湯德意

(浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020)

1 工程概況

靈昆北段標(biāo)準(zhǔn)堤(一期)工程位于甌江口靈昆島北岸,堤線全長4.032 km。根據(jù)建設(shè)單位要求,本工程預(yù)留一處碼頭通道,為防洪擋潮需要,擬建設(shè)1座凈寬7 m(1孔)的旱閘。

防洪擋潮標(biāo)準(zhǔn):標(biāo)準(zhǔn)堤擋潮標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇高潮位遭遇50 a一遇的風(fēng)浪,按允許部分越浪設(shè)計(jì)。旱閘按50 a一遇擋潮標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

標(biāo)準(zhǔn)堤堤身為C30鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),防浪墻頂高程7.20 m(1985國家高程基準(zhǔn),下同),堤頂高程6.40 m,堤頂寬4.8m?？蚣軆?nèi)側(cè)設(shè)擋土板,擋土板后側(cè)回填黏土。黏土回填平臺高程為5.10 m,寬6.0 m。平臺以下設(shè)1∶3的邊坡至地面,邊坡采用草皮?？蚣芙Y(jié)構(gòu)每23 m分縫,基礎(chǔ)采用φ 800 mm鋼筋混凝土灌注樁,橫向2排,樁長20 m,縱向間距4 m。

旱閘閘室為鋼筋混凝土U型整體結(jié)構(gòu),長10.8 m,閘孔凈寬7m(1孔),采用人字型鋼閘門。外海側(cè)、內(nèi)河側(cè)閘底檻高程分別為5.30,5.40 m,底板厚度分別為100,110 cm;閘墩頂高程為7.20 m,厚75 cm。閘室基礎(chǔ)采用φ 800mm鋼筋混凝土灌注樁,橫向3排,樁長25 m,縱向間距3.5 m,共9根。

2 防洪影響分析計(jì)算

根據(jù)水文分析計(jì)算、旱閘安全性計(jì)算及工程建成后的運(yùn)行要求,確定擬建旱閘特征水位和閘底高程,并對擬建旱閘處的碼頭通道防洪影響進(jìn)行分析,包括旱閘底高程的確定、防洪評價(jià)計(jì)算和防洪綜合評價(jià)等。依據(jù)①《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定》[1];②《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目防洪評價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則》(試行)[2];③《龍灣區(qū)靈昆北段標(biāo)準(zhǔn)堤(一期)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》(浙江廣川工程咨詢有限公司,2007年8月)[3];④有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行評價(jià)。根據(jù)計(jì)算分析和評價(jià)結(jié)果,提供防洪影響分析成果。

2.1 工程水文

以下為本工程初步設(shè)計(jì)成果。

2.1.1 設(shè)計(jì)高潮位

設(shè)計(jì)高潮位成果見表1。

表1 設(shè)計(jì)高潮位成果表

2.1.2 設(shè)計(jì)低潮位

設(shè)計(jì)低潮位成果見表2。

表2 設(shè)計(jì)低潮位成果表

2.1.3 設(shè)計(jì)波浪

靈昆北堤主要受NW—NNW、N—NNE和NE—ENE向的風(fēng)浪控制,堤前設(shè)計(jì)波要素見表3。

表3 堤前波浪要素成果表

2.2 河勢的演變特征及流速變化分析

2.2.1 河勢概況

靈昆島在甌江河口將江道分成“南口”、“北口”2槽(見圖1)。其中北口為主槽,水深大,為主要航運(yùn)通道,江面寬2 000～2 400 m;南口水淺,沙灘散亂,河槽逐漸淤積,江面寬1 800～2 000 m。甌江河流出龍灣進(jìn)入北口以后,河槽呈微彎河勢,靈昆島北側(cè)呈凸岸。

靈昆島下游是甌江口外規(guī)模最大、發(fā)育最完善的攔門沙灘—溫州淺灘。1979年在南口上端拋筑潛壩后,南口逐漸淤積。根據(jù)靈昆南、北口歷年河道容積變化和漲落潮量分配比的變化,可以預(yù)計(jì),隨著南口河床日趨萎縮,而北口河床日趨擴(kuò)大。

圖1 工程區(qū)域河勢平面圖

2.2.2 水流平面流態(tài)

本工程海域大范圍的漲潮流自東向西傳播,由于眾多島嶼的分流作用,大致分為由東北向西、正東向西、東南向西3股主要漲潮流,進(jìn)入甌江口門后,靈昆島把漲潮流分為2汊(北汊和南汊)。北汊的潮流為2股潮的疊加,一股是由黃大岙水道和重山水道合二為一進(jìn)入中水道的潮流,同時(shí)重山水道還接納了一部分來自南邊寬闊海域穿越溫州淺灘在霓嶼島西側(cè)北上的潮流。另一股經(jīng)大門水道和沙頭水道合并后在崎頭處直接進(jìn)入北汊。進(jìn)入南汊的潮流是由寬闊海域從東南向進(jìn)入南水道后直接進(jìn)入甌江。北汊和南汊的潮流又在龍灣河段匯合后上溯。落潮流主要分南北2支,南支流向進(jìn)入寬闊海域;北支落潮流大都經(jīng)中水道、黃大岙水道和重山水道流出,一部分經(jīng)重山水道的落潮流又越過淺灘經(jīng)霓嶼島西側(cè)與南水道的落潮匯合。甌江口區(qū)域漲、落潮流矢圖見圖2、3。

