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        遼中縣蒲河于家臺(tái)自動(dòng)翻板閘門設(shè)計(jì)方案

        2016-11-16 03:33:42燕洪軍
        黑龍江水利科技 2016年8期
        關(guān)鍵詞:蒲河海漫段長

        燕洪軍

        (遼寧省遼中縣水利局,遼寧 遼中 110200)

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        遼中縣蒲河于家臺(tái)自動(dòng)翻板閘門設(shè)計(jì)方案

        燕洪軍

        (遼寧省遼中縣水利局,遼寧 遼中 110200)

        沈陽市遼中縣蒲河于家臺(tái)自動(dòng)翻板閘為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),10孔每孔1.5m×7m自動(dòng)翻轉(zhuǎn)閘門。依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范,根據(jù)氣象水文資料分析設(shè)計(jì)洪水;根據(jù)防洪規(guī)劃科學(xué)確定工程等別和防洪標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)水閘設(shè)計(jì)要求結(jié)合實(shí)際計(jì)算各部結(jié)構(gòu)尺寸,和水力要素,保障自動(dòng)翻板閘門的科學(xué)性。

        工程概況 ;設(shè)計(jì)洪水 ; 設(shè)計(jì)依據(jù); 設(shè)計(jì)方案

        1 工程概況

        沈陽市蒲河于家臺(tái)自動(dòng)翻板閘始建于2002年,位于沈陽市蒲河下游遼中縣潘家堡鄉(xiāng)于家臺(tái)村西河道內(nèi),為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),10孔平板自動(dòng)翻轉(zhuǎn)閘門,每孔寬7 m高1.5 m,堰頂過水流量257.7 m3/s。主要工程量土方3.1 萬 m3,石方1.5 萬 m3,混凝土1.2萬 m3,鋼筋285 t,設(shè)備間120m2,翻板閘門105 m2,批準(zhǔn)投資1650萬元,工期2002年9月15日—2003年4月25日。主要攔蓄蒲河河道地表水徑流,常年5月1日前蓄水200 萬 m3。灌溉養(yǎng)士堡、潘家堡、伍佰牛等3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的12村110 hm2水田。同時(shí)兼顧遼中縣蒲河城區(qū)的景觀生態(tài)蓄水。

        2 氣 象

        工程所在地區(qū)降水量正常年為690mm。年降水大部分集中在7、8月份,這兩個(gè)月的降水量占全年的49%左右。4、5月份降雨量只占全年的13.3。年平均氣溫為7.4℃,1月份平均氣溫為-12.8℃,7月份平均為24℃,年最低氣溫-33.1℃,年最高氣溫為39.3℃。

        3 工程地質(zhì)

        工程地處蒲河沖積平原,地勢(shì)平坦。根據(jù)地勘報(bào)告確定建筑物所在地區(qū)地層巖性為第四紀(jì)松散層。其中地基由粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂混合土組成。地基地層主要為河流沖積形成的粉質(zhì)黏土、粉土和細(xì)砂。團(tuán)結(jié)水庫圍堤堤身土質(zhì)不均,呈可塑、軟塑、流塑狀態(tài)土很多,局部還夾有硬塑狀態(tài)土,同時(shí)混有松散狀態(tài)粉細(xì)砂,天然孔隙比為0.33~0.45,含水量為12.1%~42.5%,干密度為1.62g/cm3。

        4 工程等別和防洪標(biāo)準(zhǔn)

        根據(jù)《蒲河防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)劃》工程等級(jí)確定為Ⅲ等工程。

        設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn):防洪標(biāo)準(zhǔn)按50a一遇設(shè)計(jì),100a一遇校核。

        5 翻板壩設(shè)計(jì)方案

        翻板壩在低水頭的河道及景觀工程中廣泛應(yīng)用,利用作用在閘門上的水壓力與閘門的自重力作為啟閉閘門的動(dòng)力,無需外加其它能源和啟閉機(jī)械。翻板壩平時(shí)攔水,形成蓄水水面和一定庫容,大流量時(shí)自動(dòng)開啟閘門行洪泄水。

