界南河治理工程设计论文

一、概况

大白莲沟为皖豫两省的边界河道，原流域面积为70.3km2，其中包含界南河上段流域王绍庄闸~荣老家的11km2流域面积，界临郸公路修建后，将双沟5km2截入界南河治理下段，白莲沟实际流域面积为65.3km2。该大沟于界首市王绍庄南部由西向东横穿界南河，且无控制工程，大白莲沟来水多串入界南河，致使界南河实际排涝流量增大，通过对流域范围的确定，白莲沟与界南河交叉口以上的白莲沟和界南河上段总流域面积共61.1km2。5年一遇设计排涝流量为60.83m3/s，设计对该叉口以下的白莲沟处的流量分配分析，分流至白莲沟下段30.6m3/s，分流至界南河下段30.23m3/s。

二、工程设计研究分析

1．河道工程设计

（1）断面设计

根据《安徽省淮北地区除涝水文计算办法》，计算出各河段5年一遇排涝流量。根据曼宁公式，21321ARInQ进行断面过流量计算。

（2）纵断面设计

①设计河底纵比降应基本维持现状河底纵比降；

②方便与上下游河道的衔接；

③满足施工机械对挖河深度的要求。

（3）横断面设计

①河道边坡。根据界南河治理地质勘探资料和河道工况，分别选取15+331（左岸）和16+885；（右岸）两个典型断面分别代表工程地质条件基本相同的地质单元进行稳定计算。

②计算工况。根据《水电水利工程边坡设计规范》（SL189-96）的有关规定，界南河河道边坡抗滑稳定计算包括如下内容：A、正常运行期内河为5年一遇排涝水位的工况；B、非常运行期其一：内水位自5年一遇排涝水位非常骤降的工况（按2m/d考虑）；其：：内水位为5年一遇排涝水位遇地震的工况；其孑：施工无水期的工况③汁算参数的选定：本次设计为了验证岩I.物肩力学参数和II程地质条件，安徽省阜阳市勘测院对界嗬河全段进行了勘探钻孔取样，并做丨‘各项参数的卜.1：试验。根据十.T试验资料，确定各材料的计算参数

④计兑方法：釆用瑞典圆弧法进行抗滑稳定计灯，使用的计兑程序河海大学I：程力学研究所编制的《土石坝边坡稳定分析系统》。

⑤计算结果：鉴于河岸现状边坡大多为1:2左右，本次初步拟定边坡河道开挖的边坡为1:2，为了比较，另外计算了边坡为1:2.5的抗滑稳定。各段河道边坡的稳定分析成果见表1，从表中结果可以看出，边坡1:2满足抗滑稳定要求。

2.涵闸工程设计

(1)堤防标准

新界南河涵处堤防设计堤顶高程37.87m,堤顶宽度6.0m,内外边坡皆为1:3。

(2)地箍设计参数

根祸涵闸址处的地质特性，确定地基丨：与涵底板之间摩擦系数的选取：新界漸河涵：涵洞及诞墙底板來落在第③层粉细砂上，根椐<〈水闸设H-规范〉〉及芘他类似工程的经验，取地椟丨.与涵洞、诞墙庇板M的摩擦系数为0.40。

(3)涵址位置选择

根据地形、地基土质和排涝区排水条件，本着减少开挖上方敁，尽显利用现有沟渠的原则，王绍庄闸原址拆除重建，新界鹵河涵在老界I甸河涵左侧增逑，涵洞轴线与堤防正交。

3.水力计算

(1)过水能力计兑

核兑穿堤涵洞II排时期的过水能力，拟定洞身断面尺寸：采用单孔，孔口尺寸为（宽〉4.0X(高）3.6m,孔底高程V29.00按设计ft排流WQ=37.80m3/s(相应内河侧水位33.90m,外河侧水位33.75m)进行计算。因上、K游皆淹没，内河侧水深//与洞高a的比值为1.361，大于1.20，故为有压出流，按有压流公式计算：Q="“copgiH^iL-/^)式巾：//一有压淹没出流的流量系数；w—过水而积；//。一涵前水深（含流速水头在内>;/一涵洞底坡；L一洞长；h丨—以出口涵底为标高的出丨水深其中洞长L=33.00m考虑到各种水头损尖（包括拦污栅、水泵及水粲梁的影响），经计灯Q=38.76>37.80m3/s,孔径满足要求。

