界南河治理工程設(shè)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(shè)計排澇流量為60.83m3/s，設(shè)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(shè)計研究分析

1．河道工程設(shè)計

（1）斷面設(shè)計

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

（2）縱斷面設(shè)計

①設(shè)計河底縱比降應(yīng)基本維持現(xiàn)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(shè)計

①河道邊坡。根據(jù)界南河治理地質(zhì)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(zhì)條件基本相同的地質(zhì)單元進行穩(wěn)定計算。

②計算工況。根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》（SL189-96）的有關(guān)規(guī)定，界南河河道邊坡抗滑穩(wěn)定計算包括如下內(nèi)容：A、正常運行期內(nèi)河為5年一遇排澇水位的工況；B、非常運行期其一：內(nèi)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(nèi)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(shù)的選定：本次設(shè)計為了驗證巖I.物肩力學(xué)參數(shù)和II程地質(zhì)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(shù)的卜.1：試驗。根據(jù)十.T試驗資料，確定各材料的計算參數(shù)

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

⑤計算結(jié)果：鑒于河岸現(xiàn)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(wěn)定。各段河道邊坡的穩(wěn)定分析成果見表1，從表中結(jié)果可以看出，邊坡1:2滿足抗滑穩(wěn)定要求。

2.涵閘工程設(shè)計

(1)堤防標準

新界南河涵處堤防設(shè)計堤頂高程37.87m,堤頂寬度6.0m,內(nèi)外邊坡皆為1:3。

(2)地箍設(shè)計參數(shù)

根禍涵閘址處的地質(zhì)特性，確定地基丨：與涵底板之間摩擦系數(shù)的選?。盒陆鐫u河涵：涵洞及誕墻底板來落在第③層粉細砂上，根椐<〈水閘設(shè)H-規(guī)范〉〉及芘他類似工程的經(jīng)驗，取地櫝丨.與涵洞、誕墻庇板M的摩擦系數(shù)為0.40。

(3)涵址位置選擇

根據(jù)地形、地基土質(zhì)和排澇區(qū)排水條件，本著減少開挖上方敁，盡顯利用現(xiàn)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(cè)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(shè)計ft排流WQ=37.80m3/s(相應(yīng)內(nèi)河側(cè)水位33.90m,外河側(cè)水位33.75m)進行計算。因上、K游皆淹沒，內(nèi)河側(cè)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(shù)；w—過水而積；//。一涵前水深（含流速水頭在內(nèi)>;/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(jīng)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(shè)計規(guī)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(cè)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(shè)<?、躍前水深/:及躍后水深/<，敁終可求出水躍淹沒系數(shù)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(yīng)的K游水深.

(3)池深計算

通過if兌發(fā)現(xiàn)：躍后水深<均大于外河出池河床水深<，故馓設(shè)S消力池1Ifi/ii,隨笤<?、（？之增大，（/,_/,」值亦相應(yīng)增大，池深丨h(huán)消能流爐Q=28.60m3/s控制。經(jīng)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(jù)抗沖要求,求消力池始端厚度t按《水閘設(shè)計規(guī)范》t=k\Jc/^AHk,=0.15-0.20，代入解得：t=0.32-0.42/；

2)據(jù)抗浮獎求經(jīng)汁燈t=0.41m,實取厚度0.5m滿足費求。4,防滲排水設(shè)計

(1)滲徑長度計燈裉據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)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(shù)..根據(jù)鉆探資料，涵貓t質(zhì)為粉砂，杳《水閘設(shè)計規(guī)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A(yù)H=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(zhì)粘上，查《水閘設(shè)計規(guī)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(shè)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(shè)計規(guī)范》推薦的改進阻力系數(shù)法計算,計兌公式同王紹莊閘。經(jīng)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(xiàn)滲透破壞，滿足規(guī)范耍求。

(3)排水設(shè)計1)反濾層設(shè)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(shè)置反濾層，S上Ifi丨K設(shè)置各0.2m^的瓜子片、粗砂、中砂。反濾料級配應(yīng)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(nèi)填碎石。

2）永久止水縫設(shè)置止水縫間隙20mm，縫內(nèi)夾橡皮止水帶。涵洞共設(shè)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(shè)明止水及暗止水各一道外，其余均只設(shè)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(jié)

總之，從整個工程的設(shè)計、計算，分析等結(jié)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(zāi)造成的經(jīng)濟損失。該項目具有可觀的經(jīng)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(guī)劃設(shè)計院