哈爾濱市松北灌排體系一期工程景觀閘設(shè)計(jì)

付 彥

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

1 工程概況

哈爾濱市松北灌排體系及水生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程位于松花江北岸，西為哈爾濱市與肇東市交界處，南為松花江干流，東為呼蘭河、北為肇蘭新河。涉及哈爾濱市松北區(qū)和呼蘭區(qū)兩個(gè)行政區(qū)，即松北區(qū)的松北鎮(zhèn)、松浦鎮(zhèn)、萬(wàn)寶鎮(zhèn)、樂(lè)業(yè)鎮(zhèn)和對(duì)青山鎮(zhèn)，呼蘭區(qū)的利民開(kāi)發(fā)區(qū)，總面積578 km2。

本著“以水定城”的指導(dǎo)方針，通過(guò)人工水系湖泊建設(shè)、引清補(bǔ)源、沿岸綠化、濕地保護(hù)和制度建設(shè)等，打造松北區(qū)完善的河湖連通的河網(wǎng)體系，需興建哈爾濱市松北灌排體系渠道與人工湖相連的景觀閘。

《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2001)，灌排渠系上的水閘，其級(jí)別可按現(xiàn)行的《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50288—99)的規(guī)定確定，同時(shí)，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2000)，穿堤水工建筑物的級(jí)別，按所在堤防工程的級(jí)別和與建筑物規(guī)模相應(yīng)的級(jí)別高者確定，確定天璣湖進(jìn)水閘工程級(jí)別為4級(jí)。

根據(jù)2001年國(guó)家地震局編制的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 18306—2001)1/400萬(wàn)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震基本烈度為6度，根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 203—97)規(guī)定，確定主要建筑物地震設(shè)計(jì)烈度采用基本烈度，即地震設(shè)計(jì)烈度為6度，可不進(jìn)行抗震計(jì)算。

2 基本資料

2.1 水文氣象

1)哈爾濱市松北區(qū)規(guī)劃區(qū)域面積為578 km2，地勢(shì)低洼，自古是松花江和呼蘭河的洪泛區(qū)。地勢(shì)西高東低，高程在118.5～115 m，整個(gè)松北城區(qū)全部在洪水淹沒(méi)范圍內(nèi)。100 a一遇洪水位122.5 m，淹沒(méi)水深4～7.5 m，屬于洪水高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)。嫩江上游有尼爾基水利樞紐，第二松花江中游有梯級(jí)水電站白山、紅石和豐滿電站。如今松花江干流哈爾濱呼蘭河口下游修建了大頂子航電樞紐，樞紐運(yùn)行回水影響到松北新區(qū)。

2)哈爾濱地處中溫帶，屬半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)型氣候，四季分明，春季風(fēng)大干旱，夏季短暫多雨，秋季冷涼霜旱，冬季漫長(zhǎng)寒冷。城區(qū)多年平均氣溫3.5℃，全年1月為最冷月份，平均氣溫為－19.7℃;全年7月份最熱，月平均氣溫23.1℃。哈爾濱歷年地層凍結(jié)深度，最深為2.12 m，最淺為1.54 m，平均為1.9 m。松花江冰凍厚度為1.2～1.5 m，歷年平均封江日期為11月下旬，開(kāi)江時(shí)間為4月上旬。

2.2 建筑物特征水位

水閘特征水位見(jiàn)表1:

表1 水閘特征水位參數(shù)表 m

3 工程地質(zhì)

天璇湖出水閘所在地貌單元屬松花江左岸漫灘，地勢(shì)平坦，地面高程115.0 m。揭露底層為第四系全新統(tǒng)沖洪積層。表層為耕植土，局部為填土，厚0.5～2.0 m性狀差;其下分布土黃色軟塑狀粉質(zhì)黏土和松散狀細(xì)沙⑥－1互為層狀分布，厚度1.5～4.5 m，部分地段夾中砂，中密狀態(tài)，以下為灰色細(xì)沙，呈松散～稍密狀。夾硬塑狀灰色粉質(zhì)黏土，厚度為1.5～5.0 m;下部為中砂和粗砂或礫砂，多呈中密狀態(tài)。層厚一般1～5.0 m，最厚為10 m，分布較連續(xù)，局部夾硬塑狀灰色粉質(zhì)黏土，互層狀分布。

地下水位埋藏較淺，埋深1.8 ～4.3 m，分布高程114.25 ～118.70 m，屬第四系孔隙潛水，受大氣降水補(bǔ)給，向松花江排泄。含水層為細(xì)沙、中砂及粗砂礫砂，中等透水。

閘基工程地質(zhì)評(píng)價(jià):閘建基于覆蓋層中，由于土層性狀變化較大，強(qiáng)度不高，層厚不穩(wěn)定，而且建基土層為砂層，透水性中等，地下水位較高，若采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，施工時(shí)涌水量大，基坑穩(wěn)定性差，給施工增加難度，建議采用碎石樁基礎(chǔ)較適宜。

4 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

天璣進(jìn)出水閘、天璇進(jìn)出水閘及松浦支渠進(jìn)水閘總體布置型式一致，本文僅對(duì)天璣湖進(jìn)水閘設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行闡述。

天璣湖進(jìn)水閘位于天璣湖樁號(hào)K20+670.500位置處，閘室控制點(diǎn)坐標(biāo)見(jiàn)表2:

表2 天璣湖進(jìn)水閘閘室控制點(diǎn)坐標(biāo)