圖2 歐江口區(qū)域漲急流矢圖

圖3 歐江口區(qū)域落急流矢圖

2.2.3 漲落潮流速

靈昆北堤沿線甌江北口七里港區(qū)至中水道上游由西至東漲潮平均流速在0.85～1.17 m/s,最大漲潮流速在1.25～1.75 m/s。落潮平均流速在0.66～0.98 m/s,最大落潮流速在0.86～1.29 m/s。外側(cè)口門處漲落潮流速較大,靈昆島上游漲落潮流速較小。

2.2.4 岸灘變化

由于漲落潮流的分汊以及流線、流速的不同,造成靈昆島沿岸邊坡岸灘的形態(tài)和發(fā)展趨勢的差異。就靈昆島南北口而言,總的趨勢是南口淤北口沖;就靈昆島北岸而言,由于北岸西端是上游洪水落潮流的頂沖部位,邊灘沖刷明顯,堤防容易失穩(wěn);而北岸東端也是漲潮流的沖刷部位,邊灘有一定的沖刷;北岸中段相比北岸東端沖刷程度略輕,但隨著南口潛堤的加高,南口淺灘的進(jìn)一步淤積縮窄,也同樣將增加北岸中段的沖刷程度。

2.3 擬建旱閘閘頂、閘底高程的分析與確定

2.3.1 閘頂高程

閘頂高程取7.20 m,與標(biāo)準(zhǔn)堤防浪墻頂高程一致。

2.3.2 閘底高程

根據(jù) 《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》[4],開敞式碼頭面高程可按下式計(jì)算:

式中:E為碼頭面高程(m);HWL為設(shè)計(jì)高水位(m);經(jīng)計(jì)算,取3.14 m;η0為設(shè)計(jì)高水位時(shí)重現(xiàn)期為50 a一遇的H1%波高靜水面以上的波峰面高度(m),經(jīng)計(jì)算,取0.85 m;h為碼頭上部結(jié)構(gòu)的高度(m),取1.0 m;Δ為波峰面以上至上部結(jié)構(gòu)底面的富裕高程(m),取0.5 m。則 E=3.14+0.85+1.0+0.5=5.49 m,取5.50m。

根據(jù)旱閘工程的防洪擋潮需要,并考慮與兩側(cè)標(biāo)準(zhǔn)堤以及旱閘內(nèi)外交通道路的銜接,取閘底高程為5.30 m,略高于50 a一遇的設(shè)計(jì)高潮位(5.22 m)。

2.4 旱閘安全性分析計(jì)算

2.4.1 閘室穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)旱閘的閘室結(jié)構(gòu)布置,按照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]規(guī)定的荷載組合,分別對完建期工況、外海高潮位工況 (H外為50 a一遇設(shè)計(jì)高潮位,H內(nèi)為正常水位)、運(yùn)行期工況3種工況計(jì)算閘室的偏心距、基底應(yīng)力、基底應(yīng)力的不均勻系數(shù)及沿閘室底面的抗滑穩(wěn)定系數(shù)。

由于結(jié)構(gòu)對稱布置,根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》基底應(yīng)力的最大值和最小值按計(jì)算;閘室基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按計(jì)算,f為閘室基底與地基之間的摩擦系數(shù),位于黏土地基的閘取0.20。水閘穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 旱閘穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

從表4可以看出閘室的整體穩(wěn)定和基底應(yīng)力的不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

2.4.2 防滲設(shè)計(jì)

旱閘閘基為淤泥質(zhì)黏土,設(shè)計(jì)采用平展式地下輪廓。閘基防滲長度,采用滲徑系數(shù)法。根據(jù) 《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄—C值表,淤泥質(zhì)黏土的滲徑系數(shù)C=7,最小防滲長度為:L=CΔ H。

計(jì)算得旱閘的最小防滲長度為5.04 m,實(shí)際滲徑長度為11.4 m,滿足防滲設(shè)計(jì)要求。

2.4.3 地基處理

旱閘閘室地基為淤泥質(zhì)黏土,地基承載力低,采用φ 800mm鋼筋混凝土灌注樁,進(jìn)行封閉閘室下部地基,起到延長滲徑,加固地基的作用。由 《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[6],根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力之間的關(guān)系,按下式確定大直徑樁(d≥800 mm)單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值:

經(jīng)計(jì)算,旱閘鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)采用橫向3排,樁長25 m,縱向間距3.5 m,共9根。

2.4.4 閘門與啟閉設(shè)備

采用人字型鋼閘門。

3 防洪影響綜合評價(jià)

