南四湖湖東堤工程水閘的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

李倩雯 賈永明

一、工程概況

南四湖湖東堤工程位于南四湖東側(cè)，北起濟(jì)寧市石佛村老運(yùn)河?xùn)|堤，南至韓莊鎮(zhèn)老運(yùn)河北堤，全長(zhǎng)約124km。湖東堤工程中有大小支流30多條河道穿湖東大堤入南四湖沒有進(jìn)行封閉。為了防止南四湖洪水回灌，在較大支流的回水段進(jìn)行堤防加固，在較小支流且具有通航要求的河口處建水閘進(jìn)行河口封閉治理，共建水閘13座，分布在微山和滕州所轄兩地，閘址均布置于大堤與河道的交匯處。水閘設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)所處的堤防位置分別采用50年一遇洪水和1957年典型洪水（相當(dāng)于90年一遇洪水）設(shè)防。水閘工程建筑物級(jí)別為2級(jí)。

二、工程地質(zhì)

湖東堤工程區(qū)地層以第四系松散堆積物為主，分布范圍廣，主要為沖積形成的淺棕色粘土、湖沼積形成的黑粘土以及沖積洪積形成的壤土夾姜石，局部夾砂薄層；粘土夾姜石、壤土、粘土，局部夾礫質(zhì)粗砂、中粗砂層等。水閘閘底板底高程介于26.79～29.00m（1985年國家高程基準(zhǔn)），所處地層主要為③-1層粘土、②層粘土、③層粘土夾姜石、⑤-1層粘土夾姜石、④層壤土夾姜石。水閘所處地層地基允許承載力在150kPa～200kPa之間，地基壓縮模量4.0MPa～6.0MPa。

位于滕州段10座水閘地震設(shè)防烈度為Ⅶ度，位于微山段3座水閘地震設(shè)防烈度為Ⅵ度。

三、水閘的功能

防洪：在洪水期防止南四湖洪水回灌河道，保證南四湖湖內(nèi)客水不外泄到湖東地區(qū)，減少湖東地區(qū)因客水而增加的防洪負(fù)擔(dān)。

泄洪：排泄河道洪水入南四湖，提高湖東地區(qū)的防洪能力。

分洪：在高洪水期分泄南四湖洪水入滯洪區(qū)。

排澇、灌溉：大堤及入湖河道支堤培修后，在湖東地區(qū)就會(huì)形成大小不等的相對(duì)獨(dú)立的封閉區(qū)域，汛期區(qū)內(nèi)澇水及滲水不能及時(shí)排出，干旱時(shí)不能灌溉，必然影響工農(nóng)業(yè)及煤礦業(yè)的正常發(fā)展。建閘后，既可使農(nóng)田內(nèi)澇水通過水閘排入南四湖，又可從南四湖內(nèi)引水灌溉農(nóng)田或工礦企業(yè)之用。

通航：滿足湖東堤湖內(nèi)、外側(cè)的通航要求。

四、設(shè)計(jì)類型

閘室結(jié)構(gòu)型式均采用開敞式，根據(jù)孔口尺寸和閘門型式的不同，將湖東堤水閘類型歸納為3類，如表1。

五、水閘布置

1.閘孔寬度10m水閘

該類水閘包括1孔、2孔、3孔3個(gè)孔數(shù)，單孔凈寬均為10m，共有9座水閘。閘門采用雙扉式平面鋼閘門，閘門高7.3m或7.0m，設(shè)計(jì)水頭6.79m。閘室邊墩型式采用整體式鋼筋混凝土“U”型槽結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用天然地基。

閘室布置在湖東大堤內(nèi)側(cè)，工作閘門吊點(diǎn)中心線與湖東大堤堤頂中心線距離為7.3m。閘室上部設(shè)有啟閉機(jī)房、機(jī)架橋、排架柱、防汛交通橋（連接大堤交通）。啟閉機(jī)房?jī)?nèi)置雙吊點(diǎn)250kN卷揚(yáng)啟閉機(jī)一臺(tái)。橋頭堡（樓梯間）布置在閘室左側(cè)，基礎(chǔ)采用柱下鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。

2.閘孔寬度15m水閘

該類水閘為單孔，閘孔寬度15m，包括塘子引河閘、老運(yùn)河分洪道閘。閘門采用升臥式平面鋼閘門，門高8.79m，設(shè)計(jì)水頭7.99m。閘室邊墩型式采用整體式鋼筋混凝土“U”型槽結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用天然地基。

閘室布置在湖東大堤外側(cè)，工作閘門吊點(diǎn)中心線與湖東大堤堤頂中心線距離為6.5m。閘室上部設(shè)有啟閉機(jī)房、機(jī)架橋、機(jī)架橋墩、防汛交通橋。啟閉機(jī)房?jī)?nèi)置雙吊點(diǎn)250kN卷揚(yáng)啟閉機(jī)一臺(tái)。閘門升起后平臥在閘墩頂部，機(jī)架橋墩兩側(cè)埋設(shè)閘門鎖定裝置，平臥后的閘門下部?jī)艨諠M足通航要求。

