新型桩基导流屏改善船闸下游口门区通航条件效果分析

关纲要

（湖北汉江王甫洲水力发电有限责任公司， 湖北 襄阳 441000）

伴随着社会经济的发展，水利枢纽工程得以发展。但是在天然河道上修建水利枢纽工程之后，船闸上游和下游的引航道与河流之间相连接的口门区和连接段，就成为了船舶驶进巷道、驶出巷道的咽喉部位。在这种情况下，该咽喉部位水流条件的好坏，就直接对其通航能力产生严重的影响，关系着船舶驶进巷道、驶出巷道的安全与否。但是，由于水利枢纽工程的影响，船闸下游口门区常常出现较大的斜流和回流现象，很难满足船舶的通航条件。因此，必须要修建各类建筑物，以改善该地区的通航条件。

1 船闸下游口门区通航建筑物概述

为了进一步改善船闸下游口门区的通航能力，以满足船舶进出巷道的安全需求，我国均是采用修建辅助建筑的方式进行解决。就目前而言，主要有导航提、导流墩、丁坝潜坝等。

导航提：国内外应用最多的辅助建筑物。通过在导航提的适当位置进行开孔，可使得杭道内水体与主流的大面积相对稳定的水域之间实现相通的现象，进而削弱航道内部的水体波动。同时，通过这一建筑，对波动的衰减和扩散进行了加速。

导流墩：也常常被应用到口门区通航水流条件的改善过程中，主要是利用该建筑物，阻；流口门区的斜流和回流，进而使得进入到该区域的水流动量、水流主动力出现减少的趋势。在具体利用该建筑的时候，主要是通过对最后一个墩头处的斜流进行观测，并以此为依据，总结出导流墩长度与间距之间的比例关系，进而使得斜流与主流两者之间的夹角达到最小的范围之内。

丁坝潜坝：也是改善口门区通航水流条件最为常用的建筑物之一，通过该建筑物，可促使水流与航迹线之间的夹角变小，并使得该区域的水流变得更加平顺，进而减少了不良的流态，改善了通航条件。

在实际的口门区通航水流条件的改善工程中，还有很多形式，例如：修建浮堤、拓宽河道过流断面、桩基导流屏等。在众多的改善措施中，桩基导流屏属于一种新型的导流建筑，并且在具体的应用过程中，具有结构稳定、改善斜流效果好、便于后期维护等，具有显著的应用优势[1]。

2 新型桩基导流屏改善船闸下游口门区通航条件效果

为了进一步研究新型桩基导流屏改善船闸下游口门区通航条件效果，笔者特意选择五强溪枢纽工程作为研究对象。

1、工程概况

五强溪枢纽位于湖南省沅陵县境内，下游导航强堤长度约为274.6m，门口区域宽度为50m，下游最低的通航水位为49.99m。该巷道与1995年2月开始正式通航。但是鉴于该河流所处的地理位置比较特殊，属于典型的山区河流，通航条件受到河道边界条件、枢纽运行等因素的影响下，口门区通航能力较差。

结合相应的研究数据显示，导致该船闸下游引导到口门区通航能力较低的原因主要是：该地区下方深槽集中水流，且下游导流堤比较短，仅仅只有275m。他同时，受到该河流下游河宽逐渐收缩、河道左侧为深槽、河道右侧为变滩的特殊河床形态，以至于口门区横流、回流的流速出现过大的现象，进而致使其通航能力低下。

2、船闸下游口门区通航条件改善效果分析

（1）初始设计方案研究

为了进一步改善该地区的通航能力，本文提出一种新型的桩基导流屏结构。在最初的设计方案中，该结构主要由16个承台、15段插板共同组成。导流屏中心轴线顺航线进行平行布置，且距离巷道右边的距离为5.5m。在具体设计中，承台的尺度为4.5X11x3m，底高成为45m，且每隔20.8m设置一个承台。最上游的承台与该区域中原有的导航墙进行紧密连接，且深水区的承台底部设 6根灌注桩，其直径为2.5m，灌注桩间距为3m；在浅水区承台底部则设置4根灌注桩，其直径和间距与深水区参数相同。同时，承台上部拥有2根混凝土桩，其直径为3m，间距为2.5m，并在装上设置插槽，并在48-58m的高程对其进行通长布置。在差槽内布置插板，每块插板的尺寸为20x0.8x1m[2]。

对其进行设计之后，口门区域的横流和回流强度出现了明显的改变，具体如下表1所示。

表1：工程前后口门区内水流条件分析

结合表1 中的相关数据，经分析发现：通过新型桩基导流屏的设置，口门区各流速的指标均出现了明显的改善，表明该地区的通航能力得到了进一步改善和优化。但是研究中发现，使用该设计方案的时候，在口门区内会产生花水现象，花水作为一种不良的流态，也会对船舶的通航产生不利的影响，因此，必须要对该设计方案进一步进行优化。

（2）设计方案优化

在设计方案优化的过程中，将初始设计方案中的16个承台、15段插板缩短到12个承台，11段插板；11个承台、10段插板；10个承台和9段插板三种方案。之后按照相关的实验要求，分别对三种优化方案进行了研究，并对研究数据进行对比，结果显示，11个承台、10段插板的优化方案下，口门区通航水流条件最佳。

通过研究结果发现：经过方案优化之后，口门区段、抠门区域下航段的最大舵角和漂角等均符合船舶通航中的相关标准，表明该地区水流条件得到较大的改善，具有更高的通航能力[3]。

3 结束语

综上所述，在水利枢纽工程下，口门区水流条件受到集中水流、导流堤较短、河床形态等因素的影响，常常出现横流、回流速度较大的现状，进而对船舶的航行带来严重的影响。因此，在改善该地区通航能力的过程中，可充分利用桩基透空式导流屏结构，以改善口门区的水流条件。