天璣湖位于發(fā)生渠與松浦支渠交匯處，天璣湖的進(jìn)水渠與發(fā)生渠連接，出水渠與松浦支渠連接。在天璣湖進(jìn)水渠上布置進(jìn)水閘和交通橋，進(jìn)水閘中心線樁號(hào)為發(fā)生渠K20+670.5。進(jìn)水渠渠底高程112.23 m，進(jìn)水閘上游設(shè)計(jì)水位114.00 m，相應(yīng)正常運(yùn)行水深 1.77 m，上游最高水位114.50 m，最低水位113.43 m，進(jìn)水閘共1孔，單孔凈寬18 m，閘門采用底軸驅(qū)動(dòng)式翻板閘門，具有雙向擋水功能，在發(fā)生渠行洪水時(shí)擋發(fā)生渠最高水位114.50 m，在發(fā)生渠檢修防空時(shí)擋天璣湖設(shè)計(jì)水位113.90 m。進(jìn)水閘上游側(cè)布置天璣湖進(jìn)水閘交通橋，交通橋連接發(fā)生渠巡河堤，橋梁長(zhǎng)度23.4 m，橋梁凈寬 7.0 m，凈寬18.0 m。

天璣湖進(jìn)水閘主要建筑物由閘前混凝土鋪蓋、閘室段、海漫段及兩岸翼墻組成。上游鋪蓋為鋼筋混凝土，鋪蓋頂高程112.23 m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為 10.0 m，厚0.5 m，其下設(shè)10 cm厚混凝土墊層，混凝土鋪蓋與兩側(cè)混凝土擋墻、啟閉機(jī)室及閘底板間設(shè)一道橡膠止水帶。

閘室段為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘底板長(zhǎng)15.0 m，閘門前部底板長(zhǎng)度9.0 m，板厚3.30 m，閘底板頂高程為112.23 m;閘門后部底板長(zhǎng)度6.00 m，板厚2.50 m，閘底板頂高程為111.43 m。閘室底板下部鋪設(shè)10 cm素混凝土墊層，墊層下鋪設(shè)30 cm厚碎石墊層，底板前后分別設(shè)高1.0 m、寬0.5 m、坡比1∶1的齒墻。閘底板兩側(cè)啟閉機(jī)室兼做作閘墩，與閘底板為一整體結(jié)構(gòu)。

啟閉機(jī)室長(zhǎng)15.0 m，寬6.0 m，與閘底板整體連接，啟閉機(jī)室共設(shè)兩層，下層設(shè)有液壓?jiǎn)㈤]設(shè)備，上層為配電室及管理層，下層底板頂高程111.43 m和113.57 m，上層底高程為116.42 m?；A(chǔ)處理方式同閘室底板。

經(jīng)過(guò)消能防沖計(jì)算在進(jìn)水閘下游設(shè)置海漫，用以控制閘后水深，改善水流條件。海漫段長(zhǎng)14.1 m，寬度18.0 m，設(shè)1∶15斜坡與渠底連接，海漫上部為40 cm厚混凝土，下部為10 cm素混凝土墊層、10 cm碎石墊層、10 cm中粗砂墊層、無(wú)紡布，底板上布置間排距2.0 m×2.0 m的排水孔。海漫末端設(shè)防沖槽，長(zhǎng)度4.5 m，深度2.0 m，寬度與海漫段寬度相同，拋填塊石。

閘室鋪蓋段上游側(cè)、海漫段兩側(cè)均設(shè)混凝土懸臂式擋土墻與渠道兩岸相接，墻后回填開(kāi)挖棄渣料，兩岸翼墻分別連接左右岸綠地，并回填漫坡與左右岸道路相接。翼墻基礎(chǔ)處理方式同閘室底板。

天璣湖進(jìn)水閘交通橋主要建筑物由兩岸橋臺(tái)、橋梁及上部結(jié)構(gòu)組成。交通橋橋梁全長(zhǎng)21.4 m，凈寬5.0 m，道路中心線為橋梁結(jié)構(gòu)中心線。橋梁為20.0 m裝配式后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁，梁高0.90 m。上游鋪蓋段兩側(cè)擋墻兼做交通橋橋臺(tái)，擋墻為半重力式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)墻下分別設(shè)6根現(xiàn)澆混凝土鉆孔灌注樁，樁徑1.0 m，樁深25.0 m。

本工程設(shè)計(jì)地震烈度為6度，不考慮地震液化問(wèn)題。由于節(jié)制閘所處位置地質(zhì)條件較差，基礎(chǔ)均為承載力很小的松散～稍密細(xì)砂或中砂土層，易產(chǎn)生滲透變形，對(duì)閘基礎(chǔ)穩(wěn)定不利，故根據(jù)地質(zhì)建議對(duì)閘底板基礎(chǔ)采用碎石樁進(jìn)行基礎(chǔ)處理，碎石樁樁徑0.5 m，間排距2.0 m×2.0 m，呈梅花形布置。根據(jù)建筑物基礎(chǔ)各個(gè)部位地質(zhì)條件進(jìn)行不同的分區(qū)樁深長(zhǎng)度的確定。

［1］中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司.哈爾濱市松北灌排水系改擴(kuò)建及水生態(tài)環(huán)境建設(shè)一期工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.長(zhǎng)春:中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，2012.

［2］水利部.SL 482—2011灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:水利電力出版社，2011.

［3］水利部.SL 265—2001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:水利電力出版社，2001.