        初步擬定翻板壩進(jìn)口堰高0.5m,進(jìn)口修圓,翻板閘門尺寸1.5m×7.0m(高×寬),壩前正常水深2.0m,翻轉(zhuǎn)閘門上游布置防護(hù)墩,下游布置支墩和工作橋,翻板壩后緊接消力池,消力池前端為1∶4的斜坡,后部為水平段,消力池后為海漫。翻板閘水力要素見表1。

        翻板閘水力要素表

        5.1 擋水建筑物各部尺寸確定

        根據(jù)河道現(xiàn)狀地形情況,擬定翻板壩壩頂寬70m。翻板壩由進(jìn)口段、翻板壩段、消力池、海漫組成。

        5.1.1 進(jìn)口段

        進(jìn)口段長10.0m,采用鋼筋混凝土底板,底板厚80cm,底板上下游各設(shè)寬80cm、深100cm的齒墻,底板下設(shè)10cm厚碎石墊層。為了順接上游梯形斷面和下游矩形斷面,進(jìn)口段邊坡為扭面型式,亦為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),護(hù)坡厚250cm,下設(shè)10cm厚碎石墊層和無紡?fù)凉げ糩1]。護(hù)底順?biāo)鞣较蛎扛?4m設(shè)置一道縱縫,底板與兩側(cè)邊墻為分離式結(jié)構(gòu),其間設(shè)伸縮縫,縫內(nèi)填充瀝青砂板。

        5.1.2 翻板壩段

        翻板壩壩段長6.5m,其中壩上游段長2.5m,緊接斜坡段長1.2m,壩下游段長2.8m。壩上游頂面高程0.50m(假定翻板壩河段設(shè)計(jì)河床高程為0.00m),即進(jìn)口坎高0.5m,壩上游段厚1.5m,進(jìn)口修圓為半徑0.5m的1/4,壩下游頂面高程0.11m,厚1.11m;壩底設(shè)齒墻,其中上游齒墻寬0.8m、深1.0m,下游齒墻寬0.5m、深0.5m。壩上布置10扇翻轉(zhuǎn)閘門,每扇閘門寬7.0m,高1.5m。壩上游段設(shè)防護(hù)墩,墩頂高程1.40m;壩下游設(shè)支墩和工作橋。壩體為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。翻板壩兩岸為懸臂式鋼筋混凝土擋土墻,墻頂高2.60m,墻頂寬0.3m,底寬0.5m,迎水面直立,墻底基礎(chǔ)厚0.8m,前趾長0.5m,前趾長1.3m。

        5.1.3 消力池

        過壩水流經(jīng)底流式消能,消力池為下挖式。緊接翻板壩段為消力池的斜坡段,長2.04m,縱坡1∶4,消力池水平段長7.5m,池底板厚0.5m,底板上布置排水孔,孔徑10cm,間排距1.5m,梅花型布置,底板下鋪設(shè)反濾層,反濾層厚0.15m。

        消力池底板順?biāo)鞣较蛎扛?4m設(shè)置一道縱縫,底板與兩側(cè)邊墻為分離式結(jié)構(gòu),縫間設(shè)止水,縫內(nèi)填充瀝青砂板。

        為了消力池在平面上需具有擴(kuò)散的形式以及順接上游矩形斷面和下游梯形斷面,消力池段邊坡為扭面型式,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),厚20cm,下設(shè)10cm厚碎石墊層和無紡?fù)凉げ肌?/p>

