王艳菊
(哈尔滨市水利规划设计研究院有限公司，哈尔滨 150010)
随着河道管理范围内新建管线输油、输气、输水、缆线等项目越来越多，管线穿越河流可能改变过水状况，产生冲刷或淤积；
土与管线的接触面易产生扰动发生变化，形成集中渗透通道，危及河道和堤防安全[1]，对河道行洪安全可能产生一定的影响。因此相关管线工程穿越河流或堤防时，必须进行防洪影响分析和评价，根据分析和评价结果确定设计方案，以便于采取相关措施对河道及水利工程设施进行保护和管理，尽可能减小工程建设对河道以及堤防的影响。
文章以某穿堤排水工程为例，在设计洪水计算和水面线推求成果的基础上，对排水工程建设前后河道的壅水和行洪能力进行了分析，同时排水管线穿越堤防，对穿堤建筑物渗透稳定进行了计算，根据渗透坡降计算结果分析工程建设对堤防稳定的影响。排水工程入河处出水口与河道正交，设计有消力池，对出水口消能防冲进行了复核，设计消力池能够满足消能防冲要求。在以上综合分析的基础上，得到本排水工程穿越堤防建设的防洪影响分析结论，为工程建设方案审批提供依据，同时对类似项目的建设提供参考。
1.1 工程概况
本项目新建压力排水管线将雨水排至河道，排水流量24m3/s，工程规模为中型，防洪标准为100a一遇。
河道管理范围内建设排水管线长度557m，为2孔3.0m×2.0m(宽×高)钢筋混凝土方涵，坡度0.0008，以直埋方式自堤防背水侧垂直河道水流方向敷设至河道，排水方涵末端接出水口。
管线在堤防桩号4+404处穿堤，穿堤段长度39.5m。堤防迎水侧堤脚外50m处设检修阀门井1座，阀门井尺寸为18.4m×14.1m×10.37m(长×宽×高)，钢筋混凝土型式，起到检修和防洪水倒灌作用，井内设置2套手电两用蝶阀DN2400、1套手电两用闸阀DN1600、2套排气阀DN400。
排水方涵末端接出水口，采用2节方涵与前段涵洞进行顺接，长度24m，为2孔方涵，单孔净尺寸为3m×2m(宽×高)，分2节布置，每节长12m，节间设止水。排水涵洞出口采用钢筋混凝土U型槽消力池，消力池顺水流方向长22m，消力池下游设置海漫段，海漫段长度为18.19m，采用钢筋石笼结构形式，出口端部设鸭嘴阀。
1.2 河道概况
工程所在河段两岸地形平坦，左岸有堤防，防洪标准为100a一遇，堤顶路面顶高程124.13m，堤顶宽9.0m，路面宽7m，现状堤防两侧基本与堤顶齐平，右岸规划堤防尚未建设，设计防洪标准30a一遇，工程所在位置为堤防测量桩号2+300处，设计桩号2+018～2+180为灌注桩挡墙堤防，设计桩号2+217～2+751为双桩基础挡墙堤防。
河段洪水泛滥边界受到堤防控制，两岸间距约1.3km。工程所在断面河道分汊，左汊西支流主河道宽约20m，现状河底高程为113.78m，右汊河道宽约45m。河道两分后形成的江心滩，后由于人工作用，滩面高程一般约在118.66～124m之间，现状为企业村屯。
本工程所在断面100a一遇设计洪水位122.12m，30a一遇设计洪水位120.44m。
2.1 设计洪水成果
本次工程控制断面设计洪水成果主要采用已批复的防洪及河道整治工程初步设计报告成果，控制断面设计洪水成果，见表1。
表1 控制断面设计洪水成果
2.2 水面线计算成果
根据上述断面数据以及计算方法和参数，推求本次论证河段现状情况下和本工程建设后的水面线成果，工程建设前后水面线没有变化，水面线成果表，见表2。
表2 水面线成果表 m
续表2 水面线成果表 m
2.3 壅水及行洪能力分析
根据现状水面线推求成果，本工程所在河道断面处100a一遇水位为122.12m，新建排水方涵、检修阀门井均位于地下，出水口消力池长度22m，消力池边墙边坡与现状河道边坡相同，不占用河道过水断面，故工程建设后河道水面线没有变化，壅水高度和阻水比均为0，工程建设不影响河道行洪能力。
本次排水管线工程穿堤段位于堤防桩号4+404断面，防洪标准为100a一遇，已达标，相应洪水位为122.12m，堤防级别为1级，堤顶高程124.13m，堤顶宽9.0m，设7m宽沥青混凝土防汛路，现状堤防两侧地面高程较高，约在124～124.24m之间，高于设计洪水位，基本与堤顶路面齐平。穿堤建筑物渗透稳定计算采用改进阻力系数法。
3.1 地基有效深度计算：
当
(1)
当
(2)
