì)土，該層土工程性質(zhì)較差，不宜作為樞紐各建筑物基礎(chǔ)，建議將其清除，以下部沖洪積級(jí)配不良砂層作為樞紐各建筑物基礎(chǔ)，但級(jí)配不良砂具有強(qiáng)透水性，需做好防滲處理。

根據(jù)開挖后的基礎(chǔ)地面設(shè)計(jì)高程，閘基整平夯實(shí)后，閘基底部設(shè)0.1 m厚的C15砼墊層，砼墊層寬度比閘底寬度每側(cè)寬0.3 m。

3.2 排洪暗渠設(shè)計(jì)

(1)水力計(jì)算

本次設(shè)計(jì)涵洞為無壓泄洪，涵洞為長(zhǎng)洞，洞內(nèi)水深采用能量方程，逐段計(jì)算涵洞水面線，糙率n取值0.017，擬定箱涵寬度為1.6 m，箱涵計(jì)算成果見表2。

表2 排洪箱涵水面線計(jì)算成果表

(2)排洪箱涵設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)箱涵總長(zhǎng)L=618.0 m，根據(jù)實(shí)際地形情況，分兩個(gè)設(shè)計(jì)底坡，分別在樁號(hào)0+000.00～0+055.00 m段，設(shè)計(jì)縱坡i為1/5.52，以及樁號(hào)0+055.00～616.90 m段，設(shè)計(jì)縱坡變緩，i為1/70。排洪箱采用現(xiàn)澆C3鋼筋砼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)斷面寬×高為1.60 m×1.90 m，箱涵襯砌厚度為0.3 m；施工中每10.0 m設(shè)一道伸縮縫，縫內(nèi)采用652橡膠帶止水，填縫材料從內(nèi)到外為PTN、聚乙烯閉孔泡沫板和652型橡膠止水帶。

基礎(chǔ)處理：樁號(hào)0+000.00～0+229.00 m段箱涵基礎(chǔ)開挖邊坡為1∶1.25，因該段箱涵坐落于級(jí)配不良砂層上，承載力滿足要求，基礎(chǔ)不需翻夯處理，故鋪設(shè)10 cm厚砼墊層后再進(jìn)行砼澆筑，墊層寬度比箱涵寬度每側(cè)寬0.3 m。樁號(hào)0+229.00～0+618.00 m段箱涵基礎(chǔ)開挖邊坡為1∶0.75，夯填土方壓實(shí)度不小于0.95，因該段箱涵坐落于濕陷性黃土上，基礎(chǔ)處理方式從上到下依次為300 mm厚10%水泥土墊層，墊層寬度比箱涵寬度每側(cè)寬0.3 m，原土翻夯2 m，待箱涵達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行箱涵上部土方夯填，采用原土夯填，夯填土方壓實(shí)度不小于0.95。

清淤方案：箱涵總長(zhǎng)為618.0 m，孔口凈寬為1.6 m，凈高為1.9 m，通過勘察需要每隔200 m增設(shè)一道出氣孔，孔口尺寸800 mm×800 mm，凈高1.8 m，頂部設(shè)鋼蓋板，因箱涵孔口斷面較小，無法采用機(jī)械清淤，采用人工清淤至箱涵出口處機(jī)械裝車外運(yùn)。

穿越公路連接方案：當(dāng)箱涵穿越公路時(shí)，將公路挖斷，再修建箱涵，待箱涵修建完成后再將公路恢復(fù)重建。

箱涵末端接入方案：將現(xiàn)有雨水箱涵拆除10 m重新修建，與新建排洪箱涵相接，箱涵底板高程相一致。

其他：在樁號(hào)0+256.10 m處有一條上水管線橫穿排洪箱涵，本次需改建此上水管線，改建長(zhǎng)度20 m。

4 結(jié)論及建議

通過本次排水工程實(shí)施，消除了防洪安全隱患，健全完善了縣城防洪體系，提高東鄉(xiāng)縣城南區(qū)抵御洪水的能力，使當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全等到保障。工程于2019年11月開始實(shí)施，次年洪水來臨前已完工，在洪水期防洪效果顯著。