李 蔚

（樟樹市水利工程服務(wù)中心,江西 樟樹 331200）

1 工程概況

贛東大堤位于贛江下游右岸,上起新干縣,止于南昌市區(qū)新洲閘,跨經(jīng)新干縣、樟樹市、豐城市、南昌縣、南昌市區(qū),全長137.14 km。贛東大堤樟樹市段保護(hù)著樟樹市的防洪安全,保護(hù)面積203 km2,保護(hù)耕地16.74×104畝,保護(hù)人口14.71×104人,全長28.73 km。

贛東大堤是樟樹市規(guī)模最大的一座堤防工程。樟樹市市區(qū)位于橫穿江西的浙贛鐵路和縱貫江西的贛江交叉點(diǎn)上,市域東鄰豐城、南接新干、西毗新余、北連高安,為江西交通的樞紐。

2 溪源節(jié)制閘建設(shè)的必要性

樟樹市贛東大堤澇區(qū)項(xiàng)目任務(wù)主要是通過對贛東大堤澇區(qū)現(xiàn)有排水渠進(jìn)行清淤加固,自排閘、電排站拆除重建,解決永泰防洪治澇區(qū)、城西防洪治澇區(qū)、主城區(qū)防洪治澇區(qū)的內(nèi)澇問題。

草溪河樟樹市主城區(qū)到草溪河河口段河底高程為22.03 m~25.18 m,根據(jù)水文計(jì)算草溪河河口十年一遇設(shè)計(jì)水位27.41 m,由于草溪河流域地勢平緩,匯流時(shí)間較長,存在薌水倒灌的情況, 2019 年7 月樟樹市出現(xiàn)連續(xù)降雨,薌水水位升高,倒灌草溪河,造成浙贛鐵路上游灣里居委會附近大片農(nóng)田被淹,因此,新建溪源節(jié)制閘是十分必要的。本次設(shè)計(jì)擬在大橋西堤樁號10+800~10+875.68 處新建溪源節(jié)制閘,以解決薌水倒灌問題,減少老城區(qū)排澇壓力。

3 工程布置

3.1 閘室型式

新建節(jié)制閘主要功能是防洪兼泄洪,閘檻高程較低、防洪水位較高,同時(shí)結(jié)合建筑物的布置,結(jié)合防洪,交通及投資,新建節(jié)制閘采用胸墻式。閘門尺寸為B×H=5.0 m×4.0 m,本次設(shè)計(jì)采用平板式鋼閘門。

3.2 閘室底板型式

閘室底板一般根據(jù)地基、泄流條件選用平底板、低堰底板和折線底板。由于本工程無攔沙要求,且閘址河床上下游較平整平順,不適合低堰底板和折線底板型式。因此,水閘閘室采用平底板型式。

節(jié)制閘閘室為五孔并聯(lián),即閘室選用一聯(lián)的整體式結(jié)構(gòu)。整體式平底板結(jié)構(gòu)整體性好,對于地基的不均勻沉降有很強(qiáng)的適應(yīng)性,同時(shí)具有較好的抗震性能?？紤]地基基礎(chǔ)條件一般,閘室底板采用等厚度,底板厚度取1.5 m。

3.3 閘底板高程確定

一般情況下閘底板高程宜于河底齊平或略高一些,為保證閘底板和上下游河道的順接,增加過流能力,閘底板高程確定基本與鄰水側(cè)堤腳高程一致。

根據(jù)實(shí)測閘址地形,根據(jù)實(shí)測閘址地形，節(jié)制閘閘室底板頂高程為22.40 m。

閘墩頂部高程確定

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》4.2.4 規(guī)定,節(jié)制閘永久建筑物級別為3級,閘頂高程計(jì)算考慮以下工況：

①防洪情況：防洪水位+波浪高+相應(yīng)安全超高,即26.4+0.5+0.2=27.10 m。

②泄水情況：設(shè)計(jì)洪水位+相應(yīng)安全超高,即28.02+0.5=28.52 m；考慮到水閘兩岸堤頂高程為29.25 m,綜合比較后確定節(jié)制閘閘墩頂高取28.75 m。

3.4 閘室型式比選

結(jié)合節(jié)制閘總體布置,地形地質(zhì)條件,考慮節(jié)制閘主要功能,本次設(shè)計(jì)有兩個(gè)方案,兩個(gè)方案除閘室結(jié)構(gòu)布置外,其余部分結(jié)構(gòu)布置兩個(gè)方案均相同。兩個(gè)方案分別是：

方案一：節(jié)制閘采用胸墻式水閘（孔徑B×H=5 m×4 m）；

方案二：節(jié)制閘采用涵洞式（孔徑B×H=5 m×4 m）。

（1）方案一：新建胸墻式水閘

為了防止薌水倒灌草溪河的要求,節(jié)制閘采用胸墻式水閘結(jié)構(gòu)布置,閘門采用平面鋼閘門,新建節(jié)制閘位于大橋西堤樁號10+800~10+875.68 處,由上游鋪蓋、閘室段、消力池、海曼漫組成。上游鋪蓋范圍為閘Z0+000.00~閘Z0+020.00,為C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),底板高程為22.40 m；閘室上下游為閘Z0+020.00~閘Z0+032.68,為C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；均采用平面鋼閘門,共5 孔,閘門高4.0 m,寬5.0 m,閘室底板高程22.40 m,閘墩頂部高程28.75 m,邊墩厚1.20 m,中墩厚1.20 m,縫墩厚1.40 m；閘室上部設(shè)啟閉機(jī)框架與啟閉機(jī)房,為保證兩岸人員交通,啟閉機(jī)框架下游設(shè)置人行橋。消力池范圍為閘Z0+032.68~閘Z0+047.68,為C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),斜坡段長5.6 m,坡比為1∶4.0,水平段9.6 m,池深0.9 m,池底高程21.50 m；海曼上下游范圍為Z0+047.68~閘Z0+075.68,分為兩部,前20.00 m為干砌石護(hù)底結(jié)構(gòu),后8.00 m為干砌石防沖槽,底板高程為22.40 m。為了方便閘門運(yùn)行管理,在節(jié)制閘的右側(cè)設(shè)有1.5 m寬樓梯。

