馮 露 劉錦雯

（1.安徽省（水利部淮河水利委員會(huì)）水利科學(xué)研究院 合肥 230088 2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督監(jiān)測(cè)站 合肥 230088 3.南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司 南京 210000）

某電力線路改造穿越不牢河工程防洪評(píng)價(jià)計(jì)算

馮 露1，2劉錦雯3

（1.安徽?。ㄋ炕春铀瘑T會(huì)）水利科學(xué)研究院 合肥 230088 2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督監(jiān)測(cè)站 合肥 230088 3.南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司 南京 210000）

本文以某電力線路改造穿越不牢河工程為例，根據(jù)出入土點(diǎn)選擇、管線布置等穿越設(shè)計(jì)方案，詳述了該工程在穿越不牢河改造防洪評(píng)價(jià)計(jì)算中的水文分析、壅水分析、沖刷分析及堤防穩(wěn)定計(jì)算的過(guò)程。

電力線路改造 壅水分析 沖刷分析 堤防穩(wěn)定計(jì)算

1 工程概況

某電力線路原有的供電線路35kV潘山線及110kV潘解線，采用架空方式穿越京杭大運(yùn)河不牢河段，因電塔林立，影響安全和美觀，該項(xiàng)目擬將對(duì)上述兩條線路跨越方式改造為下穿，管線采用定向鉆穿越，布置在京杭大運(yùn)河不牢河段，其余為桿塔架線改造。兩路電纜從河床底部穿越運(yùn)河以后，原線路將報(bào)廢拆除，拆除范圍包括導(dǎo)線和鐵塔，塔基不影響后期使用不做拆除。

2 穿越設(shè)計(jì)方案

2.1 出入土點(diǎn)選擇和管線布置

工程采用定向鉆穿越不牢河，最大孔徑700mm。穿越管道設(shè)計(jì)總長(zhǎng)為 628m，管道高程 30.56m～11.9m～30.65m，主要在含礓粘土層穿越。

入土點(diǎn)位于不牢河左岸，距左河口約220m，管線穿河處走向與河道水流方向夾角90°。入土點(diǎn)處地面高程30.56m，管溝挖深1.5m，入土角15°，入土坑尺寸為2m× 4m×1.5m。出土點(diǎn)位于不牢河右堤外，坐標(biāo)為 X：39537157.525，Y：3798372.734，出土點(diǎn)處地面高程30.65m，管溝挖深1.5m，出土角為12°，距右堤外堤腳134.97m，出土坑尺寸為2 m×4 m×1.5m；管線河床平直段設(shè)計(jì)高程為11.9m，距現(xiàn)狀河底（高程20.9m）埋深約9m。

2.2 管線規(guī)模與布置

孔內(nèi)包裹6根DN200PE和2根DN110PE電纜線管，管線橫斷面示意圖見(jiàn)圖1。穿越出土后，采取電纜溝排管施工，排管深1.5m，北部長(zhǎng)約30m，南部長(zhǎng)約50m。穿越處不牢河兩岸均設(shè)置穿越標(biāo)志樁，河岸兩側(cè)設(shè)警示牌。

2.3 地震設(shè)防烈度

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，擬建場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為七度區(qū)第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，特征周期為0.40s。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，場(chǎng)地內(nèi)土層經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)判斷，該場(chǎng)地內(nèi)土層不液化。

圖1 管線橫斷面示意圖

3 防洪評(píng)價(jià)計(jì)算

3.1 不牢河水文分析計(jì)算

3.1.1 洪水頻率

依據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中水域穿越工程等級(jí)與設(shè)計(jì)洪水劃分，不牢河穿越工程等級(jí)為大型穿越，設(shè)計(jì)洪水頻率為1%，即100年一遇。水域穿越工程等級(jí)與設(shè)計(jì)洪水頻率見(jiàn)表1。

表1 水域穿越工程等級(jí)與設(shè)計(jì)洪水頻率表

3.1.2 行洪流量及水位

該項(xiàng)目在不牢河解臺(tái)閘至劉山閘之間，在解臺(tái)閘下游2.73km處穿越不牢河，工程處上游無(wú)支流河道匯入，兩閘之間距離39.9km。按照《徐州市城市防洪規(guī)劃》中分析計(jì)算結(jié)果，水文分析計(jì)算采用該段不牢河實(shí)測(cè)河道斷面以及相應(yīng)水位流量數(shù)據(jù)，按照水力學(xué)明渠恒定均勻流公式計(jì)算，計(jì)算得：該工程處100年一遇設(shè)計(jì)流量為575m3/s，相應(yīng)水位為31.60m。

采用工程處100年一遇洪水的設(shè)計(jì)流量575m3/s，相應(yīng)水位31.60m。

3.1.3 20年一遇行洪流量及水位

根據(jù)《江蘇省水情防汛手冊(cè)》，查得劉山閘上20年一遇設(shè)計(jì)洪水位27.08m，流量828m3/s；解臺(tái)閘下20年一遇設(shè)計(jì)洪水位30.27m，流量500m3/s。該工程位于解臺(tái)閘下2.73km處，區(qū)間無(wú)支流匯入，該工程處 20年一遇設(shè)計(jì)流量為500m3/s，相應(yīng)水位為30.05m。工程處設(shè)計(jì)洪水見(jiàn)表2。

