淮南钱庙220kV线路工程跨港河对堤基安全影响分析

GXF360 2017-11-11

展开全文

淮南钱庙220kV线路工程跨港河对堤基安全影响分析

张琼琼

（安徽省淮河河道管理局蚌埠 233000）

【摘要】通过稳定计算分析跨港河桩基对港河堤基的影响，以及溃堤冲刷对塔基安全的分析，得出该项目建设方案不会造成堤基稳定性破坏，但堤塔基灌注桩应避免主汛期施工，以及施工对防汛道路的影响，应在项目完成后予补救恢复。

【关键词】堤防塔基水力计算稳定分析

1 工程概况

淮南市位于安徽省中部、淮河中游，淮北平原南缘，是我国大型能源工业基地。淮南电网以淮河为界分为南片电网（东部、西部、山南）和北片电网（潘集、凤台、谢桥）。现北片电网220kV变电站分布为：潘集区域内有古沟变、芦集变，凤台县域内有张集变、丁集变，谢桥区域无220kV变电站。由于各区域内矿产企业较多，区域间220kV变电站交叉供电，部分220kV变电站负载较重，矿产企业电源需来自不同的220kV变电站，导致部分110kV供电半径过长，布局不合理，220kV变电站的110kV备用间隔有限，不能满足新增110kV站点接入。为提高区域负荷用电可靠性，优化110kV电网结构，建设钱庙220kV变电站是必要的。

钱庙220kv线路于港河闸上游约10.2km处的钱庙乡后曹洼村北和古店乡大庄孜村南跨越港河。属顾大桥～永幸河19.74km河段，列入安徽省重点平原洼地治理工程（外资项目），已按5年一遇除涝标准疏浚完成。根据西淝河下游治理规划，西淝河支流济河、苏沟、港河等13处生产圩暂维持现状，工程处左岸东西林圩、右岸长岭圩堤防现状均达不到设计标准。

2 圩堤安全影响分析

流域面积在50～500km2时，采用公式M=0.026RF-0.25计算，新建港河闸排涝面积98km2，10年一遇排涝流量120m3/s，20年一遇排洪流量145m3/s。

淮南钱庙变220kV线路工程跨港河设计西南—东北向走线，与港河约呈74°夹角，其中220kV线路跨河档距417m，一跨过河，跨河塔为2基2E2-SZK-45双回路直线塔，塔基为钻孔灌注桩基础，桩径1m，桩长15m，角钢塔跟开9.96m，跨河塔基距左堤东西林圩堤脚最近约101.5m，距右堤长岭圩堤脚最近约96.5m。110kV线路跨河档距434m，一跨过河，跨河塔为2基1D2-SZK-45双回路直线塔，塔基型式同220kV线路，跨河塔基距左堤东西林圩堤脚最近约105.3m，距右堤长岭圩堤脚最近约83.9m。桩基可能会对淮北大堤堤基渗流产生一定影响，需对堤基进行渗流稳定分析计算。桩基可能会对圩堤堤基渗流产生一定影响，需对堤基进行渗流稳定分析计算。

2.1 计算条件

（1）正常期：长岭圩洪水位20.15m，背水侧无水的不利工况；东西林圩洪水位23.15m，背水侧无水的不利工况；堤身以素填土为主，堤基上层为粉质粘土，下层为粉土。

按下列不利情况简化计算：现状堤防断面，考虑塔基对堤基渗流的不利影响，桩体附近土层渗透系数扩大10倍，范围为桩体桩径的2倍。

2.2 计算方法

依据《堤防工程设计规范》（GB50286-98）中有关渗流及渗透稳定计算的规定，选用河海大学工程力学研究所研制的《水工结构有限元分析系统（AutoBANKv 7.07）》堤防渗流场计算程序，对东联圩圈堤顺安河右堤进行稳定计算。

2.3 计算结果

按计算条件所选定工况、参数和计算方法所确定的计算理论，对东联圩圈堤顺安河右堤进行渗透稳定分析，计算结果见表1。

3 溃堤洪水冲刷计算

港河两岸现有圩堤防洪标准较低，约10～20年一遇，遇较大洪水会出现漫堤，甚至于薄弱处溃堤决口，溃口处水流流速较大，对地面产生冲刷，影响塔基安全。

由于溃口水流结构复杂，同时兼有急流与缓流，流场存在迅变或间断流动区域，故溃堤洪水分析计算较为复杂，工程应用上目前主要采用简化水力学公式。

3.1 溃堤口门最大单宽流量计算

采用溃坝最大流量简化公式估算溃堤最大单宽流量：

式中：kc1—侧堰系数，当决口断面与河水流向平行时，kc=0.8～0.9，当决口断面与河水流向垂直时，kc=1.0。该工程计算决口断面与河水流向基本平行，取kc=0.85；

H—溃堤水头（m），超标准洪水时，可假定堤防瞬时溃决至地面，H可取堤身高度。根据实测河道断面两岸堤身高度：东西林圩4m、长岭圩4.3m。

估算溃堤最大单宽流量：东西林圩q=6.2m3/s、长岭圩q=6.9m3/s。

3.2 河道溃堤洪水水力计算

3.2.1 溃堤口门下临界水深计算

式中：α—速不均匀系数，一般取α=1.1

计算结果：堤下临界水深东西林圩hk=1.63m、长岭圩hk=1.75m。

3.2.2 溃堤堤下收缩水深及最大流速计算

式中：H0—决口上游侧总水头（m）；

hc—收缩水深（m）；

φ—流速系数，考虑决口面比较粗糙，取φ≤0.80；

vc—收缩断面流速，即最大流速（m/s）。

试算结果：收缩水深东西林圩hc=0.99m、长岭圩hc=1.07m；最大流速东西林圩vc=6.26m/s、长岭圩vc=6.45m/s。

3.2.3 溃堤堤下冲刷坑计算

毛昶熙根据紊流力学理论，分析局部冲刷机理，并运用水流剪切应力观点，结合模型试验，推导出估算冲刷坑最大深度的计算公式：

表1 堤防渗透稳定计算成果表

出逸比降堤防上游水位（m）下游水位（m）计算期最大水力坡降0.148 0.35～0.50 满足0.277 0.35～0.50 满足备注允许水力坡降长岭圩 20.15 无东西林圩 23.15 无正常正常

式中—被冲刷地带土壤平均粒径（m），轻粉质壤土可采用换算当量粒径0.02m；

hx—下地面水流深度（m），往往未知，宜用hc值代替，求出h值后，结合水流分析进一步确定hx的采用值。实测堤后均有深约1.5m渊塘，堤下地面水流深度最小取1.5m。

计算结果冲刷坑最大深度：东西林圩h=4.54m、长岭圩h=5.22m。

冲刷坑的形式和范围与地质条件有关，一般上游侧坡度为1∶3～1∶6，下游侧坡度为1∶10或更小，即决口冲刷范围下游侧为10倍冲刷深，东西林圩为45.4m、长岭圩为52.2m。根据路径布置，220kV线路跨河塔基距左堤东西林圩堤脚最近约101.5m，距右堤长岭圩堤脚最近约96.5m；110kV线路跨河塔基距左堤东西林圩堤脚最近约105.3m，距右堤长岭圩堤脚最近约83.9m。跨河杆塔距离堤脚均在决口冲刷范围以外，塔基为钻孔灌注桩结构，桩深15m，溃堤冲刷对塔基安全影响不大。