（2）方案二：新建涵洞式水閘

方案二工程總體布置方案于與方案一大致相同,但水閘結(jié)構(gòu)形式變化為箱涵式水閘布置,其余工程布置與方案一相同。節(jié)制閘進(jìn)口處布置泄洪閘,出口布置防洪閘,水閘采用五孔布置,箱涵孔徑B×H=5 m×4 m,泄洪閘及防洪閘閘室結(jié)構(gòu)尺寸相同,閘室垂直水流方向長為30 m,閘墩頂高程28.75 m,中墩厚1.20 m,邊墩厚1.20 m,閘室底板高程22.40 m,底板厚1.50 m,箱涵頂高程26.80 m,啟閉機(jī)排架柱,順?biāo)鞣较驅(qū)?.35 m,啟閉機(jī)房頂高程為m。為了方便閘門運(yùn)行管理,在節(jié)制閘的右側(cè)設(shè)有1.5 m寬樓梯。

根據(jù)以上兩種方案的布置,經(jīng)計(jì)算,各方案主要工程量、投資及優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

表1 節(jié)制閘方案比較表

續(xù)表1

根據(jù)以上兩種方案的布置,經(jīng)比較,兩種方案泄流能力一致,方案二施工工序較復(fù)雜,且穩(wěn)定性比方案一差,方案一運(yùn)行方便,解決了混凝土質(zhì)量及構(gòu)建尺寸問題,穩(wěn)定性比方案二更高。故本階段設(shè)計(jì)推薦方案一。

4 水力設(shè)計(jì)

4.1 溪源節(jié)制閘下游斷面水位流量關(guān)系

本設(shè)計(jì)擬新建溪源節(jié)制閘,需要計(jì)算閘址下游水位流量關(guān)系,草溪河上無水文測站,屬無實(shí)測水文資料地區(qū)。其水位流量關(guān)系采用曼寧公式,由起始斷面水力要素推算[1]。起始斷面橫斷面資料采用本階段實(shí)測成果。糙率的選取根據(jù)河槽地形地貌、河床質(zhì)的組成綜合分析選定,n 值取0.020~0.040,比降根據(jù)本階段河道縱斷面、實(shí)測該河段同時(shí)水面線綜合確定,水閘下游水位流量關(guān)系計(jì)算成果見表2。

表2 溪源節(jié)制閘址下游水位流量關(guān)系成果表

4.2 過流能力計(jì)算

水閘過流能力計(jì)算目的是計(jì)算在各種水頭和水閘開啟情況下水閘的泄流能力,并由此推出設(shè)計(jì)洪水[2]。

節(jié)制閘閘孔共5 孔,節(jié)制閘有多種閘門開啟調(diào)度方案可供選擇,現(xiàn)計(jì)算閘前正常蓄水位為26.40 m,閘門擋水高度為4.0 m,不同孔數(shù)及不同開度下,孔口出流情況見表。

節(jié)制閘閘不同水位閘門不同開度時(shí)對應(yīng)泄流能力計(jì)算結(jié)果見表3~表6。

表3 節(jié)制閘水位-開度-流量關(guān)系表

表6 節(jié)制閘水位-開度-流量關(guān)系表

續(xù)表3

表4 節(jié)制閘水位-開度-流量關(guān)系表

表5 節(jié)制閘水位-開度-流量關(guān)系表

4.3 消能防沖設(shè)計(jì)

（1）消能形式

節(jié)制閘閘址位置,河床及岸坡抗沖能力較低,且承受水頭不高,閘下躍前水流佛勞德數(shù)較低,宜采用底流式水躍消能,消能形式選用底流式消能[3]。

（2）工況確定

節(jié)制閘僅在上游水位高于下游水位時(shí)過流,消能防沖的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與水閘下泄流量標(biāo)準(zhǔn)一致,并考慮閘孔出流的時(shí)候能可能出現(xiàn)最不利情況。

在節(jié)制閘流量下泄工況下,淹沒出流時(shí),下游水深較大,水閘出口水躍為淹沒水躍,無需設(shè)置消力設(shè)施；因此,節(jié)制閘消能工況應(yīng)考慮水位較低時(shí)的閘孔出流工況,節(jié)制閘自由出流可能出現(xiàn)的最不利情況。

（3）消能計(jì)算成果

結(jié)合表7 計(jì)算結(jié)果,并參考相關(guān)規(guī)范,防沖槽設(shè)計(jì)深度取1.5 m。

表7 消能計(jì)算成果表

5 結(jié)語

新建溪源節(jié)制閘工程的實(shí)施,解決了薌水倒灌草溪河的問題,減少了主城區(qū)的排澇壓力,節(jié)制閘上游段的草溪河水可通過擬建的新梨園灣電排站進(jìn)行排澇。本文經(jīng)過方案比選,最終確定節(jié)制閘采用胸墻式水閘,通過過流能力復(fù)核計(jì)算以及消能防沖計(jì)算,均滿足規(guī)范要求,設(shè)計(jì)方案可行。