改進(jìn)阻力系數(shù)法在節(jié)制閘工程中的運(yùn)用

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(1.通遼市水利勘察設(shè)計(jì)院， 內(nèi)蒙古 通遼 028000； 2.通遼市環(huán)境科學(xué)研究所， 內(nèi)蒙古 通遼 028000)

改進(jìn)阻力系數(shù)法在節(jié)制閘工程中的運(yùn)用

馬錦錦1，李凱1，阿木爾2

(1.通遼市水利勘察設(shè)計(jì)院， 內(nèi)蒙古 通遼 028000； 2.通遼市環(huán)境科學(xué)研究所， 內(nèi)蒙古 通遼 028000)

文章主要闡述了改進(jìn)阻力系數(shù)法在哈達(dá)江節(jié)制閘閘基滲流計(jì)算中的運(yùn)用，通過闡述改進(jìn)阻力系數(shù)法的基本原理、地下輪廓線的布置并進(jìn)行相關(guān)的滲流計(jì)算，最后得出結(jié)論，該設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

節(jié)制閘； 改進(jìn)阻力系數(shù)法； 滲流計(jì)算

1 工程概況

哈達(dá)江河始于內(nèi)蒙古通遼市科爾沁左翼后旗東北部茂道吐蘇木哈達(dá)江水庫(kù)右岸壩肩泄洪洞末端，經(jīng)科爾沁左翼后旗茂道吐蘇木、大鄭鐵路、科爾沁左翼中旗門達(dá)鎮(zhèn)、巴彥塔拉農(nóng)場(chǎng)及303線國(guó)道，最后在西遼河右岸防洪大堤穿堤流入西遼河。河道形成至今從未治理過，承泄河道內(nèi)淤積嚴(yán)重、雜草叢生、水流流通不暢、河槽較淺，一到汛期，河岸不是塌壩就是被大水沖破，農(nóng)田遭水沖淹，嚴(yán)重危害了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，亟需治理。此次治理段為巴彥塔拉農(nóng)場(chǎng)段，工程治理河長(zhǎng)10.8km，設(shè)計(jì)建設(shè)內(nèi)容主要包括河道清淤、干砌石防護(hù)、新建橋6座、新建節(jié)制閘1座等。本文僅針對(duì)節(jié)制閘閘基滲流計(jì)算方法進(jìn)行論述，節(jié)制閘底坎高程為132.90m，上游設(shè)計(jì)水位為134.60m，設(shè)計(jì)流量為15m3/s，由進(jìn)口段、閘室段、消力池段及鉛絲石籠防沖段組成。

2 改進(jìn)阻力系數(shù)法

2.1 基本原理

改進(jìn)阻力系數(shù)法是在滲流分析阻力系數(shù)法、分段法和獨(dú)立函數(shù)法三種算法的基礎(chǔ)上提出的精度較高的一種計(jì)算方法，其基本思路是：把復(fù)雜的閘基滲流區(qū)域用等勢(shì)線劃分為幾個(gè)簡(jiǎn)單區(qū)段，由阻力系數(shù)計(jì)算水頭損失，再由相應(yīng)公式求出滲流溢出坡降和水平坡降。

2.2 地下輪廓線布置

該節(jié)制閘工程實(shí)際地下輪廓線布置如下頁(yè)圖1所示。

圖1 實(shí)際地下輪廓線布置

根據(jù)地下輪廓的特點(diǎn)和《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2001)實(shí)施指南表規(guī)定，采用改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算，可得到地下輪廓簡(jiǎn)化和分段，具體布置見圖2。

圖2 簡(jiǎn)化后的地下輪廓線布置

2.3 滲流計(jì)算

該節(jié)制閘閘基滲流計(jì)算采用直線比例法計(jì)算滲徑長(zhǎng)度，采用改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算滲透坡降。

2.3.1 滲徑長(zhǎng)度計(jì)算

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2001)，采用直線比例法計(jì)算滲徑長(zhǎng)度，計(jì)算公式為：

L=CΔH

式中L——閘基防滲長(zhǎng)度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長(zhǎng)度的總和；

C——允許滲徑系數(shù)，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，由于該工程閘基為粉砂和砂土，所以按細(xì)砂取C=9～7；

