盧高敏

(清遠(yuǎn)市信源項(xiàng)目管理有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511500)

1 工程概況

廣州至清遠(yuǎn)城際軌道交通線簡(jiǎn)稱廣清城軌，線路正線全長(zhǎng)38.36 km，基本沿著廣清高速公路(107國(guó)道)，線路速度目標(biāo)值為200 km/h，正線數(shù)目為雙線。設(shè)計(jì)時(shí)速200 km/h。全線共設(shè)6座車站。項(xiàng)目總投資145億元，建設(shè)總工期4年，工程于2013年開(kāi)工建設(shè)，2016年正式通車。廣清城際軌道交通線路龍?zhí)羷?dòng)車運(yùn)用所選址于清遠(yuǎn)市清城區(qū)龍?zhí)伶?zhèn)內(nèi)，占地面積34.96 hm2。龍?zhí)吝\(yùn)用所防洪工程(安豐圍)堤防部分通過(guò)加固和新建堤防，使堤防等級(jí)達(dá)到50年一遇，通過(guò)飛來(lái)峽水利樞紐的調(diào)控，達(dá)到100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，堤防部分加固舊堤4.22 km，新建堤防4.365 km，新建水閘9座。項(xiàng)目的建成將使清遠(yuǎn)市的交通基礎(chǔ)設(shè)施得到進(jìn)一步完善，將為當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的動(dòng)力。

2 工程建設(shè)緣由

龍?zhí)伶?zhèn)全鎮(zhèn)已納入清遠(yuǎn)市城市規(guī)劃區(qū)，近年城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)建設(shè)很快，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展突飛猛進(jìn)。將龍?zhí)伶?zhèn)納入安豐圍的保護(hù)范圍，對(duì)墟鎮(zhèn)沿河岸線和堤防進(jìn)行重新規(guī)劃和達(dá)標(biāo)加固，使龍?zhí)列骀?zhèn)的防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到城市防洪標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，并使臟亂差的河岸環(huán)境得到根治，使龍?zhí)伶?zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施配套建設(shè)達(dá)到城市水平。因此，安豐圍的達(dá)標(biāo)加固工程是龍?zhí)伶?zhèn)城市化建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的需要。參考類似工程設(shè)計(jì)案例經(jīng)驗(yàn)[1-6]，對(duì)龍?zhí)羷?dòng)車運(yùn)用所開(kāi)展設(shè)計(jì)分析工作。

3 堤防設(shè)計(jì)分析

3.1 堤頂加高設(shè)計(jì)

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)規(guī)定，堤頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高確定。堤頂超高按下式計(jì)算確定：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y為堤頂超高，m；R為設(shè)計(jì)波浪爬高，m；e為設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度，m；A為安全加高，m。

波浪爬高按以下公式計(jì)算：

(2)

(3)

波浪的平均波高和波長(zhǎng)按下列公式計(jì)算：

(4)

(5)

式中：T為平均波周期，s；V為計(jì)算風(fēng)速，取多年平均最大風(fēng)速；F為風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度；d為水域的平均水深；g為重力加速度。

根據(jù)本工程的斷面型式，計(jì)算各種工況堤頂加高見(jiàn)表1。

表1 堤頂超高計(jì)算成果表

3.2 堤防滲流穩(wěn)定分析

3.2.1 計(jì)算斷面

根據(jù)新建土堤的堤身結(jié)構(gòu)，選取4+150作為典型計(jì)算斷面。設(shè)計(jì)斷面尺寸：堤頂寬8.0 m，迎水坡坡度1∶2.75，背水坡坡度1∶2.5，迎水坡最大堤高9.6 m，最大水深7.6 m，背水坡最大堤高9.6 m，以此作為最不利計(jì)算斷面。

3.2.2 土堤設(shè)計(jì)斷面滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算

1) 浸潤(rùn)線計(jì)算。按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)附錄E進(jìn)行浸潤(rùn)線計(jì)算，按透水堤基進(jìn)行計(jì)算，堤基滲透系數(shù)為8.19×10-6cm/s，堤身滲透系數(shù)為5.56×10-4cm/s，采用理正沿途滲流分析軟件進(jìn)行計(jì)算，浸潤(rùn)線計(jì)算示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 浸潤(rùn)線計(jì)算示意圖

根據(jù)計(jì)算可得，ΔL=3.215 m,L=37.5 m,L1=40.715 m；堤身單位寬度滲透流量q=0.49[m3/(d*m)]；下游逸出點(diǎn)高度h0=2.206 m。浸潤(rùn)線見(jiàn)表2。

表2 浸潤(rùn)線坐標(biāo)表

由表2坐標(biāo)繪制出浸潤(rùn)線，見(jiàn)圖2。

圖2 浸潤(rùn)線計(jì)算結(jié)果

2) 滲透穩(wěn)定分析。滲透穩(wěn)定按透水地基公式進(jìn)行計(jì)算，浸潤(rùn)線則取上節(jié)的計(jì)算結(jié)果，背水側(cè)無(wú)水。

沿背水坡滲出段：

(6)

沿地基段：

(7)

