大峪河分洪閘工程設(shè)計分析

辛 麗

（新疆昌吉方匯水電設(shè)計有限公司，新疆 昌吉 831100）

隨著水利工程建設(shè)的不斷深入，我國大江大河的開發(fā)利用程度不斷提升。在河流水利建設(shè)中，分洪閘工程建設(shè)是其重要的組成部分，較高質(zhì)量的分洪閘建設(shè)，對于水害防治和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大影響。但在實踐中受河流水文地質(zhì)多樣、施工條件復(fù)雜等因素的影響，建設(shè)存在較多問題，對其功能發(fā)揮造成嚴(yán)重影響?；诖?，進(jìn)行分洪閘工程建設(shè)中的問題處理，已成為當(dāng)前水利工程建設(shè)管理的重要內(nèi)容，本文結(jié)合大峪河分洪閘的建設(shè)實踐展開分析。

1 工程概況

大峪河是桑干河的一級支流，發(fā)源于左云縣截口山，在應(yīng)縣匯入桑干河。河流全長54 km，流域面積303 km2。流域內(nèi)，大峪口以上主要為山區(qū)型，大峪以下為平原型，河道比降為16.6‰～12.5‰，河床平均寬度150 m 左右，河床糙率為0.040～0.070。分洪閘建設(shè)過程中，攔河閘壩式分洪樞紐是其主要的建設(shè)形態(tài)，其包含了上游溢流堰、上游引渠、中、西干渠分洪閘、退水閘、東干渠分洪閘、下游溢流堰及上、下游防洪堤等建設(shè)內(nèi)容。受河流水文、地質(zhì)、氣象等多因素影響，大峪河分洪閘工程的外部干擾因素較多，容易對工程建設(shè)質(zhì)量造成影響。

圖1 下流溢流閘現(xiàn)狀

2 建設(shè)條件

2.1 水文氣象

大峪河位于懷仁縣區(qū)域，該地區(qū)屬于溫帶半干旱大陸性氣候，全年氣溫變化較大，最高氣溫40.5℃，最低氣溫-33℃。較大的溫差變化阻礙了分洪閘工程建設(shè)的高效落實。在降水控制上，該區(qū)域多年平均降水量為370.7 mm，并且降水過程較為集中，主要集中在7、8 兩月，降水量占全年總降水量的75%。過分集中的降水規(guī)模使得汛期水位變化明顯，極易導(dǎo)致洪水現(xiàn)象的發(fā)生。另外，大峪河多年平均輸沙總量為46.7 萬t；大量的泥沙含量間接增加了洪水災(zāi)害的發(fā)生頻率。

2.2 區(qū)域地質(zhì)

大峪河地處山西省北部，大同盆地中部之西側(cè)，四周為低中山區(qū)，按地貌形態(tài)可劃分為三個地貌單元：低中山區(qū)、山前傾斜平原區(qū)和桑干河河谷區(qū)[1]。區(qū)地震動峰值加速度為0.15 g；工程區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s；工程區(qū)地震抗震設(shè)防烈度為7 度。分洪閘建設(shè)過程中，地質(zhì)威脅因素主要表現(xiàn)為：大峪口水閘除險加固工程之西干渠引水閘閘基主要為人工堆積的建筑及生活垃圾，并且工程區(qū)下方為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土，導(dǎo)致地基砂石礫土的級配不良、結(jié)構(gòu)松散且滲透性較強(qiáng)，容易形成滲漏、繞滲、沖刷等問題，影響分洪閘的穩(wěn)定性。

3 大峪河分洪閘工程設(shè)計

3.1 設(shè)計指標(biāo)

作為大峪河分洪樞紐的重要組成部分，大峪河分洪閘主要擔(dān)負(fù)著消減大峪河主河道洪峰流量、減輕下游河道行洪壓力的作用。大峪河分洪閘下游21 個自然村、5.8 萬畝耕地、2.4 km 公路、國防飛機(jī)場、北同蒲鐵路、大運公路等都受到洪水的威脅，必須確保分洪閘建設(shè)的高效化、質(zhì)量化。另外，綠色化發(fā)展對樞紐建設(shè)的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益提出了較高要求。

