界南河治理工程設計論文

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一、概況

大白蓮溝為皖豫兩省的邊界河道，原流域面積為70.3km2，其中包含界南河上段流域王紹莊閘~榮老家的11km2流域面積，界臨鄲公路修建后，將雙溝5km2截入界南河治理下段，白蓮溝實際流域面積為65.3km2。該大溝于界首市王紹莊南部由西向東橫穿界南河，且無控制工程，大白蓮溝來水多串入界南河，致使界南河實際排澇流量增大，通過對流域范圍的確定，白蓮溝與界南河交叉口以上的白蓮溝和界南河上段總流域面積共61.1km2。5年一遇設計排澇流量為60.83m3/s，設計對該叉口以下的白蓮溝處的流量分配分析，分流至白蓮溝下段30.6m3/s，分流至界南河下段30.23m3/s。

二、工程設計研究分析

1．河道工程設計

（1）斷面設計

根據《安徽省淮北地區除澇水文計算辦法》，計算出各河段5年一遇排澇流量。根據曼寧公式，21321ARInQ進行斷面過流量計算。

（2）縱斷面設計

①設計河底縱比降應基本維持現狀河底縱比降；

②方便與上下游河道的銜接；

③滿足施工機械對挖河深度的要求。

（3）橫斷面設計

①河道邊坡。根據界南河治理地質勘探資料和河道工況，分別選取15+331（左岸）和16+885；（右岸）兩個典型斷面分別代表工程地質條件基本相同的地質單元進行穩定計算。

②計算工況。根據《水電水利工程邊坡設計規范》（SL189-96）的有關規定，界南河河道邊坡抗滑穩定計算包括如下內容：A、正常運行期內河為5年一遇排澇水位的工況；B、非常運行期其一：內水位自5年一遇排澇水位非常驟降的工況（按2m/d考慮）；其：：內水位為5年一遇排澇水位遇地震的工況；其孑：施工無水期的工況③汁算參數的選定：本次設計為了驗證巖I.物肩力學參數和II程地質條件，安徽省阜陽市勘測院對界嗬河全段進行了勘探鉆孔取樣，并做丨‘各項參數的卜.1：試驗。根據十.T試驗資料，確定各材料的計算參數

④計兌方法：釆用瑞典圓弧法進行抗滑穩定計燈，使用的計兌程序河海大學I：程力學研究所編制的《土石壩邊坡穩定分析系統》。

⑤計算結果：鑒于河岸現狀邊坡大多為1:2左右，本次初步擬定邊坡河道開挖的邊坡為1:2，為了比較，另外計算了邊坡為1:2.5的抗滑穩定。各段河道邊坡的穩定分析成果見表1，從表中結果可以看出，邊坡1:2滿足抗滑穩定要求。

2.涵閘工程設計

(1)堤防標準

新界南河涵處堤防設計堤頂高程37.87m,堤頂寬度6.0m,內外邊坡皆為1:3。

(2)地箍設計參數

根禍涵閘址處的地質特性，確定地基丨：與涵底板之間摩擦系數的選取：新界漸河涵：涵洞及誕墻底板來落在第③層粉細砂上，根椐<〈水閘設H-規范〉〉及芘他類似工程的經驗，取地櫝丨.與涵洞、誕墻庇板M的摩擦系數為0.40。

(3)涵址位置選擇

根據地形、地基土質和排澇區排水條件，本著減少開挖上方敁，盡顯利用現有溝渠的原則，王紹莊閘原址拆除重建，新界鹵河涵在老界I甸河涵左側增逑，涵洞軸線與堤防正交。

3.水力計算

(1)過水能力計兌

核兌穿堤涵洞II排時期的過水能力，擬定洞身斷面尺寸：采用單孔，孔口尺寸為（寬〉4.0X(高）3.6m,孔底高程V29.00按設計ft排流WQ=37.80m3/s(相應內河側水位33.90m,外河側水位33.75m)進行計算。因上、K游皆淹沒，內河側水深//與洞高a的比值為1.361，大于1.20，故為有壓出流，按有壓流公式計算：Q="“copgiH^iL-/^)式巾：//一有壓淹沒出流的流量系數；w—過水而積；//。一涵前水深（含流速水頭在內>;/一涵洞底坡；L一洞長；h丨—以出口涵底為標高的出丨」水深其中洞長L=33.00m考慮到各種水頭損尖（包括攔污柵、水泵及水粲梁的影響），經計燈Q=38.76>37.80m3/s,孔徑滿足要求。

