尤小強(qiáng)

(南昌市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 江西 南昌 330009)

水利工程項(xiàng)目的水閘設(shè)計(jì)探討

尤小強(qiáng)

(南昌市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 江西 南昌 330009)

在水利工程項(xiàng)目建設(shè)中，水閘工程項(xiàng)目占據(jù)著極其重要的作用。換言之，水閘工程質(zhì)量的好壞，在很大程度上將直接關(guān)乎到整個(gè)水利工程項(xiàng)目的整體效果，包括使用壽命、功能發(fā)揮等。在工程建設(shè)過(guò)程中，水閘這一環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)了問(wèn)題，對(duì)于整個(gè)工程及其下游地區(qū)，都會(huì)造成安全隱患，極大危害著當(dāng)?shù)鼐用竦呢?cái)產(chǎn)與生命安全。本文重點(diǎn)針對(duì)水利工程項(xiàng)目中的水閘設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，選取了春風(fēng)河水利工程項(xiàng)目實(shí)例探討，著重以該工程的水閘設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，加以論述。

水利工程； 水閘設(shè)計(jì)； 地基

1 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)在一些社會(huì)公用惠民事業(yè)建設(shè)領(lǐng)域取得了突出成就。在新時(shí)期，工農(nóng)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展與融合，對(duì)于水利事業(yè)建設(shè)提出了新要求。在水利工程建設(shè)過(guò)程中，水閘的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，重要性更是不言而喻，水閘工程的排水問(wèn)題和止水問(wèn)題往往是決定建筑物使用壽命的決定性因素。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

春風(fēng)河節(jié)制水閘位于江西省南昌市新建縣流湖鄉(xiāng)新塘村，距離城區(qū)40km，主要功能是農(nóng)田灌溉，同時(shí)兼顧防洪排澇等基礎(chǔ)功能，屬于一座綜合利用性的中型水閘。隨著春風(fēng)河水系的改造，對(duì)于水閘工程的性能要求有了新標(biāo)準(zhǔn)。該工程項(xiàng)目最早建設(shè)于20世紀(jì)70年代，在20世紀(jì)末期(1998年)，該水閘工程過(guò)流能力嚴(yán)重不足，根據(jù)實(shí)際情況當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門(mén)又在左側(cè)擴(kuò)建了4孔，加上右岸的7孔，現(xiàn)在是11孔。其中，右岸7孔閘墩使用漿砌石結(jié)構(gòu)，而新建的左岸4孔閘墩為紅條石結(jié)構(gòu)。雖然在當(dāng)時(shí)起到了很大的作用，為中下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供農(nóng)田灌溉便利，以及防洪排澇等。但在新時(shí)期，其中原有的問(wèn)題又逐步顯現(xiàn)出來(lái)，主要是由于當(dāng)時(shí)受到經(jīng)濟(jì)、技術(shù)層面的限制，在工程設(shè)計(jì)上存在許多不完備的地方，造成現(xiàn)在工程存在一些質(zhì)量隱患，包括在進(jìn)水、出水方面。

根據(jù)后期的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前這種局面與水閘工程的選址、地形條件、施工策略等存在關(guān)聯(lián)。其中，在水閘的右岸，附近農(nóng)田高程大約在19.50m，而水閘下游區(qū)域農(nóng)田的高程為17.00～19.00m；水閘左岸附近農(nóng)田高程19.50m，而下游區(qū)域高程為16.50～19.00m。原水閘所在位置在春風(fēng)河的上游附近，周邊地勢(shì)高程為20.00～21.00m，其中，左岸21m，右岸20.5m，但底部的擋水坎高程是18.4m，根本無(wú)法滿足現(xiàn)階段當(dāng)?shù)剞r(nóng)田的灌溉要求。工程水系及水閘工程位置見(jiàn)圖1。