式中：Te为土基上水闸的地基有效深度，m；
L0为地下轮廓的水平投影长度，m；
S0为地下轮廓的垂直投影长度，m。
3.2 分段阻力系数计算
1)进、出口段
(3)
式中：ξ0为进、出口段的阻力系数；
S为板桩或齿墙的入土深度，m；
T为地基透水层深度，m。
2)内部垂直段
(4)
式中：ξy为内部垂直段的阻力系数。
3)水平段
(5)
式中：ξx为水平段阻力系数；
Lx为水平段长度，m；
S1、S2为进、出口板桩或齿墙的入土深度，m。
3.3 各分段水头损失值
各分段水头损失值公式为：
(6)
式中：hi为各分段水头损失值，m；
ξi为各分段的阻力系数；
n为总分段数。
3.4 进、出口段修正后的损失值
(7)
式中：h0′为进、出口段修正后的水头损失值，m；
h0为进、出口段水头损失值，m；
β′为阻力修正系数，当计算的β′≥1.0时，采用β′=1.0；
S′为底板埋深与板桩入土深度之和，m；
T′为板桩令一侧地基透水地基深度，m。
3.5 水平比降
(8)
式中：Jx为水平比降；
hx为水平水头损失，m。
3.6 出逸比降
(9)
式中：J0为出逸比降，m。
根据本工程地质勘察报告和工程设计方案，排水方涵经过换基和复合地基处理后，地基为粉质黏土、粗砂和碎石桩基础，查水闸设计规范，根据以上计算本次穿堤建筑物渗透坡降值，排水方涵渗透稳定计算成果表，见表3，均满足规范要求允许渗流坡降。
表3 排水方涵渗透稳定计算成果表
根据穿堤建筑物渗透坡降计算结果，均满足规范要求允许渗流坡降。根据堤防横断，现状堤防两侧地面高程较高，在设计洪水位以上，并且本工程排水管线穿堤段施工完成后，土方回填黏土，堤防填筑土料压实度≥0.95，混凝土路面及堤防两侧均按原设计标准进行恢复，工程建设不会对堤防稳定产生不利影响。
根据《水闸设计规范》(SL 265-2016)，出水口消能防冲复核按以下公式计算：
(10)
本工程排水管线为2孔3.0m×2.0m(宽×高)钢筋混凝土方涵，排水流量24m3/s，入河处设出水口与河道正交，出水口处方涵顶高程119.48m，出口净宽6m，下游河道底高程113.78m，通过上述计算公式，按照最不利情况计算出水口消力池池深和池长，经计算消力池池长18m，池深0.8m，设计消力池能够满足消能防冲要求，同时为避免出水口排水对河道冲刷产生不利影响，工程施工完成后对出水口上下游共30m长的范围进行护砌，护坡采用钢筋石笼结构。因此，工程建设不会对河道冲刷产生不利影响。
5.1 工程建设对河道行洪影响分析
本项目排水管线及穿堤段排水方涵均采用直埋方式敷设于地下，井室也位于地下，出口消力池墙顶高程与河道边坡相同，不占用河道过水断面，故工程建设后河道水面线没有变化，壅水高度和阻水比均为0，对河道的行洪安全没有影响。
5.2 工程建设对堤防安全影响分析
根据本次对穿堤建筑物渗透坡降计算结果，计算渗透坡降均满足规范要求允许渗流坡降，同时现状堤防两侧地面高程较高，基本与堤顶相同，排水管线穿堤段施工完成后回填黏土，压实度≥0.95，混凝土路面及堤防两侧均按原设计标准进行恢复，为防止洪水倒灌回堤内，在堤防迎水侧护堤地以外设置检修阀门井，起到检修和防洪的作用，因此工程建设不会对堤防稳定产生不利影响。
5.3 工程建设对河道冲刷影响分析
根据出口消能防冲复核结果，设计消力池能够满足消能防冲要求，同时为避免出水口排水对河道冲刷产生不利影响，工程建设后对出水口上下游共计30m河道范围进行了护砌，采用钢筋石笼结构，结构层由上至下为300mm厚钢筋石笼、150mm厚碎石垫层、无纺布一层。因此工程建设不会对河道冲刷产生不利影响。
排水工程穿越堤防的防洪影响分析，目的是在满足工程建设需求的同时，尽可能减少工程建设对河道以及堤防的影响。文章以某排水工程穿越堤防为例，分析了工程建设前后水面线变化情况，对工程穿堤段进行了穿堤建筑物的渗透稳定计算，同时对排水工程出水口进行了消能防冲复核计算。根据计算和分析结果，工程建设对河道行洪安全没有影响，也不会对河道冲刷和堤防稳定产生不利影响。
通过文章分析，为类似的穿堤建设项目防洪影响分析提供一定的思路，为开展相关防洪影响评价工作提供一定的参考价值，也为工程建设方案审批提供依据。
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