淮南錢廟220kV線路工程跨港河對堤基安全影響分析

張瓊瓊

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000）

淮南錢廟220kV線路工程跨港河對堤基安全影響分析

張瓊瓊

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000）

通過穩(wěn)定計算分析跨港河樁基對港河堤基的影響，以及潰堤沖刷對塔基安全的分析，得出該項目建設(shè)方案不會造成堤基穩(wěn)定性破壞，但堤塔基灌注樁應(yīng)避免主汛期施工，以及施工對防汛道路的影響，應(yīng)在項目完成后予補救恢復。

堤防 塔基 水力計算 穩(wěn)定分析

1 工程概況

淮南市位于安徽省中部、淮河中游，淮北平原南緣，是我國大型能源工業(yè)基地?；茨想娋W(wǎng)以淮河為界分為南片電網(wǎng)（東部、西部、山南）和北片電網(wǎng)（潘集、鳳臺、謝橋）。現(xiàn)北片電網(wǎng)220kV變電站分布為：潘集區(qū)域內(nèi)有古溝變、蘆集變，鳳臺縣域內(nèi)有張集變、丁集變，謝橋區(qū)域無220kV變電站。由于各區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)企業(yè)較多，區(qū)域間220kV變電站交叉供電，部分220kV變電站負載較重，礦產(chǎn)企業(yè)電源需來自不同的220kV變電站，導致部分110kV供電半徑過長，布局不合理，220kV變電站的110kV備用間隔有限，不能滿足新增110kV站點接入。為提高區(qū)域負荷用電可靠性，優(yōu)化110kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，建設(shè)錢廟220kV變電站是必要的。

錢廟220kv線路于港河閘上游約10.2km處的錢廟鄉(xiāng)后曹洼村北和古店鄉(xiāng)大莊孜村南跨越港河。屬顧大橋～永幸河19.74km河段，列入安徽省重點平原洼地治理工程（外資項目），已按5年一遇除澇標準疏浚完成。根據(jù)西淝河下游治理規(guī)劃，西淝河支流濟河、蘇溝、港河等13處生產(chǎn)圩暫維持現(xiàn)狀，工程處左岸東西林圩、右岸長嶺圩堤防現(xiàn)狀均達不到設(shè)計標準。

2 圩堤安全影響分析

流域面積在50～500km2時，采用公式M=0.026RF-0.25計算，新建港河閘排澇面積98km2，10年一遇排澇流量120m3/s，20年一遇排洪流量145m3/s。

淮南錢廟變220kV線路工程跨港河設(shè)計西南—東北向走線，與港河約呈74°夾角，其中220kV線路跨河檔距417m，一跨過河，跨河塔為2基2E2-SZK-45雙回路直線塔，塔基為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1m，樁長15m，角鋼塔跟開9.96m，跨河塔基距左堤東西林圩堤腳最近約101.5m，距右堤長嶺圩堤腳最近約96.5m。110kV線路跨河檔距434m，一跨過河，跨河塔為2基1D2-SZK-45雙回路直線塔，塔基型式同220kV線路，跨河塔基距左堤東西林圩堤腳最近約105.3m，距右堤長嶺圩堤腳最近約83.9m。樁基可能會對淮北大堤堤基滲流產(chǎn)生一定影響，需對堤基進行滲流穩(wěn)定分析計算。樁基可能會對圩堤堤基滲流產(chǎn)生一定影響，需對堤基進行滲流穩(wěn)定分析計算。

2.1 計算條件

（1）正常期：長嶺圩洪水位20.15m，背水側(cè)無水的不利工況；東西林圩洪水位23.15m，背水側(cè)無水的不利工況；堤身以素填土為主，堤基上層為粉質(zhì)粘土，下層為粉土。

按下列不利情況簡化計算：現(xiàn)狀堤防斷面，考慮塔基對堤基滲流的不利影響，樁體附近土層滲透系數(shù)擴大10倍，范圍為樁體樁徑的2倍。

2.2 計算方法

依據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-98）中有關(guān)滲流及滲透穩(wěn)定計算的規(guī)定，選用河海大學工程力學研究所研制的《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)（AutoBANKv 7.07）》堤防滲流場計算程序，對東聯(lián)圩圈堤順安河右堤進行穩(wěn)定計算。

2.3 計算結(jié)果

按計算條件所選定工況、參數(shù)和計算方法所確定的計算理論，對東聯(lián)圩圈堤順安河右堤進行滲透穩(wěn)定分析，計算結(jié)果見表1。

3 潰堤洪水沖刷計算

港河兩岸現(xiàn)有圩堤防洪標準較低，約10～20年一遇，遇較大洪水會出現(xiàn)漫堤，甚至于薄弱處潰堤決口，潰口處水流流速較大，對地面產(chǎn)生沖刷，影響塔基安全。

