大峪河分洪闸工程设计分析

2019-06-26辛丽

陕西水利 2019年5期

辛丽

（新疆昌吉方汇水电设计有限公司，新疆昌吉 831100）

随着水利工程建设的不断深入，我国大江大河的开发利用程度不断提升。在河流水利建设中，分洪闸工程建设是其重要的组成部分，较高质量的分洪闸建设，对于水害防治和区域经济发展具有重大影响。但在实践中受河流水文地质多样、施工条件复杂等因素的影响，建设存在较多问题，对其功能发挥造成严重影响。基于此，进行分洪闸工程建设中的问题处理，已成为当前水利工程建设管理的重要内容，本文结合大峪河分洪闸的建设实践展开分析。

1 工程概况

大峪河是桑干河的一级支流，发源于左云县截口山，在应县汇入桑干河。河流全长54 km，流域面积303 km2。流域内，大峪口以上主要为山区型，大峪以下为平原型，河道比降为16.6‰～12.5‰，河床平均宽度150 m 左右，河床糙率为0.040～0.070。分洪闸建设过程中，拦河闸坝式分洪枢纽是其主要的建设形态，其包含了上游溢流堰、上游引渠、中、西干渠分洪闸、退水闸、东干渠分洪闸、下游溢流堰及上、下游防洪堤等建设内容。受河流水文、地质、气象等多因素影响，大峪河分洪闸工程的外部干扰因素较多，容易对工程建设质量造成影响。

图1 下流溢流闸现状

2 建设条件

2.1 水文气象

大峪河位于怀仁县区域，该地区属于温带半干旱大陆性气候，全年气温变化较大，最高气温40.5℃，最低气温-33℃。较大的温差变化阻碍了分洪闸工程建设的高效落实。在降水控制上，该区域多年平均降水量为370.7 mm，并且降水过程较为集中，主要集中在7、8 两月，降水量占全年总降水量的75%。过分集中的降水规模使得汛期水位变化明显，极易导致洪水现象的发生。另外，大峪河多年平均输沙总量为46.7 万t；大量的泥沙含量间接增加了洪水灾害的发生频率。

2.2 区域地质

大峪河地处山西省北部，大同盆地中部之西侧，四周为低中山区，按地貌形态可划分为三个地貌单元：低中山区、山前倾斜平原区和桑干河河谷区[1]。区地震动峰值加速度为0.15 g；工程区地震动反应谱特征周期为0.35 s；工程区地震抗震设防烈度为7 度。分洪闸建设过程中，地质威胁因素主要表现为：大峪口水闸除险加固工程之西干渠引水闸闸基主要为人工堆积的建筑及生活垃圾，并且工程区下方为全新统洪冲积卵石混合土，导致地基砂石砾土的级配不良、结构松散且渗透性较强，容易形成渗漏、绕渗、冲刷等问题，影响分洪闸的稳定性。

3 大峪河分洪闸工程设计

3.1 设计指标

作为大峪河分洪枢纽的重要组成部分，大峪河分洪闸主要担负着消减大峪河主河道洪峰流量、减轻下游河道行洪压力的作用。大峪河分洪闸下游21 个自然村、5.8 万亩耕地、2.4 km 公路、国防飞机场、北同蒲铁路、大运公路等都受到洪水的威胁，必须确保分洪闸建设的高效化、质量化。另外，绿色化发展对枢纽建设的生态效益和经济效益提出了较高要求。

大峪河分洪闸建设依据四类闸除险加固的原则对其主体建筑物的建设进行系统规范[2]。建筑拆除与新加固是设计的两个基本层面：东干渠、西干渠、中干渠分洪闸和退水闸、下游溢流堰、引渠等都是重要的拆除控制内容；新加固主要包括对河道左岸778 米防洪堤加固和对电气设备、交通桥、管理设备、管理站房等内容的建设。

表1 大峪河分洪闸主体建设指标

3.2 分洪闸稳定性计算

依据《水闸设计规范》（SL265-2001），分洪闸的运行需考虑分洪闸完建状况、正常引水位情况、设计洪水位情况、校核洪水位情况、地震情况。大峪河分洪闸设计中，充分考虑其地基承载力250 kPa～300 kPa，摩擦系数0.45～0.5，对闸室结构、地基应力等信息进行有效设计。譬如，就闸室稳定而言，充分考虑洪水位、标称滑动及深层滑动的影响，采用下式对其抗滑稳定安全系数进行计算：

确保其安全系数保持在5.25，满足实际应用需求。

3.3 闸室抗渗性计算

闸室抗渗性是设计的重要内容。确定闸室地基有效深度、首端水头、首段与末端水头差，在渗透压力计算、进口段水头损失修正、出口段水头损失修正、允许渗透比降计算、闸底板渗透坡降计算和出口处出逸坡降计算的基础上，确保分洪闸闸室的抗渗稳定性符合规范要求。设计布局见图2。

图2 大峪河分洪闸闸室地下轮廓简化图（尺寸单位：cm）

3.4 分洪闸底板内力及闸墩稳定计算

大峪河工程建设单位采用北京理正软件5.60 版弹性地基梁进行计算，在梁高、宽、梁弹性模量、自重等要素考虑的基础上，实现设计状况系数、分段数、交互柔度参数等信息的确认，确保地板内力稳定。

滑动稳定性验算、倾覆稳定性验算、地基应力及偏心距验算、墙趾板强度计算等内容都是设计的重要内容。譬如，墙趾板最大裂缝宽度为0.037 mm，立墙截面最大裂缝宽度不超过0.038 mm。

4 效果分析

气象、径流、洪水、泥沙、地质、工程量等内容对分洪闸建设质量具有较大影响。在系统考虑建设环境的基础上，进行工程建筑物的合理布置，并对系统设计分洪闸稳定性、抗渗性、底板内力及闸墩稳定性进行计算，确保分洪闸引洪流量130 m3/s，实现了闸址以上149 km2集水区面积的有效分洪，确保分洪闸工程效益、经济效益与生态效益的统一。