3.1 符合防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

旱閘開口底高程為5.30 m,略高于50 a一遇設(shè)計(jì)高潮位5.22 m;閘頂高程按50 a一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定為7.20 m,因此,旱閘防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)符合工程及相關(guān)規(guī)范要求。

3.2 對河勢穩(wěn)定和河道行洪的影響

標(biāo)準(zhǔn)堤在老堤的基礎(chǔ)上加高加固,軸線基本沿老堤外側(cè)6 m布置,在規(guī)劃治導(dǎo)線以內(nèi)。擬建旱閘與防洪堤同步實(shí)施,且旱閘結(jié)構(gòu)外邊線與防洪堤齊平,未挑向河道。因此,就旱閘本身而言,不會對其所處河段河勢產(chǎn)生不利影響。

河道行洪時(shí),旱閘閘門關(guān)閉,與標(biāo)準(zhǔn)堤形成閉合。因此,旱閘本身阻水作用甚微,不會對河道水位、流場產(chǎn)生影響,不會對河道行洪帶來不利影響。

3.3 對防洪堤的影響

旱閘為防洪堤的交叉建筑物,除了需要滿足50 a一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外,還不能影響防洪堤的結(jié)構(gòu)安全、防滲安全。

旱閘作為碼頭通道,為了不影響其兩側(cè)的防洪堤安全,閘室采用獨(dú)立的鋼筋混凝土U型整體結(jié)構(gòu)。閘室地基為淤泥質(zhì)土,地基承載力低,不能滿足要求。因此,閘室基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在充分考慮閘室自身及運(yùn)行期的車輛荷載后,采用鋼筋混凝土灌注樁處理。根據(jù)計(jì)算成果,閘室穩(wěn)定及基礎(chǔ)承載力均滿足規(guī)范要求。運(yùn)行期,應(yīng)加強(qiáng)旱閘沉降及變形觀測,若出現(xiàn)不利情況,則需要采用棧橋或其它措施防止開口處車輛荷載對防洪堤的影響。

滲透穩(wěn)定是確保防洪堤安全的前提條件,在旱閘設(shè)計(jì)時(shí),為增長滲徑,閘室底板以下采用半封閉邊墻,并在閘室下部回填黏土,滲流計(jì)算成果表明,防滲設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。同時(shí),在旱閘兩側(cè)邊墩與防洪堤擋土板銜接處設(shè)置了橡膠止水,避免了潮水從分縫處滲入。

通過對旱閘結(jié)構(gòu)、地基處理及防滲設(shè)計(jì),確保了旱閘不會對防洪堤產(chǎn)生不利影響,并具備了防洪堤同樣的防洪擋潮標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 旱閘管理的防汛風(fēng)險(xiǎn)分析

旱閘建設(shè)期和運(yùn)行期,必須服從管理單位、水行政主管部門以及防汛指揮機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)督管理。汛期前應(yīng)編制完善的標(biāo)準(zhǔn)堤和旱閘度汛預(yù)案,報(bào)水行政主管部門及防汛部門審批,并落實(shí)專人和防汛搶險(xiǎn)物資。

旱閘外側(cè)碼頭建設(shè)前,應(yīng)確保閘門關(guān)閉;碼頭在建或建成運(yùn)行期間,如遇臺風(fēng)、洪潮,應(yīng)提前撤離人員和設(shè)備,并及時(shí)關(guān)閉閘門,確保防汛安全。

4 結(jié) 語

(1)根據(jù)旱閘抗滑穩(wěn)定計(jì)算和滲流分析,計(jì)算結(jié)果滿足抗滑穩(wěn)定及滲透穩(wěn)定要求。做好旱閘與兩側(cè)防洪堤的止水及基礎(chǔ)處理,旱閘建設(shè)不會對防洪帶來明顯的不利影響。

(2)防洪堤開口處是防洪堤岸線的薄弱環(huán)節(jié),必須給予充分的重視。旱閘宜與其兩側(cè)標(biāo)準(zhǔn)堤同步實(shí)施,應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和有關(guān)規(guī)范要求施工,確保工程質(zhì)量。

(3)運(yùn)行期應(yīng)注重對旱閘的日常檢查和保養(yǎng),確保旱閘安全運(yùn)行。

[1]中華人民共和國水利部,國家計(jì)委.水政 [1992]7號河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定 [S].北京:中華人民共和國水利部,國家計(jì)委,1992.

[2]中華人民共和國水利部.辦建管 [2004]109號河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目防洪評價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則 (試行)[S].北京:中華人民共和國水利部辦公廳,2004.

[3]陳秀良,湯德意,翁湛,等.龍灣區(qū)靈昆北段標(biāo)準(zhǔn)堤(一期)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告 [R].杭州:浙江廣川工程咨詢有限公司,2007.

[4]孫毓華,楊希宏,高壽梅,等.JTJ 211—99海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京:人民交通出版社,1999.

[5]陳登毅,張平易,許宗喜,等.SL 265—2001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2001.

[6]黃強(qiáng),劉金礪,高文生,等.JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.