(2)消能防冲计箅“计筇公式按《水闸设计规范〉〉推荐

公式，汁饵公式同王绍庄闸消力池距河口很近，外河侧引水渠中形成h型水面曲线,控制断面在河口,控制水深为临界水深<按闸门分档幵启进行汁算，每给出一个幵度e可求出过闸流设<?、跃前水深/:及跃后水深/<，敁终可求出水跃淹没系数CT岑虑水流涧水滞G闪素影响，为安全起见，取前档幵度时的F游水深作为本档开度对应的K游水深.

(3)池深计算

通过if兑发现：跃后水深<均大于外河出池河床水深<，故馓设S消力池1Ifi/ii,随笤<?、（？之增大，（/,_/,值亦相应增大，池深丨h消能流爐Q=28.60m3/s控制。经计算，池深为0.71m实际按0.8m取用。

(4)计算消力池长度

/^-计算得Lsj=12.73m,取13.0m(5)求消力池始端厚度t1)据抗冲要求,求消力池始端厚度t按《水闸设计规范》t=k\Jc/^AHk,=0.15-0.20，代入解得：t=0.32-0.42/；

2)据抗浮獎求经汁灯t=0.41m,实取厚度0.5m满足费求。4,防渗排水设计

(1)渗径长度计灯裉据《水闸设计规范》初拟的涵锥防渗长度按下式讣兑：L=CXAH式屮：AH—上下游水位差m);C—渗径系数..根据钻探资料，涵猫t质为粉砂，杳《水闸设计规范》在出口反滤排水条件卜，取C值为9~13,按最不利组合消能时期最大水头差AH=247m，L=CXAH=22.23~32.11m,实际防渗长度54.60m渗径於度满足毋求。

(2)湊流计算1)允许渗流坡降涵基土层为粉质粘上，查《水闸设计规范》(SL265-2001)附表6.0.4.地基允许渗透坡降为：水平段0.05-0.07,出口段为0.25~0.30，渗流出IJ处设反滤层时，渗流坡降允许值对加大30%，[J]=0.25~0.3x(1+30%)=0.325-0.39；

2)渗流计箅采用水闸设计规范》推荐的改进阻力系数法计算,计兑公式同王绍庄闸。经计兑，渗透出I出逸坡降为0.31，越底水平段最大渗透坡降为0.05不会出现渗透破坏，满足规范耍求。

(3)排水设计1)反滤层设计W防洪和恶劣放水时期，两个方向水头差均较大，故在建筑物的上、K游均设置反滤层，S上Ifi丨K设置各0.2m^的瓜子片、粗砂、中砂。反滤料级配应满足：D15/d85<5D15/d15=5-40D50/d50<25冒水孔直径tp80mm,梅花形布置，间距0.5m,孔内填碎石。

2）永久止水缝设置止水缝间隙20mm，缝内夹橡皮止水带。涵洞共设五道止水：洞身分缝处的止水；涵洞与上、下游翼墙间的垂直止水；洞身与下游消力池间的水平止水；下游翼墙底板与消力池间的水平止水。除洞身分缝处设明止水及暗止水各一道外，其余均只设暗止水一道。明止水为平板橡皮加钢板压紧，暗止水直接浇入混凝土中。

三、小结

总之，从整个工程的设计、计算，分析等结论得知，界首市界南河治理工程完成后，可使干流疏浚段除涝标准达到5年一遇，可减少涝灾造成的经济损失。该项目具有可观的经济效益，说明本工程是合理可行的。

作者：蒋师 单位：安徽省阜阳市水利规划设计院