ΔH——上、下游水位差,m，設(shè)計(jì)水位情況ΔH=134.60-132.90=1.7m。

經(jīng)計(jì)算，節(jié)制閘閘基實(shí)際輪廓線長(zhǎng)度L0=22.7+1.5=24.2mgt;L=15.3～11.9m，所以滲徑均滿足要求。

2.3.2 滲透坡降計(jì)算

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2001)附錄C，采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。

2.3.2.1 地基有效深度的計(jì)算

當(dāng)L0/S0≥5時(shí),Te=0.5L0

式中L0——地下輪廓的水平投影長(zhǎng)度,m；

S0——地下輪廓的垂直投影長(zhǎng)度,m；

Te——地基有效深度,m。

該閘基工程中L0=22.7m；S0=1.5m；L0/S0=15gt;5，故Te=0.5L0=11.35m，閘基土質(zhì)均勻，相對(duì)不透水層為無限深，故閘基滲流的影響范圍以有效深度Te控制。

2.3.2.2 分段阻力系數(shù)的計(jì)算

a.進(jìn)出口段的阻力系數(shù)

式中S——板樁或齒墻的入土深度,m；

T——地基透水層深度,m。

b.內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)

c.水平段的阻力系數(shù)

式中ξx——水平段的阻力系數(shù)；

S1、S2——進(jìn)口段和出口段板樁或齒墻的入土深度；

其余符號(hào)意義同前。

詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見下頁(yè)表1。

表1 各分段阻力系數(shù)計(jì)算

注: 當(dāng)ξilt;0時(shí)，取ξi=0。

2.3.2.3 各分段水頭損失值的計(jì)算

采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中 ΔH——上下游水位差。

詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 各分段水頭損失值計(jì)算

2.3.2.4 進(jìn)出口段水頭損失值修正計(jì)算

其中：

式中h0——進(jìn)、出口水頭損失,m；

β′——阻力修正系數(shù)，當(dāng)β′≥1時(shí)，取β′=1.0；

S′——底板埋深與板樁入土深度之和，或?yàn)辇X墻外側(cè)埋深,m；

T′——板樁另一側(cè)地基透水層深度,或?yàn)辇X墻底部至計(jì)算深度線的垂直距離,m；

T——地基透水層深度,m。

詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 阻力修正系數(shù)與修正后進(jìn)、出口水頭損失值計(jì)算

由表3可知，β′gt;1，故不需作修正。

2.3.2.5 滲透坡降計(jì)算

式中J——出口段滲流坡降值；

Jx——水平段滲流坡降值；

S′——底板埋深于板樁入土深度之和,m；

ΔH——水平段水頭損失值,m；

L——水平段長(zhǎng)度,m。

具體計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 出口坡降與水平段坡降的計(jì)算

注： 允許滲流坡降值[J]由《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2001)，表6.0.4 水平段和出口段允許滲流坡降值查得。

3 結(jié) 語

由上述哈達(dá)江巴彥塔拉農(nóng)場(chǎng)段河道治理工程節(jié)制閘閘基滲流計(jì)算成果可知：實(shí)際滲流坡降都小于允許滲流坡降，故滲流出口穩(wěn)定，產(chǎn)生滲透變形的可能性很小。該設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

[1] SL 265—2001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 華東水利學(xué)院.水工設(shè)計(jì)手冊(cè)—結(jié)構(gòu)計(jì)算[M].北京：水利電力出版社，1984.

[3] 宋春發(fā)，費(fèi)成效.水閘設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.

Application of Improved Drag Coefficient Method in Check Sluice Project

MA Jin-jin1, LI Kai1, Bai Amuer2

(1. Tongliao Water Conservancy Survey and Design Institute, Tongliao 028000, China;2. Tongliao Institute of Environmental Science, Tongliao 028000, China)

In the paper, application of improved drag coefficient method in Hada River check sluice foundation seepage calculation is mainly described. Basic principles, underground contour line layout and associated seepage calculation of improved drag coefficient method are described, therefore final conclusion can be obtained that this design meets specification requirements.

check sluice; improved drag coefficient method; seepage calculation

TV522

A

1005-4774(2014)12-0027-03