陳敏

摘 要：河道工程建設中，常因水閘年久失修而導致病害產(chǎn)生?；诖?，從水閘安全隱患出發(fā)，強化對水閘的設計和運用進行分析，對整體解決水利工程病害具有重要的意義。本文結(jié)合《臨泉縣焦橋閘除險加固工程初步設計》方案，就水閘在河道除險加固工程后的設計和運用進行分析，以為類似工程建設提供可行性借鑒。

關(guān)鍵詞：河道;除險加固;工程;水閘;設計;運用

中圖分類號：TV222? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0136-03

在水利工程整體建設中，水閘作為防洪排澇、滿足工農(nóng)業(yè)用水需求的基本點，受運行時間、人為因素及自然環(huán)境等影響，在運行中遇到了諸多問題。水閘隱患的產(chǎn)生，因臨泉縣境內(nèi)的整個谷河流域地形、財力不足，排澇水位高程定位較高等問題，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了極為不利的影響[1-2]。由此，強化在水閘除險加固處理上的設計運用，可整體上實現(xiàn)防洪排澇，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件?，F(xiàn)就河道除險加固工程中水閘的設計及運用分析總結(jié)如下。

1 工程概括

焦橋閘位于臨泉縣宋集鎮(zhèn)谷河本干上，控制流域面積314km?，排澇流量192m3/s，蓄水庫容270 萬m3。預計灌溉面積2.7萬畝，農(nóng)田防旱改善31.4萬畝。原焦橋閘因啟閉機房及上、下游護坡、閘門、交通橋等均存在老化、破損，已影響閘身安全及正常運行。本次設計治理標準按5年一遇除澇標準，共疏浚河道長度45km，但受財力不足，排澇水位高程定位較高，斷面設計標準低，部分橋梁建筑物未能改造，仍存在較嚴重阻水、壅水現(xiàn)象。該閘經(jīng)專家鑒定為四類閘，應拆除重建。

河道中存在的安全隱患因素諸多，水利工程自身功用需要發(fā)揮到極致，尤其像2020年夏季這樣的季節(jié)影響，長期陰雨連天，洪水四處泛濫，淹沒了不少家園。水閘在此發(fā)揮著不可替代的作用，也因此需要更加重視水利工程建設。本水利工程中水閘設計擬選用兩種設計方案。通過技術(shù)論證和實證分析，提出兩種設計方案進行比選，最終設計出符合河道工程正常運行的水閘。

2水閘設計細則

2.1設計方案

水閘除險加固包括水閘等級、洪水標準設計、水閘規(guī)模合理度、水閘實際運用情況、流域防洪規(guī)劃、水文系列、水閘原規(guī)模復核等內(nèi)容[3]。重建水閘為鋼筋砼開敞式水閘，5 年一遇設計排澇流量為233m?/s， 20年一遇設計排洪流量為375m?/s。具體結(jié)構(gòu)設計方案選型如下：

從以上比較結(jié)果看，方案一比方案二投資少，且運行管理方便，綜合考慮選擇方案一，即5孔閘室方案。

2.2加固設計內(nèi)涵

2.2.1 設計內(nèi)容

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，焦橋閘主要建筑物為Ⅲ等中型水閘。擬重建閘室底板高程、總孔數(shù)、單孔寬分別為29.50m、5 孔、6.0m，閘室為開敞式結(jié)構(gòu)。閘墩頂部上游側(cè)交通橋，橋面凈寬設置為7.0m，橋面高程設定為37.0m;閘室總寬36.0m，上部設鋼筋砼排架、啟閉臺及啟閉機房。閘室上游側(cè)布置 16.0m長鋼筋砼防滲鋪蓋，下游設17.0m長鋼筋砼挖深式消力池，池深0.90m。在消力池后布置砌石海漫，長30m，后接8m長防沖槽，建筑物總長106m。

2.2.2水力設計

（1）過流能力驗算

根據(jù)《安徽省淮北地區(qū)除澇水文計算辦法》，流域面積在 50～5000km2時，排水模數(shù)計算采用公式：M=0.026RF-0.25。

流量采用公式：Q=MF=KRF0.75（m3/s），流域面積在 50～5000km2。

式中：M——排水模數(shù)（m3/s/km2）;F——焦橋閘控制流域面積;R——三日設計暴雨相應的凈雨深，單位：mm;K——峰量關(guān)系系數(shù)，采用日平均值，根據(jù)對口水文成果，K=0.026。

（2）水閘選址

閘址位置選擇宜在地質(zhì)條件良好的天然地基上，以減少基礎處理費用，節(jié)約工程投資。拆除重建涵閘與設計相匹配，并盡量選擇原閘址，以利供電系統(tǒng)、交通條件和管理設施，減少工程投資和工程占地，綜合考慮原址拆除重建，重建焦橋閘在原閘下游位移20m以減少路橋影響。閘室底板高程選擇谷河本干，閘址處河底設計高程29.50m，與河底平齊。