(2)消能防沖計箅“計筇公式按《水閘設計規范〉〉推薦

公式，汁餌公式同王紹莊閘消力池距河口很近，外河側引水渠中形成h型水面曲線,控制斷面在河口,控制水深為臨界水深<按閘門分檔幵啟進行汁算，每給出一個幵度e可求出過閘流設<?、躍前水深/:及躍后水深/<，敁終可求出水躍淹沒系數CT岑慮水流澗水滯G閃素影響，為安全起見，取前檔幵度時的F游水深作為本檔開度對應的K游水深.

(3)池深計算

通過if兌發現：躍后水深<均大于外河出池河床水深<，故馓設S消力池1Ifi/ii,隨笤<?、（？之增大，（/,_/,」值亦相應增大，池深丨h消能流爐Q=28.60m3/s控制。經計算，池深為0.71m實際按0.8m取用。

(4)計算消力池長度

/^-計算得Lsj=12.73m,取13.0m(5)求消力池始端厚度t1)據抗沖要求,求消力池始端厚度t按《水閘設計規范》t=k\Jc/^AHk,=0.15-0.20，代入解得：t=0.32-0.42/；

2)據抗浮獎求經汁燈t=0.41m,實取厚度0.5m滿足費求。4,防滲排水設計

(1)滲徑長度計燈裉據《水閘設計規范》初擬的涵錐防滲長度按下式訃兌：L=CXAH式屮：AH—上下游水位差m);C—滲徑系數..根據鉆探資料，涵貓t質為粉砂，杳《水閘設計規范》在出口反濾排水條件卜，取C值為9~13,按最不利組合消能時期最大水頭差AH=247m，L=CXAH=22.23~32.11m,實際防滲長度54.60m滲徑於度滿足毋求。

(2)湊流計算1)允許滲流坡降涵基土層為粉質粘上，查《水閘設計規范》(SL265-2001)附表6.0.4.地基允許滲透坡降為：水平段0.05-0.07,出口段為0.25~0.30，滲流出IJ處設反濾層時，滲流坡降允許值對加大30%，[J]=0.25~0.3x(1+30%)=0.325-0.39；

2)滲流計箅采用水閘設計規范》推薦的改進阻力系數法計算,計兌公式同王紹莊閘。經計兌，滲透出I」出逸坡降為0.31，越底水平段最大滲透坡降為0.05不會出現滲透破壞，滿足規范耍求。

(3)排水設計1)反濾層設計W防洪和惡劣放水時期，兩個方向水頭差均較大，故在建筑物的上、K游均設置反濾層，S上Ifi丨K設置各0.2m^的瓜子片、粗砂、中砂。反濾料級配應滿足：D15/d85<5D15/d15=5-40D50/d50<25冒水孔直徑tp80mm,梅花形布置，間距0.5m,孔內填碎石。

2）永久止水縫設置止水縫間隙20mm，縫內夾橡皮止水帶。涵洞共設五道止水：洞身分縫處的止水；涵洞與上、下游翼墻間的垂直止水；洞身與下游消力池間的水平止水；下游翼墻底板與消力池間的水平止水。除洞身分縫處設明止水及暗止水各一道外，其余均只設暗止水一道。明止水為平板橡皮加鋼板壓緊，暗止水直接澆入混凝土中。

三、小結

總之，從整個工程的設計、計算，分析等結論得知，界首市界南河治理工程完成后，可使干流疏浚段除澇標準達到5年一遇，可減少澇災造成的經濟損失。該項目具有可觀的經濟效益，說明本工程是合理可行的。

作者：蔣師 單位：安徽省阜陽市水利規劃設計院