由于潰口水流結(jié)構(gòu)復雜，同時兼有急流與緩流，流場存在迅變或間斷流動區(qū)域，故潰堤洪水分析計算較為復雜，工程應(yīng)用上目前主要采用簡化水力學公式。

3.1 潰堤口門最大單寬流量計算

采用潰壩最大流量簡化公式估算潰堤最大單寬流量：

式中：kc1—側(cè)堰系數(shù)，當決口斷面與河水流向平行時，kc=0.8～0.9，當決口斷面與河水流向垂直時，kc=1.0。該工程計算決口斷面與河水流向基本平行，取kc=0.85；

H—潰堤水頭（m），超標準洪水時，可假定堤防瞬時潰決至地面，H可取堤身高度。根據(jù)實測河道斷面兩岸堤身高度：東西林圩4m、長嶺圩4.3m。

估算潰堤最大單寬流量：東西林圩q=6.2m3/s、長嶺圩q=6.9m3/s。

3.2 河道潰堤洪水水力計算

3.2.1 潰堤口門下臨界水深計算

式中：α—速不均勻系數(shù)，一般取α=1.1

計算結(jié)果：堤下臨界水深東西林圩hk=1.63m、長嶺圩hk=1.75m。

3.2.2 潰堤堤下收縮水深及最大流速計算

式中：H0—決口上游側(cè)總水頭（m）；

hc—收縮水深（m）；

φ—流速系數(shù)，考慮決口面比較粗糙，取φ≤0.80；

vc—收縮斷面流速，即最大流速（m/s）。

試算結(jié)果：收縮水深東西林圩hc=0.99m、長嶺圩hc=1.07m；最大流速東西林圩vc=6.26m/s、長嶺圩vc=6.45m/s。

3.2.3 潰堤堤下沖刷坑計算

毛昶熙根據(jù)紊流力學理論，分析局部沖刷機理，并運用水流剪切應(yīng)力觀點，結(jié)合模型試驗，推導出估算沖刷坑最大深度的計算公式：

表1 堤防滲透穩(wěn)定計算成果表

hx—下地面水流深度（m），往往未知，宜用hc值代替，求出h值后，結(jié)合水流分析進一步確定hx的采用值。實測堤后均有深約1.5m淵塘，堤下地面水流深度最小取1.5m。

計算結(jié)果沖刷坑最大深度：東西林圩h=4.54m、長嶺圩h=5.22m。

沖刷坑的形式和范圍與地質(zhì)條件有關(guān)，一般上游側(cè)坡度為1∶3～1∶6，下游側(cè)坡度為1∶10或更小，即決口沖刷范圍下游側(cè)為10倍沖刷深，東西林圩為45.4m、長嶺圩為52.2m。根據(jù)路徑布置，220kV線路跨河塔基距左堤東西林圩堤腳最近約101.5m，距右堤長嶺圩堤腳最近約96.5m；110kV線路跨河塔基距左堤東西林圩堤腳最近約105.3m，距右堤長嶺圩堤腳最近約83.9m。跨河桿塔距離堤腳均在決口沖刷范圍以外，塔基為鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)，樁深15m，潰堤沖刷對塔基安全影響不大。

4 防治與補救措施

基于以上防洪綜合評價，針對建設(shè)項目可能帶來的不利影響提出防治與補救措施如下：

（1）由于跨河線路工程施工對防汛搶險、工程管理可能有影響，有關(guān)建設(shè)及施工方案應(yīng)經(jīng)水行政主管部門審查同意，工程施工前應(yīng)提前通知堤防管理單位，以便做好現(xiàn)場監(jiān)督檢查。該跨河線路工程施工應(yīng)合理安排施工時間，優(yōu)化施工組織設(shè)計，考慮堤基滲流安全，跨河塔基灌注樁應(yīng)避免主汛期施工。

（2）材料運輸保護措施：跨河桿塔基礎(chǔ)材料進出場時，河堤上往返運輸?shù)呢涇囆柘掭d，以免破壞堤頂防汛路面。修筑上下堤臨時施工便道應(yīng)經(jīng)河道主管部門批準，施工結(jié)束應(yīng)及時拆除，恢復堤坡原狀。

（3）應(yīng)做好環(huán)境保護和文明施工，各施工點在施工結(jié)束時，現(xiàn)場應(yīng)及時清理，做到工完、料盡、場地清■