3.閘孔寬度23m水閘

該類水閘為單孔，閘孔寬度23m，包括辛安河閘、小荊河閘。閘門采用疊梁式鋼閘門，門高7.8m。閘室邊墩和上、下游翼墻均采用空箱式擋土墻型式。

閘室布置在大堤湖內(nèi)側(cè)，工作閘門吊點(diǎn)中心線與湖東大堤堤頂中心線距離為10.2m。閘室上部不設(shè)機(jī)房，閘門啟閉采用移動(dòng)式臺(tái)車和液壓自動(dòng)抓梁。閘室上部設(shè)有吊車框梁，便于布設(shè)臺(tái)車移動(dòng)軌道。閘室湖外側(cè)設(shè)有交通橋和引路。閘室左岸設(shè)置門庫放置疊梁閘門，門庫上部布置橋頭堡。

六、工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.廣泛采用寬深式現(xiàn)澆鋼筋混凝土“U”型槽結(jié)構(gòu)

寬深式現(xiàn)澆鋼筋混凝土“U”型槽結(jié)構(gòu)，由于槽寬加大后引起底板厚度增大，容易造成工程量增加，所以，以往水利工程“U”型槽寬度多控制在8.0m以下。湖東堤水閘工程設(shè)計(jì)結(jié)合場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，對(duì)軟基上現(xiàn)澆寬深式“U”型槽寬度進(jìn)行了有益探討。閘室及進(jìn)、出水段均采用寬深式現(xiàn)澆鋼筋混凝土“U”型槽結(jié)構(gòu)，槽寬可達(dá)到15m，相比采用扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)形式，寬深式“U”型槽結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單，施工方便，解決了土基上高填土側(cè)向擋土墻抗滑穩(wěn)定問題，可節(jié)省混凝土量20%左右。

2.采用異形門槽雙扉式平面鋼閘門

湖東堤水閘閘門大多數(shù)情況下處于開啟狀態(tài)，只在防洪期進(jìn)行關(guān)閉。閘門防洪工況擋水較深，凈高度一般需要在7.3m以上，為了降低工程上部結(jié)構(gòu)高度，其中9座水閘采用異形門槽雙扉式平面鋼閘門。設(shè)計(jì)充分利用了平面閘門閘室短、布置簡(jiǎn)單、使用方便、結(jié)構(gòu)受力明確的特點(diǎn)，解決了單純平面閘門啟升高度偏大的缺點(diǎn)，水工結(jié)構(gòu)抗震穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)了一套啟閉設(shè)備同時(shí)啟閉上、下扉閘門。

表1 南四湖湖東堤水閘分類

3.國內(nèi)已知單跨最大的升臥式閘門的應(yīng)用

湖東堤塘子引河閘、老運(yùn)河分洪道閘采用升臥式閘門方案，閘門寬度達(dá)15m，高度達(dá)8.7m，為國內(nèi)已知單跨最大的升臥式閘門。在地震區(qū)閘門擋水較高且有通航要求的水利工程中，采用升臥式平面閘門，可以有效地降低排架柱、啟閉機(jī)房高度，減少工程投資。閘門面板材料選用低合金結(jié)構(gòu)鋼，比采用普通鋼材重量輕20%左右，閘門重量減輕后，啟閉運(yùn)行更靈活，減少了啟閉機(jī)容量。

設(shè)計(jì)方案針對(duì)高水頭、大跨度閘門存在受力不均勻情況下，設(shè)計(jì)主輪軸承型式采用自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承，摩擦系數(shù)降至青銅軸瓦的1/3，解決了閘門主梁撓度引起的支承結(jié)構(gòu)受力問題。

4.國內(nèi)通航河道首次采用單孔23m寬，特大孔口疊梁式閘門

湖東堤辛安河閘、小荊河閘通航級(jí)別分別為Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)，航道船舶噸位已達(dá)1000t。根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2004），航道寬度不小于23m，凈空高度按京杭運(yùn)河續(xù)建工程統(tǒng)一要求確定為7.0m。由于水閘擋水較深，閘門高度接近8m，考慮到南四湖湖東地區(qū)百姓運(yùn)輸煤炭和蘆葦較多等實(shí)際情況，弧形閘門、升臥式閘門和雙扉式閘門已不適用于辛安河閘、小荊河閘。

針對(duì)南四湖汛期具有來水量大，短期內(nèi)庫區(qū)水位上升緩慢顯著特點(diǎn)，設(shè)計(jì)方案比較后提出疊梁式閘門及移動(dòng)式臺(tái)車啟閉設(shè)備方案。閘門采用 23×2.6×3—7.5/4.71m疊梁式平面鋼閘門，共3節(jié)，單節(jié)高度2.6m，為目前國內(nèi)最寬疊梁閘門