        5.1.4 海漫

        水流經(jīng)過水躍消能后,仍具有一定的剩余動(dòng)能,流速也較大,分布也不均勻,而且水流紊動(dòng)較厲害,故在消力池后面仍要繼續(xù)采取防沖加固措施,即設(shè)置海漫[2]。海漫結(jié)構(gòu)要粗糙,便于消除水流余能;要能透水,使?jié)B透水流順利排出,以增強(qiáng)海漫的穩(wěn)定性;要有一定的柔性,以適應(yīng)地基變形。海漫全長做成水平的。由于水躍的紊動(dòng)余能是逐漸向下游衰減的,故海漫的結(jié)構(gòu)也應(yīng)相應(yīng)逐漸減弱。經(jīng)計(jì)算,海漫長22.0m,采用砌石結(jié)構(gòu)型式,其中前8.0m為漿砌石結(jié)構(gòu)(即前1/3),后14m為干砌石結(jié)構(gòu)。砌石厚度均為0.4m,下設(shè)10cm碎石墊層,漿砌石段和干砌石段上下游均設(shè)齒墻,齒墻寬50cm,池深40cm。翻板閘結(jié)構(gòu)要素見表2。

        表2 翻板閘結(jié)構(gòu)要素表 m

        5.2 水力學(xué)計(jì)算

        首先計(jì)算50a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)下,堰頂過洪峰流量257.66m3/s,閘門全開平臥時(shí)的堰前水深:

        (1)

        (2)

        式中:H為堰前水頭,m;H0為包括行近流速水頭的堰前水頭,m;v0為堰前行近流速,m/s;Q為設(shè)計(jì)流量,257.66m3/s;σc、σs、m為側(cè)收縮系數(shù)、淹沒系數(shù)、流量系數(shù),計(jì)算時(shí)擬定綜合流量系數(shù)σc×σs×m為0.35;b為總溢流凈寬,擬定布置10扇7m寬的翻板閘門;經(jīng)計(jì)算得,洪峰流量257.66m3/s時(shí),堰前水頭1.780m,堰高0.5m,故堰前最大水深2.280m。

        5.3 消能計(jì)算

        本工程采用底流式消能工——消力池,按下式計(jì)算:

        (3)

        (4)

        d=σh2-ht-△Z

        (5)

        (6)

        L=6.9(h2-hc)

        (7)

        Lk=0.8L

        (8)

        式中:E0為由消力池底板算起的總勢(shì)能,m;hc為收縮斷面水深,m;q為單寬流量,m2/s;φ為流速系數(shù);h2為水躍躍后共軛水深,m;Frc為收縮斷面弗勞德數(shù);d為消力池池深,m;σ為水躍淹沒度,取1.05;ht為消力池出口下游水深,m;Δz為消力池尾部出口水面落差,m;L為自由水躍長度,m;Lk為消力池水平段池長,m。

        經(jīng)計(jì)算,翻板壩過50a一遇洪峰流量257.66 m3/s時(shí),堰后消力池水平段長7.0m,池深0.4m。

        5.4 海漫計(jì)算

        消力池后緊接海漫段,海漫長按下式計(jì)算:

        (3)

        式中:Ks為海漫長度計(jì)算系數(shù),中粗砂、粉質(zhì)壤土的Ks取值11~12;qs為消力池末端單寬流量,m2/s;ΔH為翻板壩上下游水位差,m。

        經(jīng)計(jì)算,海漫長度22.0m。

        6 運(yùn)行果評(píng)價(jià)

        翻板閘門建成后經(jīng)過13a的灌溉及生態(tài)蓄水,建筑物的滲透線下游無水逸出點(diǎn)。特別是2005年、2010年蒲河汛期的發(fā)生中等量級(jí)洪水,建筑物的主體結(jié)構(gòu)無沉降變形和消能設(shè)施無破壞,自動(dòng)翻板閘門啟閉運(yùn)行良好。和固定啟閉閘門和橡膠壩相比降低運(yùn)行保養(yǎng)費(fèi)用。

        [1]楊在乾,方成.水力自控翻板閘門在西海水庫擴(kuò)容中的應(yīng)用[J].水利水電科技進(jìn)展,2000(02):48-49.

        [2]羅周,曾憲岳,蘇祥勉.大型水力自控翻板閘門在花竹水電站閘壩工程中的應(yīng)用[J].廣東水利水電,1997(06):65-68.

        TV663

        B

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