新型樁基導(dǎo)流屏改善船閘下游口門區(qū)通航條件效果分析

關(guān)綱要

（湖北漢江王甫洲水力發(fā)電有限責(zé)任公司， 湖北 襄陽(yáng) 441000）

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水利樞紐工程得以發(fā)展。但是在天然河道上修建水利樞紐工程之后，船閘上游和下游的引航道與河流之間相連接的口門區(qū)和連接段，就成為了船舶駛進(jìn)巷道、駛出巷道的咽喉部位。在這種情況下，該咽喉部位水流條件的好壞，就直接對(duì)其通航能力產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，關(guān)系著船舶駛進(jìn)巷道、駛出巷道的安全與否。但是，由于水利樞紐工程的影響，船閘下游口門區(qū)常常出現(xiàn)較大的斜流和回流現(xiàn)象，很難滿足船舶的通航條件。因此，必須要修建各類建筑物，以改善該地區(qū)的通航條件。

1 船閘下游口門區(qū)通航建筑物概述

為了進(jìn)一步改善船閘下游口門區(qū)的通航能力，以滿足船舶進(jìn)出巷道的安全需求，我國(guó)均是采用修建輔助建筑的方式進(jìn)行解決。就目前而言，主要有導(dǎo)航提、導(dǎo)流墩、丁壩潛壩等。

導(dǎo)航提：國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最多的輔助建筑物。通過(guò)在導(dǎo)航提的適當(dāng)位置進(jìn)行開(kāi)孔，可使得杭道內(nèi)水體與主流的大面積相對(duì)穩(wěn)定的水域之間實(shí)現(xiàn)相通的現(xiàn)象，進(jìn)而削弱航道內(nèi)部的水體波動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)這一建筑，對(duì)波動(dòng)的衰減和擴(kuò)散進(jìn)行了加速。

導(dǎo)流墩：也常常被應(yīng)用到口門區(qū)通航水流條件的改善過(guò)程中，主要是利用該建筑物，阻；流口門區(qū)的斜流和回流，進(jìn)而使得進(jìn)入到該區(qū)域的水流動(dòng)量、水流主動(dòng)力出現(xiàn)減少的趨勢(shì)。在具體利用該建筑的時(shí)候，主要是通過(guò)對(duì)最后一個(gè)墩頭處的斜流進(jìn)行觀測(cè)，并以此為依據(jù)，總結(jié)出導(dǎo)流墩長(zhǎng)度與間距之間的比例關(guān)系，進(jìn)而使得斜流與主流兩者之間的夾角達(dá)到最小的范圍之內(nèi)。

丁壩潛壩：也是改善口門區(qū)通航水流條件最為常用的建筑物之一，通過(guò)該建筑物，可促使水流與航跡線之間的夾角變小，并使得該區(qū)域的水流變得更加平順，進(jìn)而減少了不良的流態(tài)，改善了通航條件。

在實(shí)際的口門區(qū)通航水流條件的改善工程中，還有很多形式，例如：修建浮堤、拓寬河道過(guò)流斷面、樁基導(dǎo)流屏等。在眾多的改善措施中，樁基導(dǎo)流屏屬于一種新型的導(dǎo)流建筑，并且在具體的應(yīng)用過(guò)程中，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、改善斜流效果好、便于后期維護(hù)等，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[1]。

2 新型樁基導(dǎo)流屏改善船閘下游口門區(qū)通航條件效果

為了進(jìn)一步研究新型樁基導(dǎo)流屏改善船閘下游口門區(qū)通航條件效果，筆者特意選擇五強(qiáng)溪樞紐工程作為研究對(duì)象。

1、工程概況

五強(qiáng)溪樞紐位于湖南省沅陵縣境內(nèi)，下游導(dǎo)航強(qiáng)堤長(zhǎng)度約為274.6m，門口區(qū)域?qū)挾葹?0m，下游最低的通航水位為49.99m。該巷道與1995年2月開(kāi)始正式通航。但是鑒于該河流所處的地理位置比較特殊，屬于典型的山區(qū)河流，通航條件受到河道邊界條件、樞紐運(yùn)行等因素的影響下，口門區(qū)通航能力較差。

