对蓄滞洪区设计及蓄滞洪区安全区涵闸设计的建议

周 宏，黄 腾，胡金杰

(泰州市河海水利勘测设计有限公司，江苏泰州 214500)

1 引言

重点蓄滞洪区、一般蓄滞洪区可新建安全区;蓄滞洪保留区不宜建设安全区。当安全区新建穿堤排水涵闸时，涵闸设计流量应与原设计排水流量相适应。GB50773-2012《蓄滞洪区设计规范》［1］只是把蓄滞洪区安全区涵闸当成了一般的排水涵闸，而未考虑到蓄滞洪区安全区涵闸具有日常运行时排水、闸室内交通，分洪前关闭外侧闸门并填土封堵和突发性洪水发生时关闭内侧闸门并填土封堵的三重需要。

GB50181-93《蓄滞洪区建筑工程技术规范》［2］关于蓄滞洪区建筑结构设计中，对荷载有明确规定，GB50773-2012《蓄滞洪区设计规范》对蓄滞洪区安全区涵闸结构设计中的荷载却并无明确要求，而SL265-2001《水闸设计规范》［3］也未考虑到蓄滞洪区安全区涵闸的实际需求，设计人员对荷载的考虑一般按SL265-2001《水闸设计规范》来进行计算，未考虑蓄滞洪前填土封堵的特殊性和安全区所属干堤溃口后对蓄滞洪区影响事件的突发性及由此引起的荷载的变化等问题，对主要功能为闸室内交通、通行的涵闸，对其荷载差引起的沉降差，SL265-2001《水闸设计规范》也未做明确要求。这给分蓄洪后庇护于安全区的人民带来一定的隐患。

至2010年止，我国现有国家级蓄滞洪区98个［4］，主要集中在长江、黄河、淮河和海河中下游两岸低洼平原和湖区，其中荆江分蓄洪区因其保护对象是荆江大堤、江汉平原及武汉市，并可减轻洞庭湖区的防洪负担，在我国分蓄洪区建设管理中具有十分重要的地位。荆江分蓄洪区安全区涵闸在50多年的日常运行，特别是1998年预分洪时安全区涵闸的封堵中，曾出现部分涉及安全的问题，国内学者关于水利工程安全事故的防范分析较多［5-6］，关于分蓄洪区的研究也不鲜见［7-8］，但关于分蓄洪区安全区尤其是关于分蓄洪区安全区涵闸的研究一直是防洪减灾领域里的一个空白和盲区。安全区是分蓄洪区人民的最后一道屏障，而安全区涵闸则是这道屏障中最薄弱的一个环节，分洪后安全区外无法取土，安全区内无土可取，如何确保分蓄洪后庇护于安全区的人民的安全，是一个非常重要的课题。

随着人口的增长和乡镇企业的发达，重点蓄滞洪区、一般蓄滞洪区新建安全区及安全区排水涵闸将越来越多，为提高分蓄洪区安全区涵闸的安全度与可靠性，确保分蓄洪后庇护于安全区的人民的安全，现结合荆江分蓄洪区安全区涵闸运行中的一些问题加以论述。

2 荆江分蓄洪区安全区涵闸现状

荆江分蓄洪区设计蓄洪水位42.00m(吴淞高程，下同)，1954年分洪前，作为分蓄洪区的配套工程，荆江分蓄洪区当时共有20个安全区，建有安全区涵闸5座，闸门一般为钢筋混凝土闸门或木制闸门。1998年预分洪时，荆江分蓄洪区共有19个安全区，22座安全区涵闸，截止2014年5月，荆江分蓄洪区19个安全区共有23座涵闸，其中临分洪区侧的17座;建在分洪区外侧，临长江干、支流，直接抵挡外江洪水的6座;按使用功能分有排水闸22座，交通闸1座。另杨厂镇扩大安全区及所属安全区涵闸正在规划报建中。

2.1 荆江分蓄洪区安全区涵闸日常运行中存在的问题

从现实情况看，设计人员一般只是把蓄滞洪区安全区涵闸当成了单向的排水涵闸，在考虑排水涵闸的交通功能时，并未考虑有的蓄滞洪区安全区涵闸还需同时具有闸室内的交通功能(如荆江分蓄洪区斗湖堤安全区交通闸)，在设计中未做荷载差引起的沉降差计算及确定增强基础刚度和整体刚度的基础处理方法。《蓄滞洪区设计规范》［1］中关于蓄滞洪区安全区涵闸地基计算的荷载组合参照《水闸设计规范》［3］，而《水闸设计规范》［3］中地基计算的荷载组合仍采用结构设计的荷载组合，水闸土质地基沉降可只计算最终沉降量。