大峪河分洪閘建設(shè)依據(jù)四類閘除險加固的原則對其主體建筑物的建設(shè)進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)范[2]。建筑拆除與新加固是設(shè)計的兩個基本層面：東干渠、西干渠、中干渠分洪閘和退水閘、下游溢流堰、引渠等都是重要的拆除控制內(nèi)容；新加固主要包括對河道左岸778 米防洪堤加固和對電氣設(shè)備、交通橋、管理設(shè)備、管理站房等內(nèi)容的建設(shè)。

表1 大峪河分洪閘主體建設(shè)指標(biāo)

3.2 分洪閘穩(wěn)定性計算

依據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001），分洪閘的運行需考慮分洪閘完建狀況、正常引水位情況、設(shè)計洪水位情況、校核洪水位情況、地震情況。大峪河分洪閘設(shè)計中，充分考慮其地基承載力250 kPa～300 kPa，摩擦系數(shù)0.45～0.5，對閘室結(jié)構(gòu)、地基應(yīng)力等信息進(jìn)行有效設(shè)計。譬如，就閘室穩(wěn)定而言，充分考慮洪水位、標(biāo)稱滑動及深層滑動的影響，采用下式對其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)進(jìn)行計算：

確保其安全系數(shù)保持在5.25，滿足實際應(yīng)用需求。

3.3 閘室抗?jié)B性計算

閘室抗?jié)B性是設(shè)計的重要內(nèi)容。確定閘室地基有效深度、首端水頭、首段與末端水頭差，在滲透壓力計算、進(jìn)口段水頭損失修正、出口段水頭損失修正、允許滲透比降計算、閘底板滲透坡降計算和出口處出逸坡降計算的基礎(chǔ)上，確保分洪閘閘室的抗?jié)B穩(wěn)定性符合規(guī)范要求。設(shè)計布局見圖2。

圖2 大峪河分洪閘閘室地下輪廓簡化圖（尺寸單位：cm）

3.4 分洪閘底板內(nèi)力及閘墩穩(wěn)定計算

大峪河工程建設(shè)單位采用北京理正軟件5.60 版彈性地基梁進(jìn)行計算，在梁高、寬、梁彈性模量、自重等要素考慮的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)設(shè)計狀況系數(shù)、分段數(shù)、交互柔度參數(shù)等信息的確認(rèn)，確保地板內(nèi)力穩(wěn)定。

滑動穩(wěn)定性驗算、傾覆穩(wěn)定性驗算、地基應(yīng)力及偏心距驗算、墻趾板強(qiáng)度計算等內(nèi)容都是設(shè)計的重要內(nèi)容。譬如，墻趾板最大裂縫寬度為0.037 mm，立墻截面最大裂縫寬度不超過0.038 mm。

4 效果分析

氣象、徑流、洪水、泥沙、地質(zhì)、工程量等內(nèi)容對分洪閘建設(shè)質(zhì)量具有較大影響。在系統(tǒng)考慮建設(shè)環(huán)境的基礎(chǔ)上，進(jìn)行工程建筑物的合理布置，并對系統(tǒng)設(shè)計分洪閘穩(wěn)定性、抗?jié)B性、底板內(nèi)力及閘墩穩(wěn)定性進(jìn)行計算，確保分洪閘引洪流量130 m3/s，實現(xiàn)了閘址以上149 km2集水區(qū)面積的有效分洪，確保分洪閘工程效益、經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的統(tǒng)一。

5 結(jié)論

分洪閘工程建設(shè)對河流綜合利用效率的提升具有較大影響。要實現(xiàn)分洪閘建設(shè)質(zhì)量提升，必須以工程建設(shè)基礎(chǔ)為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確分析施工中可能存在的問題，并進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計，確保分洪閘建設(shè)的規(guī)范化，進(jìn)而在提升分洪閘工程質(zhì)量和應(yīng)用水平，在消除洪水威脅的同時，實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。