于艳青

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司,安徽 合肥 230088)

肖严湖排灌站涵工程位于淮河干流南岸，正南排水渠末端，主要用于排除正南洼流域的涝水，由于正南洼中部有肖严湖调蓄，故得名肖严湖排灌站涵工程。正南洼北缘与淮河隔正南淮堤相望，西部紧邻淠河至入淮口，东抵正阳分干渠和淠东干渠，东南部紧邻安丰塘，南至杨西分干渠，另有众多河流、渠道等分布其中。由于特殊的地理位置和地貌情况，导致正南洼流域洪涝灾害频发，受灾损失严重。新建肖严湖排灌站涵工程，可以完善正南洼防洪排涝体系，改变易涝多灾的面貌，减轻涝灾损失；可以改善农业基础设施条件，提高农业综合生产能力，保障粮食安全。

1 工程概况

肖严湖排灌站涵工程是一座具有自排、抽排、抽灌、自流引水等多功能站涵结合建筑，其自排标准为5年一遇，自排流量为208m3/s；抽排标准为:控制洼地南部区域排涝标准达到5年一遇，刘帝圩、枸杞圩防洪标准达到10年一遇，控制湖内最高水位不超过22.5m，抽排流量为35m3/s。抽灌流量根据南部岗区7万亩农田灌溉面积需要，确定为4.9m3/s。

2 水文分析计算

2.1 设计洪水

选取分别位于流域内东南、西南、正北端的安丰塘站、冯集站、正阳关站1967—2018年连续降雨资料来计算面雨量，资料的可靠性、一致性、代表性较好，能够较好反映流域的暴雨特性和来水频率。计算结果均值为118mm，按P- Ⅲ曲线进行频率分析，适线结果如图1所示。

图1 正南洼流域3d面雨量频率曲线

因此，3d面雨量计算结果见表1，即肖严湖流域3d面雨量均值为118mm，CV=0.55，CS=3.5CV， 5年一遇158mm，10年一遇203mm，20年一遇247mm。

表1 肖严湖流域3d面雨量计算结果

2.2 洪水位分析

根据淮河干流正阳关水位站1950—2017年逐日实测水位资料，分析计算得到5年一遇3d平均水位为25.1m，10年一遇3d平均水位为26.2m，20年一遇3d平均水位为26.3m。根据肖严湖内的水位资料演算，推求肖严湖设计内洪水位10年一遇22.5m，20年一遇23.0m。

3 渗流分析计算

3.1 防渗长度计算

工程各主要建筑物基础防渗长度参照SL 265—2016《水闸设计规范》，采用公式(1)确定：

L=C·ΔH

(1)

式中，L—基础防渗轮廓线所需长度,m；C—渗径系数，根据泵站、闸室及出水涵基础下地质条件确定；ΔH—上、下游水位差,m。

允许渗径系数C采用表2中的数值。

表2 允许渗径系数

根据规划的工程运用条件，选取各建筑物运用期上、下游最大水位差为最不利情况进行计算。为偏安全计，按规范允许渗径系数最大值取，防渗长度计算成果见表3。计算结果表明，闸基防渗长度均满足规范要求。

表3 主要建筑物防渗长度计算表

拦污检修闸渗流轮廓线包括上下游混凝土铺盖、护坦、检修闸底板。检修期最大水位差4.0m，底板座落于②层中、重粉质壤土上，取C=5，求得：L检修闸=20.0m，实际闸基防渗长度为35.0m，满足规范要求。

泵室位于堤后，出水涵洞、压力水箱和站身间均通过橡皮止水连接，站身渗流轮廓线包括出水涵洞、压力水箱和站身基础轮廓线部分。最大防洪水位差14.8m，运行时最大水位差为7.56m，根据勘探资料，站身左、右联底板分别座落在②层中、重粉质壤土及③层细砂层上，出水涵洞底板座落在②层中、重粉质壤土上，取渗径系数C=9，求得：L站身=133.2m，实际站身防渗长度为196.5m，远大于计算需要渗径，满足规范要求。