在实际运行中，分蓄洪区安全区围堤是居住在安全区内、外居民进出安全区的主要通道，安全区涵闸闸顶堤面常兼作交通路面通行，车流量较大的涵闸，其不均匀沉降已影响到涵闸的安全。如斗湖堤老闸闸顶堤面兼做207国道连接段时，底板断裂为三截，斗湖堤交通闸则因闸顶和闸室底板直接作交通路面，并是进出城区的主要干道，竣工不到10年，即因不均匀沉降出现裂缝。正常运行条件下，斗湖堤交通闸闸顶及闸底板直接作主要交通干道，堤、闸两种不同的结构和不同的静、动荷载，使两者之间产生荷载差，由此产生的不均匀沉降导致裂缝的形成乃至扩大。

2.2 荆江分蓄洪区预分洪时安全区涵闸封堵中存在的问题

分蓄洪区安全区涵闸是分蓄洪区分蓄洪后安全区最薄弱的一个环节，为确保安全，分蓄洪前安全区涵闸一般要求做紧急封堵。荆江分蓄洪区历史上进行过2次分洪前的安全区涵闸封堵。《蓄滞洪区设计规范》［1］关于安全区涵闸封堵的标准或方式并无明确规定，《水闸设计规范》［3］对安全区涵闸封堵中产生的荷载也未做考虑。1954年分洪前，荆江分蓄洪区20个安全区共建有0.6m×0.6m箱涵3座，直径0.8m的管涵2座，分洪前封堵的安全区涵闸数量少、孔径小，不具代表性。荆江分蓄洪区设计蓄洪水位42.00m，1998年荆江分蓄洪区安全区涵闸封堵的标准要求为:闸门关闭后，对四周止水橡皮辅以棉絮堵塞，再填土料及袋土封堵，填至高程42.50m，上部平台超出闸门两侧范围应不小于2m，上部平台宽不小于5m，坡度1∶2，(见图1)。

图1 荆江分蓄洪区安全区涵闸预分洪时封堵标准示意图

吴达河安全区围堤堤项高程44.30m，地面高程37.00m，安全区涵闸底板高程34.25m，孔径1.7m×1.0m，钢筋混凝土结构，钢平面闸门。吴达河安全区涵闸在1992年的公安县荆江分洪区安全区围堤及涵闸普测普查中就存在螺杆欠长，闸门关不到位，底止水距底板2cm;角止水、两边侧止水橡皮漏水;闸首段顶板上的浆砌块石挡土墙断裂，裂缝4条，最大缝宽8mm等问题。预分洪时安全区涵闸封堵工作实施过程中，闸首段顶板上的浆砌块石挡土墙裂缝逐渐扩大，最后扩展为20mm。由于底板淤积，洞身内积水较深，无法入内查勘，底板和闸身顶部情况皆不明朗。从1998年荆江分蓄洪区预分洪时吴达河安全区涵闸的封堵来看，预分洪时安全区涵闸的封堵中及封堵后出现的一些问题，在今后分蓄洪区安全区涵闸的设计中应予以考虑。

从《水闸设计规范》［3］看，在正常蓄水位情况和设计洪水位情况下，分别按正常蓄水位组合和按设计洪水位组合计算水重，静水压力，扬压力及浪压力;在校核洪水位情况下，按校核洪水位组合计算水重，静水压力，扬压力及浪压力。可见《水闸设计规范》［3］中基本荷载组合和特殊荷载组合均未考虑安全区涵闸封堵时闸前填土的荷载。

根据1998年荆江分蓄洪区安全区涵闸预分洪时的封堵标准，预分洪时安全区涵闸封堵时填筑的平台平均高度约7.5m，闸前填土荷载远大于按正常蓄水位组合计算的水重。如果规范中列入封堵时闸前填土的荷载，并按其他出现机会较少的荷载［3］考虑，则是安全的;而实际设计中，设计人员因不了解分蓄洪区安全区涵闸外侧闸门分洪前开启排水和分洪时关闭并于闸门前填土封堵的双重需要，《水闸设计规范》［3］对此也无明确规定，故往往将分蓄洪区安全区涵闸当作一般的单向排水闸来设计，很少会考虑到分蓄洪区安全区涵闸分洪时还需要填土封堵这一实际情况。

