西辛闸工程设计及防洪影响评价

吴伟峰，胡爱玲，王伟伟

（东平县水利局，山东 东平 271500）

西辛庄泄水涵闸工程位于东平县大清河北堤6+476处，连接城西排水河与大清河，涵闸进口连接段长5 m，底宽3.5 m，深1.5 m，上游渠道长 24.0 m，上游扭面之后接新建穿堤涵洞，共2孔，分5节，单节长8 m，断面尺寸为2.5 m×2.5 m，采用C25钢筋混凝土结构。穿堤涵洞后接防洪控制段，长8 m，其中闸室长3 m，洞身长5 m。工程实施后，东平街道、梯门镇、大羊镇3乡镇汇入稻屯洼的洪水，经西辛泄水涵闸流入大清河。

泄水涵闸的建设可提高城区防洪标准，改善生态环境和城镇居民的居住环境。同时，可减轻3乡镇1 333.33 hm2耕地的洪涝灾害，减少农作物损失108万元、副业损失21.6万元、工业损失3 000万元。且该区工业发达，是东平县的重点发展区域，全县大部分企业及工业园区都在该区域，是县财政的重要来源之一，在全县总工业产值中占有较大的比例。因此，东平县委、县政府决定兴建西辛庄泄水涵闸工程。但由于该工程位于大清河北堤，对东平县防洪有重要影响，因此，应进行充分的工程稳定分析与防洪影响评价。

1 稳定性分析

1.1 堤防渗流稳定分析

1.1.1 洞身部分大堤渗流稳定分析

堤身土成分以黏土为主，填筑质量较好，堤基土层自上而下分布为：填筑土、砂壤土、壤土、砂壤土、壤土、黏土、粗砂。渗流计算采用二维渗流有限元分析程序计算流场分布及出逸点比降。计算结果见表1。

由表1可知，出渗坡降Jmax＜J允，洞身部分满足大堤渗流稳定要求。

表1 工程所在位置处渗流稳定计算成果表

1.1.2 大堤渗流稳定分析

1）计算方法与计算断面。渗流计算采用北京理正软件设计研究所编制的 《渗流分析软件程序》，应用二维有限元渗流计算。根据坝段地形特点、坝基地质情况及蓄水位变化情况等，选择本断面为典型计算断面进行渗流分析计算。

2）计算工况。堤内正常水位，堤外水位为地面以下1.5 m时形成的渗流情况。

3）渗流计算参数。根据本次地质勘探，横断面上各透水区的渗透系数，应根据地质资料选取,计算渗流量时采用土层渗透系数的建议值，堤体及坝基各层土料渗透指标见表2。

表2 渗透系数一览表

4）计算成果。正常运行期堤防下游堤脚渗透坡降为0.23，小于回填土的临界比降0.52。

1.1.3 洞身接触渗流稳定分析

按《水闸》水平段渗流坡降值计算公式，经计算，在大清河发生设计洪水并在大堤堤身内形成稳定渗流的工况下，计算渗流坡降为0.13，小于回填土的临界比降0.52，故不会发生接触渗透破坏，涵闸渗透稳定满足设计要求。

1.2 边坡稳定分析

大堤为2级建筑物，根据 《堤防设计规范》（GB50286—1998），相应的坝坡抗滑稳定最小允许安全系数，正常运用条件下为1.25，非常运用条件下为1.15。

计算方法采用瑞典圆弧法。计算程序为中国水利水电科学研究院编制的《土质边坡稳定分析程序》（STAB2009）。

土的物理力学指标根据 《大清河北堤加高加固工程初设阶段地质勘察报告》选取。

各种工况下的坝坡计算抗滑安全系数见表3。其中：上游坝肩坐标为X=0.00 m、Y=0.00 m，X轴向上游为正，Y轴向下为正。

由表3计算结果可以看出，堤防典型断面堤内、外边坡稳定均能满足规范要求。

1.3 地基承载力复核

涵闸坐落于原状壤土地基上，地基最大承载力为110 kPa，修正后地基最大承载力为173 kPa。为保证工程的安全可靠性，选取填土高差较大的第二节涵闸进行计算。涵闸回填土力学指标：γ湿=19.5 kN/m3，内摩角 φ=30°。

表3 堤防边坡稳定计算成果表

经计算，涵闸基底压应力最大值159.3 kPa，小于地基承载力特征值173 kPa，因此洞身地基应力满足设计要求。

2 防洪影响分析

2.1 满足现有防洪标准及有关技术要求

根据西辛庄防洪泄水涵闸工程设计，采用老湖水位44.79 m，大清河尚流泽站发生7 000 m3/s流量的洪水标准设计，西辛庄防洪泄水涵闸工程实施符合防洪标准要求，与有关技术要求相适应。

2.2 对行洪安全和防汛抢险不会造成影响

工程施工选择在2—5月，为大清河的枯水季节，河道内水量较小。工程实施后，最大出逸坡度小于允许出逸坡度，因此基本不会产生管涌及流土现象，能够满足河道的行洪安全和防汛抢险的要求。

2.3 对河势稳定、防洪及其他水利工程设施的影响

根据河道演变分析及冲刷计算，大清河河势相对稳定，西辛庄防洪泄水涵闸工程只是在大清河右侧滩地上开挖一条泄水河道，泄水闸及其下游的泄水河道建设对大清河没有提出平面变动要求。因此，西辛庄防洪泄水涵闸工程的建设不会影响河道河势的稳定。

3 结语

通过以上的综合指标分析，西辛庄泄水涵闸工程不论在施工期还是在运行期，其堤防渗流稳定性、堤内、外边坡稳定性以及闸室抗滑稳定安全性，都能满足大清河河堤防洪要求，不会对防洪工程的安全运行造成不良影响。