（3）消能防沖設計計算

公式為：d=σoh"c-h's-ΔZ

式中：d——消力池深度（m）;σo——水躍淹沒系數(shù);hc" ——躍后水深（m）;hc——收縮水深（m）;α——水流動能校正系數(shù);q——過閘單寬流量（m2/s）;b1——消力池首端寬度（m）;b2——消力池末端寬度（m）;To——由消力池底板頂面算起的總勢能（m）;ΔZ——出池落差（m）;hs'——出池河床水深（m）。

2.2.3 防滲排水設計

初擬閘基防滲長度按下式計算：

L=C×ΔH

式中：ΔH——上、下游水位差，檢修時期水位差最大;C——滲徑系數(shù);L——閘基防滲長度，計算值為20.50m。

閘基滲透計算采用《水閘設計規(guī)范》推薦的改進阻力系數(shù)法計算：

式中：ξo——進、出口段的阻力系數(shù);S——齒墻的入土深度（m）;T——地基透水層深度（m）。

內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)：

式中：ξy——內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù);水平段的阻力系數(shù)。

式中：ξx——水平段的阻力系數(shù);S1、S2——水平段首、末齒墻的入土深度（m）。

由此，做好消力池下部排水孔的設計，面對減少護坦基部滲透壓，在水平護坦后側(cè)安排垂直型排水孔，在孔下部鋪設反濾層。通過消力池后部設計垂直型排水孔以達到降低池底板滲壓的效果。

2.2.4 閘室結(jié)構(gòu)布置及穩(wěn)定性分析

按水閘設計規(guī)范，土基上閘室基底面的抗滑安全系數(shù)，按下式計算：

其中：Kc——沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);f——閘基基底面與地基之間的摩擦系數(shù);∑H——作用在閘室上的全部水平向荷載（kN）;Φ0——閘室基礎底面與土質(zhì)地基之間的摩擦角（o）;C0——閘室基礎底面與土質(zhì)地基之間的粘結(jié)力（kPa）。

2.2.5閘室基底應力

按下式計算：

其中，ΣG——作用在閘室上的全部豎向荷載;ΣMx、ΣMy——作用在閘室上的全部垂直荷載和水平荷載對基礎底面垂直水流方向和順水流方向的形心軸的力矩（kN.m）;A——閘室基礎底面面積（m2）;Wx、Wy——閘室基底面對于該底面垂直水流方向和順水流方向的形心軸的截面矩（m3）。

經(jīng)分析計算可得，焦橋閘閘室為開敞式鋼筋砼結(jié)構(gòu)，共分5 孔，單孔寬度 6.0m，閘底板采用整體式平底板，厚1. 0m，閘墩為實體墩，厚1.10m。閘室順水流方向15.0m，垂直水流方向36.0m。閘墩頂部下游設置檢修工作便橋、鋼筋砼排架、啟閉臺及啟閉房等，上游設置預制公路橋。橋頭堡設置在空箱式岸墻上。

閘室設計，要保證閘基和兩岸連接建筑物的穩(wěn)定性，增加土的抗?jié)B穩(wěn)定性，避免在水位差較大時水閘因滲透變形，而危及水閘主體工程建設安全性。本次閘址選擇綜合考慮了水文地質(zhì)條件、上下游水位差、閘室和兩岸連接建筑物分布特點等，并綜合考慮了閘室防滲設計、排水系統(tǒng)、閘基處理、兩岸抗?jié)B穩(wěn)定等。還通過控制閘室總凈寬度設計流量、閘孔徑使用要求、水閘閘門形式等因素，整體解決了閘室安全問題。

通過設計閘室、翼墻結(jié)構(gòu)形式、尺寸設計和結(jié)構(gòu)布置，在地基條件、地基承載力控制、地基妥善處理中，綜合考慮了水閘設計結(jié)構(gòu)強度、剛度。綜合設計層面，出于環(huán)境保護、造型設計美觀度、水閘服務河道水利建設和綜合效益，全面發(fā)展了我國的河道水利工程。

2.2.6工作閘門設計

閘門設計需綜合考慮抗滑穩(wěn)定性和抗?jié)B穩(wěn)定性，以確保閘室能承受上下游水位差造成的水平推力，避免閘室向下游滑動，導致水閘穩(wěn)定性失衡問題。依照方案比選結(jié)果，焦橋閘閘門設計門型為露頂式平面定輪鋼閘門，門體為實腹式等截面主橫梁焊接構(gòu)件，主材為Q235B，面板布置在閘上游側(cè)。

3結(jié)語

綜上所述，本次水閘設計，立足既定水利工程建設和設計的基本要求，詳細分析了水閘周圍的水環(huán)境，并嚴格按照相關(guān)規(guī)范要求進行設計。與此同時，水閘的運用問題作為河道水利工程施工中的關(guān)鍵問題，必須采取有效的措施加以預防和處理，且還需將理論與實踐相結(jié)合，最大限度地提高水閘設計質(zhì)量和運用。

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