从吴达河安全区涵闸预分洪前的封堵中，出现闸首段顶板上的浆砌块石挡土墙裂缝扩大的问题看，分蓄洪区安全区涵闸设计中有必要就安全区涵闸的多重需求，明确需考虑预分洪时涵闸封堵后闸门前填土的土重。

在实际的封堵过程中，当涵闸外侧附近无预备土可用或预备土用完时，常将转运来的土料装入编织袋后抛投到闸门前，再在闸门前人工堆垒，抛投时7.5m高差下产生的冲击荷载极大，在设计中还考虑封堵过程中抛投土袋产生的冲击荷载，这不仅有利于分蓄洪区安全区涵闸的安全与稳定，也有利于当地的防汛指挥机构在保证闸室安全稳定的前提下，确定分蓄洪区安全区涵闸闸前填土封堵的标准或方式。

3 设计时对突发性洪水考虑中存在的问题

突发性洪水是指由于防洪工程失事而造成的洪水。突发性洪水的洪峰流量、洪水流程、沿程流量、水位具有相当的随机性。

为尽量控制灾害范围，最大限度地减少灾害损失，对临分洪区侧的安全区涵闸所属的安全区，应考虑各安全区所属干堤溃口后，洪水冲进、淹没安全区时，安全区涵闸腹背受水的可能性。

为将险情与损失控制在局部范围，出现突发性洪水后的第一决策是堵口、人员的转移和安全区涵闸的关闭与封堵，以免分蓄洪区未分洪而遭灭顶之灾。

从荆江分蓄洪区所属安全区涵闸的现状来看，设计人员并未考虑安全区所属干堤溃口失事后，安全区涵闸需紧急关闭与封堵这一现实问题，各安全区涵闸内侧均未布设闸门槽和抢险截流闸门及启闭设施;从《蓄滞洪区设计规范》［1］和《水闸设计规范》［3］看，对突发性洪水中分蓄洪区安全区涵闸抢险时的紧急关闭与封堵产生的闸门前填土的荷载和抢险时闸前抛投土袋产生的冲击荷载也未充分考虑，同样存在安全区涵闸封堵时的安全稳定核算问题。

4 结语

从最不利因素及防患于未然方面考虑，结合蓄滞洪区安全区涵闸的历史运行和现实情况，笔者对蓄滞洪区设计和蓄滞洪区安全区涵闸设计提出如下几点建议，以期与同行共同商榷。

(1)在地基计算及处理设计中充分考虑蓄滞洪区安全区涵闸作交通要道尤其是闸室底板直接作主要交通干道时，对堤、闸两种不同的结构和不同的荷载之间的荷载差引起的沉降差进行计算。

(2)在荷载计算及组合中充分考虑蓄滞洪区安全区涵闸蓄滞前封堵时闸前填土的荷载及抛投土袋时产生的冲击荷载，充分考虑遇突发性洪水时安全区涵闸内侧闸门紧急关闭及闸门前填土的荷载和抢险时闸前抛投土袋产生的冲击荷载。建议在《蓄滞洪区设计规范》［1］或《水闸设计规范》［3］中，对荷载计算及荷载组合，做满足蓄滞洪区安全区涵闸多重功能及需求的适用性修改与修订。

(3)在闸室布置中充分考虑蓄滞洪区安全区涵闸遇突发性洪水时安全区涵闸内侧闸门紧急关闭及闸门前封堵的问题，设计中考虑在安全区涵闸内侧设闸门槽、抢险截流闸门和启闭设施。

(4)确定分蓄洪区分蓄洪区前安全区涵闸闸前填土封堵的标准或方式。

［1］GB50773-2012蓄滞洪区设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2012．

［2］GB50181-93蓄滞洪区建筑工程技术规范［S］．北京:中国计划出版社，2004．

［3］SL265-2001水闸设计规范［S］．北京:中国水利水电出版社，2001．

［4］水利部．国家蓄滞洪区修订名录［Z］．北京:水利部，2010．

［5］杨梦云．堤防溃口人员伤亡事故的事故树分析［J］．水利水电科技进展，2013，33(03):18-22．

［6］杨梦云．基于事故树分析法的重大险情溃口事故防范分析［J］．水电能源科学，2012，30(12):55-57+19．

［7］李绍飞，余萍，孙书洪．神经网络的蓄滞洪区洪灾风险模糊综合评价［J］．中国农村水利水电，2008(06):60～64．

［8］杨梦云．荆江分蓄洪区围堤内护工程方案选择［J］．水电能源科学，2013，31(1):86-88．