結(jié)合相應(yīng)的研究數(shù)據(jù)顯示，導(dǎo)致該船閘下游引導(dǎo)到口門區(qū)通航能力較低的原因主要是：該地區(qū)下方深槽集中水流，且下游導(dǎo)流堤比較短，僅僅只有275m。他同時(shí)，受到該河流下游河寬逐漸收縮、河道左側(cè)為深槽、河道右側(cè)為變?yōu)┑奶厥夂哟残螒B(tài)，以至于口門區(qū)橫流、回流的流速出現(xiàn)過(guò)大的現(xiàn)象，進(jìn)而致使其通航能力低下。

2、船閘下游口門區(qū)通航條件改善效果分析

（1）初始設(shè)計(jì)方案研究

為了進(jìn)一步改善該地區(qū)的通航能力，本文提出一種新型的樁基導(dǎo)流屏結(jié)構(gòu)。在最初的設(shè)計(jì)方案中，該結(jié)構(gòu)主要由16個(gè)承臺(tái)、15段插板共同組成。導(dǎo)流屏中心軸線順航線進(jìn)行平行布置，且距離巷道右邊的距離為5.5m。在具體設(shè)計(jì)中，承臺(tái)的尺度為4.5X11x3m，底高成為45m，且每隔20.8m設(shè)置一個(gè)承臺(tái)。最上游的承臺(tái)與該區(qū)域中原有的導(dǎo)航墻進(jìn)行緊密連接，且深水區(qū)的承臺(tái)底部設(shè) 6根灌注樁，其直徑為2.5m，灌注樁間距為3m；在淺水區(qū)承臺(tái)底部則設(shè)置4根灌注樁，其直徑和間距與深水區(qū)參數(shù)相同。同時(shí)，承臺(tái)上部擁有2根混凝土樁，其直徑為3m，間距為2.5m，并在裝上設(shè)置插槽，并在48-58m的高程對(duì)其進(jìn)行通長(zhǎng)布置。在差槽內(nèi)布置插板，每塊插板的尺寸為20x0.8x1m[2]。

對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)之后，口門區(qū)域的橫流和回流強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯的改變，具體如下表1所示。

表1：工程前后口門區(qū)內(nèi)水流條件分析

結(jié)合表1 中的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：通過(guò)新型樁基導(dǎo)流屏的設(shè)置，口門區(qū)各流速的指標(biāo)均出現(xiàn)了明顯的改善，表明該地區(qū)的通航能力得到了進(jìn)一步改善和優(yōu)化。但是研究中發(fā)現(xiàn)，使用該設(shè)計(jì)方案的時(shí)候，在口門區(qū)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生花水現(xiàn)象，花水作為一種不良的流態(tài)，也會(huì)對(duì)船舶的通航產(chǎn)生不利的影響，因此，必須要對(duì)該設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。

（2）設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

在設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的過(guò)程中，將初始設(shè)計(jì)方案中的16個(gè)承臺(tái)、15段插板縮短到12個(gè)承臺(tái)，11段插板；11個(gè)承臺(tái)、10段插板；10個(gè)承臺(tái)和9段插板三種方案。之后按照相關(guān)的實(shí)驗(yàn)要求，分別對(duì)三種優(yōu)化方案進(jìn)行了研究，并對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，11個(gè)承臺(tái)、10段插板的優(yōu)化方案下，口門區(qū)通航水流條件最佳。

通過(guò)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過(guò)方案優(yōu)化之后，口門區(qū)段、摳門區(qū)域下航段的最大舵角和漂角等均符合船舶通航中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，表明該地區(qū)水流條件得到較大的改善，具有更高的通航能力[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在水利樞紐工程下，口門區(qū)水流條件受到集中水流、導(dǎo)流堤較短、河床形態(tài)等因素的影響，常常出現(xiàn)橫流、回流速度較大的現(xiàn)狀，進(jìn)而對(duì)船舶的航行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此，在改善該地區(qū)通航能力的過(guò)程中，可充分利用樁基透空式導(dǎo)流屏結(jié)構(gòu)，以改善口門區(qū)的水流條件。