引江济淮工程（江淮沟通段）韩桥跌水入渠横向流速控制分析及优化措施

2021-11-25唐柱闩安徽省引江济淮集团有限公司

珠江水运 2021年21期

唐柱闩安徽省引江济淮集团有限公司

1.工程概况

引江济淮工程由长江下游上段引水，向淮河中游地区补水，是一项集供水、航运、生态等效益为一体的水资源综合利用性工程。引江济淮工程（安徽段）江淮沟通（J48+000～7+505段）输水渠道开挖后，沿程水位变化，对周边的堤防、渠道、灌排设施等工程正常运行带来影响，需改造周边水系，主要工程内容包括生产圩堤、泵站、沟口涵闸、跌水及水系恢复工程等，其中新建跌水34座。

2.韩桥跌水工程等级及总体布置

2.1 工程等级

引江济淮工程总调水流量为300m3/s，根根《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）的规定和可行性研究调查意见，确定引江济淮工程等别为Ⅰ等，工程规模为大（1）型。江淮沟通段是引江济淮工程的一部分，工程等別为Ⅰ等，输水干线渠道以及各枢纽主要建筑物为Ⅰ级建筑物。韩桥跌水位于江淮沟通段渠坡上，跌水设计流量511m3/s，大于300m3/s，且与总干渠渠坡距离较近，跌水建筑物级别与渠坡一致，即建筑物级别为1级。

2.2 韩桥跌水工程总体布置

韩桥跌水位于东大河（南小河）入江淮沟通段渠道右岸，跌水中心线与江淮沟通段渠道中心线交点桩号为J（66+569.3），东大河20年一遇行洪流量511.0m3/s，入渠口现状河底高程19.0m，江淮沟通段渠道底高程13.4m，高差5.6m，为满足消能防冲要求及减小横向水流对通航的影响，需修一级跌水，另为满足南小河（东大河）上游引水用水要求及减少上游泥沙进入引江济淮渠道，在跌水控制段设低堰挡水，堰顶高程20.3m。

3.韩桥跌水入渠横向流速控制优化原因

初步设计阶段，为减小跌水入渠横向流速对通航的影响，根据交通部咨询意见及规范要求，设计将韩桥跌水控制段布置在距入渠口约460m处，下游渠道两侧边坡按12°角向两侧扩散，汇流口宽度（顺主航道方向）约255m，5年一遇工况汇流口平均流速0.171m/s，20年一遇工况汇流口平均流速0.194m/s，为确保船舶通行安全，对汇流口处主航道底宽加宽15.0m，即航道底宽75.0m。

2017年9月，水利部、交通部以“水许可决[2017]19号文”对引江济淮工程（安徽段）初步设计报告进行批复，批复意见中提出：（1）下阶段，采用水工和船舶模型试验，就典型支沟入汇河渠段对船舶航行和航道水深的影响开展专题研究，优化工程方案；（2）对江淮沟通段临河建筑物支流洪水入渠控制条件：航道最高通航水位遭遇支流20年一遇洪水（下称20年一遇设计通航工况），横向流速υ≦0.3m/s：航道最低控制水位遭遇支流5年一遇洪水（下称5年一遇不利通航工况），横向流速υ≤0.15m/s。

为验证各跌水入渠横向流速，招标、施工图设计阶段开展了水工模型试验，形成了研究成果。为进一步验证引江济淮工程剩余跌水（跌井）的汇流口横向流連，建设单位委托科研单位在现有水工模型试验研究成果的基础上，对剩余跌水（跌井）开展分级分区及系统水力学研究。根据科研单位韩桥跌水施工图原布置方案三维数值模拟计算成果：20年一遇设计通航工况，汇流口最大横问流速约0.46m/s；5年一遇不利通航工况下，汇流口最大横向流速0.37m/s；两通航工况汇流口通航区域最大横向流速均明显超过审查意见要求的上限值，需对原布置进行优化。

4.韩桥跌水入渠横向流速控制原设计方案

根据河道走势、现场地形条件以及水流入渠向流速要求，韩桥跌水控制段布置在南小河入渠口上游约460m，控制段中心线与引江济准渠道中心线斜角布置，夹角约65°。韩桥跌水主要由上游铺盖、上游护底、控制闸段、下游消力池、跌水段及两岸连接建筑物组成。