根据勘探资料，自排涵底板座落在②层中、重粉质壤土层上，自排涵防洪水位淮河水位26.4m，湖内水位19.5m，最大水头差6.9m，闸基防渗长度需37.0m。实际布置为：涵洞底板长68.0m，下游钢筋混凝土消力池水平段及斜坡段(水平投影)至翼墙前趾冒水孔处长度合计为10.0m，涵基实际防渗轮廓线的水平投影长度为78.0m，满足防渗长度要求。

计算结果表明，各主要建筑物防渗长度均能满足规范要求；但考虑站、涵基底土层均存在不同深度的细砂层，故视不同情况，分别采取换填水泥土处理措施进行防渗处理。

3.2 闸基渗流稳定分析

根据SL 265—2016附录C，闸基渗透压力采用改进阻力系数法计算。

地基有效深度按下式计算：

当L0/s0≥5时，Te=0.5L0

当L0/s0<5时，

(2)

式中，Te—地基有效深度,m；L0—地下轮廓的水平投影长度,m；S0—地下轮廓的垂直投影长度,m。

进、出口段的阻力系数按下式计算：

(3)

式中，ξ0—进、出口段的阻力系数；S—板桩或齿墙的入土深度,m；T—地基透水层深度,m。

内部垂直段的阻力系数按下式计算：

(4)

式中，ξy—内部垂直段的阻力系数。

水平段的阻力系数按下式计算：

(5)

式中，ξx—水平段的阻力系数；Lx—水平段长度,m；S1、S2—进、出口段板桩或齿墙的入土深度,m。

闸基水平段和出口段出逸坡降按下式计算：

Jk=h/L

Jc=hc/T

(6)

式中，Jk—闸基水平段出逸坡降；h—闸基水平段水头损失值,m；L—闸基水平段长度,m；Jc—出口段出逸坡降；hc—出口段水头损失值,m；T—地基有效深度,m。

自排涵涵基水平段和出口段出逸坡降计算结果见表4。

表4 闸基渗流坡降计算成果表

根据地质勘探资料，涵基座落于②层中、重粉质壤土上，参照SL 265—2016，出口段允许坡降值为0.50～0.60，水平段允许坡降值为0.25～0.35。本工程地勘报告涵基土层允许水力比降指标建议值为0.35。

从表4计算结果可以看出，未设截渗墙时闸基出口段渗透坡降不满足规范要求；设截渗墙后闸基土的渗透坡降小于允许值，闸基渗透稳定能满足规范要求。

3.3 涵闸深层砂基抗渗稳定分析

涵闸底板下为相对不透水粉质壤土，下卧细砂层，层顶高程在12.02～13.69m之间，层底高程在8.62～9.98m之间，渗透系数为1.0×10-3cm/s，砂层内的承压水与淮河连通，砂层与上部粘性土的渗透系数相差1000倍以上，形成双层地基。涵洞建基面高程为14.2m，上游护坦建基面高程为14.6m，下游消力池建基面为13.4m，基础上部不透水层厚度较薄，需验算防洪期深砂层渗流稳定。根据淮河侧设计洪水位26.4m、湖内侧19.5m的水位组合进行闸基渗流计算，经计算出逸坡降为2.4，远大于允许出逸坡降0.45，可见，整个闸室上游部分的构筑物在防洪运行期间抗渗稳定性不能满足要求。拟采用在上游护坦反滤层下布置3排减压井，减压井直径0.8m，间距3.0m，井底深入下卧细砂层0.5m，井内填粗砂反滤。

4 对淮河干流的影响分析

4.1 对防洪能力的影响分析

正南洼现状堤防主要为正南淮堤，肖严圩、建设圩、枸杞圩、刘帝圩等生产圩堤。正南淮堤堤防工程的等别为Ⅱ等，级别为2级，可以抵御50年一遇洪水。刘帝圩和枸杞圩防洪标准10年一遇，建设圩和肖严圩防洪标准20年一遇。工程实施需在穿堤涵洞位置对堤防进行开挖并进行相应的恢复。工程主体设计中按正南淮堤原设计标准进行恢复，筑堤土料采用与现状堤防同等类型的土质，且主体设计中加强了上下游边坡防冲护砌。因此，工程实施可以提高正南洼流域整体防洪能力，对淮河干流的防洪能力也基本无影响。