圖1 工程水系及水閘工程位置

2.2 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

春風(fēng)河節(jié)制水閘主要存在的問(wèn)題包括：?水閘并沒(méi)有設(shè)立防滲措施；?水閘工程項(xiàng)目建設(shè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，混凝土出現(xiàn)老化和剝蝕的現(xiàn)象，部分區(qū)域存在明顯裂縫；?水閘之前使用的木質(zhì)疊梁閘門(mén)破損比較嚴(yán)重，并且無(wú)任何啟閉設(shè)備，啟閉相當(dāng)困難；?改造前水閘相關(guān)配套設(shè)施嚴(yán)重缺乏，(包括電氣、安全監(jiān)測(cè)、水情預(yù)警等設(shè)備)；?水閘附近沒(méi)有設(shè)立管理房，缺少對(duì)水閘的安全監(jiān)測(cè)與通信，管理與防汛工作如同虛設(shè)，人行便橋過(guò)于狹窄?；谠撍l工程實(shí)際情況，結(jié)合著江西省水利廳關(guān)于《春風(fēng)河節(jié)制閘工程水閘安全鑒定報(bào)告書(shū)》提供的鑒定結(jié)論，最后按照《水閘安全鑒定規(guī)定》中的相關(guān)管理辦法與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)操作實(shí)施，決定予以改造、翻修，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，重點(diǎn)更新金屬結(jié)構(gòu)與電氣設(shè)備。

3 水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

3.1 水文地質(zhì)條件

春風(fēng)河節(jié)制水閘項(xiàng)目工程原址位于江西贛江水系錦江支流白露港的下游地區(qū)，春風(fēng)河是下游湖區(qū)段人工改造的一條河流。該區(qū)域總體地勢(shì)比較平坦、開(kāi)闊，屬于沖積平原地貌。春風(fēng)河河道兩岸的邊坡高度在1～2.5m，而階面高程在18.50～20.00m，兩側(cè)均設(shè)有堤護(hù)岸，堤的高度在1～3m。堤頂高程則在20.00～22.40m。最近幾年，由于區(qū)域內(nèi)降水量增多，河流河道受到?jīng)_刷力的影響，造成河岸兩側(cè)沖蝕比較嚴(yán)重(勘查未發(fā)現(xiàn)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育)。表1呈現(xiàn)的是該河流主要控制斷面流域參數(shù)，表2呈現(xiàn)的是該河流按照規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行后水閘的設(shè)計(jì)(模擬)洪水成果。(資料來(lái)源當(dāng)?shù)厮块T(mén))。

表1 流湖水系主要控制斷面流域參數(shù)成果

表2 流湖河按規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行后春風(fēng)河閘的設(shè)計(jì)洪水成果

3.2 拆除新建水閘總體設(shè)計(jì)

如表1、表2所示，該水閘的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按照20年一遇設(shè)計(jì)，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行勘測(cè)探查后發(fā)現(xiàn)，該水閘的攔河閘、灌溉閘以及實(shí)用堰的設(shè)計(jì)，并不在相同的軸線上，這是在20世紀(jì)設(shè)計(jì)的，勢(shì)必存在技術(shù)缺陷，它給整個(gè)水閘工程日常工作、運(yùn)行造成了較大的干擾，特別是對(duì)水閘泄洪功能的影響。除此之外，在該水閘工程的總體設(shè)計(jì)及各關(guān)鍵點(diǎn)的分布，也存在諸多不合理的地方?；谠撉闆r，重點(diǎn)以提升水閘的泄洪能力為主，并進(jìn)一步確保其農(nóng)田灌溉不受影響。建議該水閘工程應(yīng)當(dāng)拆除改建，重新規(guī)劃建造節(jié)制閘。設(shè)計(jì)平面布置見(jiàn)圖2。

如圖2所示，節(jié)制閘采用開(kāi)敞式無(wú)坎寬頂堰水閘布置，分成3聯(lián)，左右兩個(gè)邊聯(lián)中每聯(lián)2孔，中聯(lián)3孔，共7孔，左右兩個(gè)邊聯(lián)每孔凈寬5m，中聯(lián)每孔凈寬5m，總凈寬36m。閘室垂直方向長(zhǎng)45.80m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)12.00m，閘室底板頂高程17.60m，閘頂高程22.80m。水閘設(shè)工作閘門(mén)和檢修閘門(mén)各一道，靠上游側(cè)布置，檢修閘門(mén)設(shè)于工作閘門(mén)上游。工作閘門(mén)采用平板鋼閘門(mén)垂直啟閉，閘門(mén)頂高程20.60m，啟閉平臺(tái)高程27.80m，啟閉機(jī)房建筑面積285m2。檢修閘門(mén)槽距工作閘門(mén)槽上游2.8m，采用電動(dòng)葫蘆啟閉方式。在水閘上游采用混凝土鋪蓋，鋪蓋高程為17.60m。順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)15.0m，底板厚0.4m。閘室下游連接段主要布置有消力池、海漫。消力池首端長(zhǎng)1.2m，斜坡段邊坡為1∶5，水平投影長(zhǎng)6m，水平段長(zhǎng)12.80m。消力池底板高程16.40m，底板厚度0.8m，設(shè)置梅花形排水孔，池深1.20m，坎頂高程為17.60m。消力池后采用干砌塊石海漫護(hù)底，長(zhǎng)50.0m。海漫后設(shè)置深為2m、長(zhǎng)7.0m的干砌石防沖槽。

