松北水城天璣湖進(jìn)水閘應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)計(jì)算

姜 楠

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

1 工程概況

為實(shí)現(xiàn)哈爾濱市委、市政府提出的重點(diǎn)發(fā)展“濕地水城”的戰(zhàn)略構(gòu)想及城市空間“北躍、南拓、中興、強(qiáng)縣”的發(fā)展策略，秉承“以水定城”的指導(dǎo)方針，通過沿岸綠化、濕地保護(hù)、制度建設(shè)、人工水系湖泊建設(shè)來引清補(bǔ)源，增強(qiáng)城市防洪排澇安全，為生產(chǎn)、生活提供“人水和諧”的生態(tài)水環(huán)境，發(fā)展城市經(jīng)濟(jì)，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為此，需興建哈爾濱市松北灌排體系及水生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程。

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。天璣湖進(jìn)水閘所在地貌單元屬松花江左岸漫灘，地勢平坦，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，下部為中砂和粗砂或礫砂，多呈中密狀態(tài)。地下水位埋藏較淺，含水層為細(xì)沙、中砂及粗砂礫砂，中等透水。

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)生渠檢修放空時(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，橋梁長度23.4 m，橋梁凈寬7.0 m，凈寬18.0 m［1］。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。建筑物特征水位見表1。

表1 水閘特征水位參數(shù)表 m

2 水閘總體布置

閘室段為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘底板長14.5 m，閘門前部底板長度8.5 m，板厚3.30 m，閘底板頂高程為112.23 m;閘門后部底板長度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)。上游鋪蓋為鋼筋混凝土，鋪蓋頂高程112.23 m，順?biāo)鞣较蜷L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)混凝土擋土墻、啟閉機(jī)室及閘底板間設(shè)一道紫銅片止水。啟閉機(jī)室長15.0 m，寬6.0 m，與閘底板整體連接，啟閉機(jī)室共設(shè)2 層，下層設(shè)有液壓啟閉設(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。

經(jīng)過消能防沖計(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，長度4.5 m，深度2.0 m，寬度與海漫段寬度相同，拋填大塊石［2］。

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。閘室橫剖面見圖1。

圖1 閘室橫剖面圖

3 基礎(chǔ)處理

本工程設(shè)計(jì)地震烈度為6 度，不考慮地震液化問題。由于節(jié)制閘所處位置地質(zhì)條件較差，閘建基于覆蓋層中，基礎(chǔ)均為承載力很小的松散稍密細(xì)砂或中砂土層，強(qiáng)度不高，層厚不穩(wěn)定，易產(chǎn)生滲透變形，對閘基礎(chǔ)穩(wěn)定不利，故根據(jù)地質(zhì)建議對閘底板基礎(chǔ)采用碎石樁進(jìn)行基礎(chǔ)處理，碎石樁樁徑0.6 m，間排距2.0 m ×2.0 m，呈梅花形布置。橋臺基礎(chǔ)采用混凝土灌注樁進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

4 閘底板結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 不平衡剪力及荷載分布計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，閘底板不平衡剪力分配情況見表2。上、下游段各取單寬板條進(jìn)行計(jì)算，求得板條上的荷載，見表3［3］。

表2 閘底板不平衡剪力計(jì)算成果

表3 閘底板荷載分布計(jì)算結(jié)果

根據(jù)荷載分布，分別對上、下游段底板頂部及底部進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋。

4.2 閘室底板裂縫寬度驗(yàn)算

正截面裂縫寬度控制驗(yàn)算:

式中:α 為荷載長期作用的綜合影響系數(shù)，取2.1;c為保護(hù)層厚度;d 為鋼筋直徑;ρte為縱向受拉筋有效配筋率，取0.03;Ate 為有效受拉混凝土截面面積;As為有效受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積;σsk為按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的構(gòu)建縱向受拉鋼筋應(yīng)力。

構(gòu)件正截面的最大裂縫寬度計(jì)算值，按《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 1911—2008)選取，當(dāng)環(huán)境類別為二級時(shí)，最大允許裂縫寬度為0.3 mm。天璣湖進(jìn)水閘結(jié)構(gòu)配筋符合規(guī)范要求。

［1］中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限公司.哈爾濱市松北灌排體系及水生態(tài)環(huán)境建設(shè)一期工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.長春:中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限公司，2010.

［2］江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院.SL265—2001 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［3］陳寶華，張世儒.水閘［M］.北京:中國水利水電出版社，2003.