3.1.4通航水位

該工程位于解臺(tái)閘和劉山閘之間,該段航道現(xiàn)狀為Ⅱ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)交航計(jì)〔2013〕57號(hào)文：不牢河解臺(tái)閘至劉山閘段最高通航水位28.88m，最低通航水位25.78m。

表2 工程處設(shè)計(jì)洪水表

表3 工程處沖刷計(jì)算成果表

表4 穿越處右岸堤防穩(wěn)定計(jì)算選用物理力學(xué)指標(biāo)表

表5 穿越處堤坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

3.2 壅水分析計(jì)算

該工程管道采用定向鉆穿越河床，穿越管線長(zhǎng)約628m，不存在阻水影響。管道在最低河底處以下深度9m，埋深較深，不會(huì)在河道內(nèi)形成河床隆起，因此不會(huì)引起壅水。

3.3 沖刷分析計(jì)算

該工程建設(shè)處河道規(guī)則順直，河道渠化。在河道發(fā)生設(shè)計(jì)洪水時(shí)，對(duì)河床的沖刷深度根據(jù)《河道整治設(shè)計(jì)規(guī)范》，計(jì)算工程處河床沖刷情況，計(jì)算公式如下：

hB=hp×[（Vcp/V允）n-1]

式中：hB—局部沖刷深度（m）；

hp—沖刷處水深（m），以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替；

Vcp—斷面平均流速（m/s）；

V允—床面上允許不沖流速（m/s）；

n—與防護(hù)岸坡現(xiàn)狀有關(guān)，一般取1/4。

Vcp按明渠均勻流公式計(jì)算：

Vcp=Q/A

式中：Q—流量（m3/s）；

A—過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（m2）。

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄F，當(dāng)河底為非粘土，R≠1.0m時(shí)，根據(jù)土質(zhì)粒徑和斷面水深，非粘土河床面上允許不沖刷流速計(jì)算公式如下：

V允=（0.26～0.40）×Rα

當(dāng)河底為粘土，R≠1.0m時(shí)，根據(jù)土質(zhì)粒徑和斷面水深，粘土河床面上允許不沖刷流速計(jì)算公式如下：

V允=（0.75～1.00）×Rα

式中：R—為水力半徑（m）；

α—指數(shù)，與斷面處土質(zhì)的密實(shí)度有關(guān)，松軟的土料或土料層保護(hù)層，α取值1/3～1/4；中等密實(shí)和密實(shí)的土料或土料層保護(hù)層，α取值1/4～1/5。

該工程河床土壤為粉土取0.4。

R=A/X

式中：X—濕周（m），α取值1/4。

在設(shè)計(jì)洪水下，工程處沖刷計(jì)算成果表見(jiàn)表3。

由表3沖刷計(jì)算成果表可以看出，當(dāng)遭遇100年一遇及20年一遇洪水時(shí)，穿越處不牢河處河底土質(zhì)為粘土，平均流速小于允許沖刷流速，河底不存在沖刷。

3.4 堤防穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》第F.0.1、第F.0.3，施工期和水位降落期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)采用總應(yīng)力法計(jì)算，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分別采用快剪和固結(jié)快剪指標(biāo)；穩(wěn)定滲流期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)采用有效應(yīng)力法計(jì)算，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用慢剪指標(biāo)。

式中：b—條塊寬度（m）；

W—條塊重力，W=W1+W2+ρwZb（kN）；

W1—在堤坡外水位以上的條塊重力（kN）；

W2—在堤坡外水位以下的條塊重力（kN）；

Z—堤坡外水位高出條塊底面中點(diǎn)的距離（m）；

u—穩(wěn)定滲流期堤身或堤基中的孔隙壓力（kPa）；

ui—水位降落前堤身的孔隙壓力（kPa）；

β—條塊的重力線與通過(guò)此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角（°）；

γw—水的重度（kN/m3）；

Ccu、cu、Cu、u、C'、'—土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（kN/m3，°）。

根據(jù)地質(zhì)勘探土工試驗(yàn)成果綜合分析，堤坡穩(wěn)定計(jì)算采用的各土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表4。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，穩(wěn)定滲流期抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用慢剪指標(biāo)，水位降落期采用固結(jié)快剪指標(biāo)。

穿越處不牢河右岸有明顯堤防,左岸無(wú)堤防，僅對(duì)右岸堤防進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。采用地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告中地質(zhì)鉆孔柱狀圖資料，穩(wěn)定計(jì)算選用的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表5。

計(jì)算采用瑞典圓弧法，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)條件綜合分析可知：該工程實(shí)施后，管道穿越處堤防的抗滑安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，可以判斷此段河道岸坡穩(wěn)定