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(yáng)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(yáng)市蒲河于家臺(tái)自動(dòng)翻板閘始建于2002年，位于沈陽(yáng)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(guò)水流量257.7 m3/s。主要工程量土方3.1 萬(wàn) m3,石方1.5 萬(wàn) m3，混凝土1.2萬(wàn) m3，鋼筋285 t，設(shè)備間120m2，翻板閘門105 m2，批準(zhǔn)投資1650萬(wàn)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(wàn) 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(kù)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(wú)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(kù)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(zhǎng)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(wú)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(zhǎng)6.5m，其中壩上游段長(zhǎng)2.5m，緊接斜坡段長(zhǎng)1.2m，壩下游段長(zhǎng)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(zhǎng)0.5m，前趾長(zhǎng)1.3m。

5.1.3 消力池

過(guò)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(zhǎng)2.04m，縱坡1∶4，消力池水平段長(zhǎng)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(wú)紡?fù)凉げ肌?/p>

5.1.4 海漫

水流經(jīng)過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(méi)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(méi)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(zhǎng)度，m；Lk為消力池水平段池長(zhǎng)，m。

經(jīng)計(jì)算，翻板壩過(guò)50a一遇洪峰流量257.66 m3/s時(shí)，堰后消力池水平段長(zhǎng)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(zhǎng)按下式計(jì)算：

(3)

式中：Ks為海漫長(zhǎng)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(zhǎng)度22.0m。

6 運(yùn)行果評(píng)價(jià)

翻板閘門建成后經(jīng)過(guò)13a的灌溉及生態(tài)蓄水，建筑物的滲透線下游無(wú)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(wú)沉降變形和消能設(shè)施無(wú)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(kù)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.

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