控制段采用钢筋混凝土开敞式结构，整体式结构，共3孔，三孔一联，单孔净宽10.0m。闸底板顶高程19.0m，顺水流方向长10.0m，底板厚1.4m，上部设高1.3m的低堰，闸墩顶高程为26.0m，中墩厚1.0m，边墩厚1.0～1.4m。控制段顶部设交通桥布置在控制段下游测。控制段上游侧设混凝上防渗铺盖，铺盖水流方向长11.0m，厚0.50m，顶高程19.0m。铺盖上游护底段水投影总长约72.0m，为C25混凝土结构，厚0.20m，下设0.10m厚瓜子片垫层及土工布一层。

控制段下游侧设挖深式消力池，消力池在平面上扩散，扩散角为12.0°，消力池长32.0m，池深20m，池底高程19.0m，消力池采用钢筋混凝土底板，平均厚0.90m。为降低横向水流对引江济准通航的影响，在消力池下游设Ⅰ级跌水与引江济淮渠道连接，跌水落差5.6m，跌水底板顶高程为13.4m，跌水在平面上呈八字形布置，两侧扩散角与消力池一致，跌水末端接尾水渠，尾水渠边坡坡比1∶3，分别在高程19.4m处设4.0m宽马道，与江淮沟通段渠坡连接。控制段上、下游及各级跌水两侧挡墙根据其所处位置及挡士高度，分别采用钢筋混凝土悬臂式、扶臂式或空箱式结构，上游翼墙顶高程26.0m，下游冀墙顶高程由26.0m渐变至19.4m。

5.韩桥跌水入渠横向流速控制优化设计方案

（1）在控制段下游消力池内增设两排差动式消力墩，即平面上呈交错布置，第一排消力墩（共12个）前端距消力池斜坡段坡脚5.0m，第二排消力墩（共13个）距第一排5.0m，同一排消力墩净间距1.5m，高度2.0m，顶宽0.6m，上游面与消力池底板呈90°。下游面坡比1∶1。

（2）在韩桥跌水右岸边坡与江淮沟通干渠边坡交汇处坡脚线圆弧中点切线沿堤岸后退35m，并顺时针旋转8°。直线段前后分别采用半径350.0m和半径600.0m的圆弧上下游岸坡相切连接。调整段右岸边坡长度由620m调整为604m。为减少新增永久占地并满足边坡稳定要求，在后退段顶设悬臂式挡墙，挡墙总长约293.0m，墙顶高程25.2m，墙高程根据挡土墙高度分别为4.0m、2.6m。

6.韩桥跌水入渠横向流速控制优化施工措施

（1）施工导流。根据江淮沟通段J010-1标工程施工导流方案，河道工程采用明渠导流，旱地施工，韩桥跌水处导流明渠布置在右岸边坡开口线以外，明渠开口线与总干渠开口线距离约20～60m，宽度较大的地带为明渠开挖上方临时堆放区。总干渠右岸边坡调整后，开口线与导流渠开口线距离缩小，约0～30m，局部基本重合适合。根据招标文件要求以提供资料，韩桥跌水段导流明渠导流洪水标准为10年一遇，导流时段为11月至次年4月，相应流量为63.7m3/s，底宽一般宽20.0m，底高程20.8～21.0m，两侧边坡坡比1∶0.75。临水侧采用复合土工膜防渗，围堰总长140m，为确保明渠过流断面，右侧边坡向右偏移0～7.5m，调整段边坡采用装土编织袋防护。韩桥跌水新增消力池内消力墩及右岸岸坡布置调整新增主要工程为土方开挖、混凝土浇筑以及膨胀土处理，其施工方法同主体工程施工方法。

（2）弃土规划。根据初步设计阶段施工组织设计，韩桥跌水弃十区布置在江淮沟通段渠道柱号6 4-760～65+260段右岸地，弃土面积20.41万m2，与桩号61+570～67+454.3段河道弃土区HG-22#弃上区（面积21.78万m2）并列布置，平均堆高均为5.5m。