圖2 春風(fēng)河節(jié)制水閘設(shè)計(jì)平面布置

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2001)，平底堰的流量公式為：

式中Q——過(guò)閘流量，m3/s；

H0——計(jì)入行近流速水頭的堰上水深，m；

g——重力加速度，采用9.81m/s2；

m——堰流流量系數(shù)，可采用0.385；

ε——堰流側(cè)收縮系數(shù)，可按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2001)公式A.0.1-3～A.0.1-5進(jìn)行計(jì)算。

式中b——閘孔凈寬，m；

n——閘孔數(shù)；

σ——閘孔總凈寬，B=bn，m；

σ——堰流淹沒(méi)系數(shù)，可按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2001)確定。

4 水閘改建設(shè)計(jì)中注意要點(diǎn)

首先是選址，選址非常關(guān)鍵，在進(jìn)行攔河閘、灌溉閘以及實(shí)用堰設(shè)計(jì)時(shí)，一定要結(jié)合著水閘使用要求來(lái)選址。選址要保證水閘處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定安全，并且能夠較好滿足水閘使用功能的地方，河流水流流態(tài)要穩(wěn)定，運(yùn)行工作要方便人員管理，最主要的是經(jīng)濟(jì)性和功能性。結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃臈l件、地質(zhì)條件，在區(qū)段內(nèi)選擇良好的天然地基，盡量選擇新鮮完整的巖石地基，也可以選擇承載能力較大、抗剪強(qiáng)度強(qiáng)的土質(zhì)地基。其次就是對(duì)地基的處理，結(jié)合著當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，建議采用換土墊層的方法處理水閘地基，更好地增加地基的承載能力，保證整個(gè)水閘工程建筑物的穩(wěn)定性，同時(shí)也可最大限度地消除地基的有害沉降。第三就是要進(jìn)一步加強(qiáng)水閘消能防沖的相關(guān)設(shè)計(jì)。如圖2所示，增設(shè)消力池等。此外還要充分考慮到相關(guān)可變因素的影響，比如水文條件變遷、河道地形變遷等。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，本文基于水利項(xiàng)目水閘工程的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)以其泄洪、灌溉功能的發(fā)揮為主，強(qiáng)調(diào)水閘的整體運(yùn)行工作效果。針對(duì)春風(fēng)河節(jié)制水閘的改建工程，重點(diǎn)對(duì)其予以除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，考慮到多方面的影響因素，在進(jìn)行水閘整體性設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)格按照業(yè)內(nèi)工程施工規(guī)范來(lái)進(jìn)行。

[1] 藍(lán)文遠(yuǎn).水利工程水閘設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)及設(shè)計(jì)的研究分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2015(9):1849-1849.

[2] 李連成.水利工程水閘設(shè)計(jì)初探[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2015(21):1171.

[3] 宋建波.農(nóng)田水利工程水閘設(shè)計(jì)模塊的優(yōu)化[J].中國(guó)科技信息,2013(19):55-56.

Discussion on water gate design in water conservancy project

YOU Xiaoqiang

(Nanchang Hydropower Planning and Design Institute, Nanchang 330009, China)

In the construction of water conservancy project, water gate project plays a very important role. In other words, water gate engineering quality is directly related to the overall effect of the whole water conservancy project to a larger degree, including service life, function exertion, etc. In the process of engineering construction, once the link of water gate is failed, security risk can be produced on the whole project and downstream area, thereby producing great harm to residents’ property and life safety. In the paper, Chunfeng River water conservancy project example is selected for discussion mainly aiming at water gate design link in the water conservancy projects. Water gate in the project is regarded as study object for discussion.

water conservancy project; water gate design; foundation

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.022

TV66

A

2096- 0131(2016)06- 0074- 04