利用公式分別計(jì)算滲出點(diǎn)A-B段及B-C段的滲透比降，結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表3 A-B段滲透比降表

表4 B-C段滲透比降表

參照我國(guó)現(xiàn)行相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，并根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定本工程堤防允許滲透水力比降[K]=0.5。從計(jì)算結(jié)果可知，A-B段0.662 m以下區(qū)域滲透比降不滿足規(guī)范要求；B-C段0.882 m以左區(qū)域滲透比降不滿足規(guī)范要求。本工程擬在內(nèi)堤坡腳設(shè)置貼坡排水，采用排水反濾加干砌石護(hù)坡的型式進(jìn)行設(shè)置，使堤防不產(chǎn)生滲透破壞。

4 水閘設(shè)計(jì)分析

本工程存在9座穿堤涵閘，采用相同的結(jié)構(gòu)，即穿堤箱涵加出口平板閘門或水力自控拍門，水閘類型及閘門規(guī)格見(jiàn)表5。

表5 各閘門參數(shù)表

本階段只選取3.0×2.5×3的平板提升閘門進(jìn)行典型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，3.0×2.5×3的水閘結(jié)構(gòu)參見(jiàn)水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

4.1 閘室穩(wěn)定及應(yīng)力分析

閘室基底面抗滑穩(wěn)定計(jì)算方法采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265-2001)規(guī)定的公式和方法進(jìn)行計(jì)算：

(8)

式中：Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；∑G為作用在閘室上的全部豎向荷載(包括閘室基礎(chǔ)底面上的揚(yáng)壓力在內(nèi))，kN；∑H為作用在閘室上的全部水平向荷載，kN；A為閘室基底面面積，m2；tgφ0為閘室基底面與土質(zhì)地基之間摩擦角，(°)，取φ0=0.9φ；C0為閘室基底面與土質(zhì)地基之間的黏結(jié)力，kPa；取C0=(0.2～0.3)C。

閘室左右兩側(cè)的土壓力基本平衡，因此可按單向受力計(jì)算閘室基底應(yīng)力，計(jì)算公式如下：

(9)

式中：∑M為作用在閘室上的全部豎向荷載和水平荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸力矩，kN·m；W為閘室底面對(duì)于該底面垂直水流向的形心軸截面矩，m3。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265-2001)，各種荷載組合情況下的防洪閘基礎(chǔ)底面應(yīng)力應(yīng)不大于防洪閘地基允許承載力[R]；抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc允許值：基本組合情況為1.25，特殊組合I為1.10。土基上基底壓力不均勻系數(shù)[ρ]允許值(中等堅(jiān)實(shí))基本組合為2.0，特殊組合為2.5。防洪閘穩(wěn)定計(jì)算及基底應(yīng)力計(jì)算成果見(jiàn)表6。

表6 防洪及檢修閘抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果表

從防洪閘抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果表來(lái)看，各工況下，計(jì)算出的數(shù)據(jù)均在合理范圍內(nèi)，防洪閘的抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

4.2 滲透穩(wěn)定分析

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265-2001)及地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，該持力層的允許滲徑系數(shù)值C取3。

由于本水閘是與堤后箱涵連接，最不利工況為堤內(nèi)最高水位而堤外無(wú)水。根據(jù)堤內(nèi)渠道規(guī)劃及堤內(nèi)地面高程可知，最大上下游水位差為5 m。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265-2001)基底防滲長(zhǎng)度應(yīng)滿足公式L>C△H的要求，C△H=5×3=15 m，本水閘閘基地下輪廓線長(zhǎng)度為L(zhǎng)=29.3 m>15 m，因此水閘能滿足滲透穩(wěn)定要求。

4.3 消能防沖設(shè)計(jì)分析

本水閘消能防沖最危險(xiǎn)工況是上游為正常水位，開(kāi)啟單孔閘，閘孔逐漸加大，為偏于安全，下游按無(wú)水情況考慮。經(jīng)計(jì)算，消力池長(zhǎng)度為8.34 m，深度為0.6 m。本工程偏安全考慮，設(shè)置長(zhǎng)13.0 m、深0.8 m的消力池。

5 結(jié)論和建議

1) 本文基于廣清城軌建設(shè)面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，根據(jù)規(guī)范對(duì)堤防和水閘設(shè)計(jì)開(kāi)展設(shè)計(jì)分析，結(jié)果能滿足堤防和水閘安全長(zhǎng)效運(yùn)行要求。

2) 城市防洪工程直接關(guān)系到城區(qū)和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，為及時(shí)掌握汛期工程各部位的工作情況和形態(tài)變化，防止事故發(fā)生，保證工程安全運(yùn)行，堤防工程管理單位應(yīng)做好工程觀測(cè)及維護(hù)工作。

3) 結(jié)合本工程實(shí)際情況，未設(shè)滲流、位移等觀測(cè)項(xiàng)目，只沿堤線每500 m設(shè)簡(jiǎn)單的水位觀測(cè)標(biāo)尺，掌握洪水水位變化，管理所應(yīng)定期巡查河堤線進(jìn)行表面觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)上報(bào)和處理。