4.2 对河道行洪安全的影响分析

肖严湖排灌站涵工程泵房位于正南淮堤南岸，正南排水渠末端西侧，未侵占正南排水渠有效过洪断面，也不在淮河干流上，不会对河道行洪安全产生影响。项目涵闸工程位于寿县淮河南岸正南淮堤上，是正南排水渠入淮河的主要出口通道，涵闸穿正南淮堤，主要功能为自排肖严湖涝水，工程中已考虑排涝渠疏浚，且工程建设后未影响正南排水渠及淮河干流有效过洪断面，不会对河道行洪安全产生影响。

4.3 对防汛抢险的影响分析

肖严湖排灌站涵工程站址位于正南淮堤上，且出水涵采用箱涵形式穿越正南淮堤，对堤顶交通、防汛抢险、管理维修等方面无影响，满足规范要求。工程施工期间将会影响正阳涵所在堤顶道路为S310的交通，施工期间在外河侧修筑临时便道，道路标准按二级公路进行设计，跨明渠段修筑临时钢便桥。土方施工选择在非汛期完成，不会占用堤防防汛通道。因此对防汛抢险影响不大。

4.4 对堤防安全的影响分析

工程施工前，为保证施工期间各圩口内涝水具备自排条件，须在正阳涵东侧开挖一导流明渠，进口底高程与圩内最低的涵洞底高程齐平，出口与正南淮堤外渠道相接。明渠施工时先由液压破碎机拆除堤防边坡处浆砌石护坡及堤顶道路，开挖完成后对过流断面表面浇筑10cm厚的C15混凝土。导流明渠在自排涵具备过流能力后进行回填，堤身范围内按堤防标准进行恢复，回填结束后按原标准恢复堤坡护砌及堤顶道路。因此，工程建筑物建设对堤防安全性基本无影响。

4.5 对河势稳定的影响分析

工程涵闸部分位于寿县淮河南岸正南淮堤与牛尾岗堤交接处，泵站工程位于肖严湖侧，正南淮堤也已按照50年一遇的标准进行了治理建设，两岸堤防等级较高，河道边界稳定，河道的泥沙冲淤变化在未来一段时间内将处于一个动态平衡的状态。工程建成后，排水期间，不会带来主河道流量和流速的变化。并且未改变淮河河道的过流能力，也未明显改变河道行洪的水动力环境，对河势稳定的影响甚微。

4.6 对其他影响分析

工程为非排污项目，也不往正南淮堤迎水侧弃土，对河道泥砂、水质等数据基本没有影响。工程建设不影响淮河干流水位和水量。工程建设基本均为水上工程，建成后不影响淮河水体，因此工程建设对水生态无影响。

工程建设区上游2.5km处有正阳关水文监测站、正阳关渡口。项目建成后对正阳关站观测设施和渡口基本无影响。

5 结论及建议

经过以上分析计算，结果表明，肖严湖排灌站涵工程建成后对淮河干流的防洪能力、行洪安全、防汛抢险、堤防安全、河势稳定均无明显影响。由于涵闸、泵站等建筑物施工时会对正南淮堤进行开挖，应尽量减少开挖对堤防的影响，控制好基坑边坡稳定、回填土质量等，注意回填土与基土结合的紧密度，避免沿边坡结合面出现开裂、不均匀沉降。由于工程施工时可能对河道防洪安全、工程管理产生一定影响，应合理安排施工时间，优化施工组织设计；应加强施工进度控制，确保按节点工期施工，尤其涉及度汛安全的关键节点工程，确保在汛前完成。汛前相关部门应按规定做好防汛预案，确保河道防洪和工程自身安全，并报防汛主管部门备案。施工期应严控施工质量以确保施工安全及堤防稳定，运行期做好堤防的日常管护等工作。