樺南新富涵閘設(shè)計(jì)計(jì)算分析

劉彥財(cái)

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江 大慶163000)

0 前 言

涵閘設(shè)計(jì)，初擬涵洞尺寸(依據(jù)自排流量)，根據(jù)堤頂高程、堤防邊坡確定洞長(zhǎng)，按自排水位和自排流量無(wú)壓涵進(jìn)行計(jì)算［1－2］。

本文以樺南縣新富閘為例，說(shuō)明涵閘設(shè)計(jì)計(jì)算。新富閘坐落于樺南縣鐵東堤防，堤防位于大山頭山至哈佳鐵路路堤之間，堤長(zhǎng)16.40 km。新富閘樁號(hào)位置12 +500 處，設(shè)計(jì)流量5.22 m3/s。

1 建筑物布置

樺南縣新富閘總體布置主要由進(jìn)口引渠、進(jìn)口U 型槽、涵洞、出口閘室、消力池及出口海漫組成。進(jìn)口護(hù)砌引渠長(zhǎng)10 m，底寬為3.0 m，襯砌邊坡為1∶1.5，采用干砌塊石護(hù)砌厚30 cm，下設(shè)碎石墊層15 cm，礫砂石墊層15 cm。

進(jìn)口U 型槽長(zhǎng)5 m，底寬1.0，底板厚0.6，邊墻厚0.40 m;涵洞總長(zhǎng)22 m，共3 節(jié)，第1、2 節(jié)長(zhǎng)7.0 m，第三節(jié)長(zhǎng)8.0 m。

涵洞斷面尺寸1.5 m ×1.8 m(寬×高)，2 孔，為鋼筋混凝土方涵;出口閘室段長(zhǎng)2.0 m，上部設(shè)啟閉架，平板鋼閘門(mén)，手動(dòng)螺桿啟閉機(jī)啟閉;消力池長(zhǎng)16.0 m，消力池深0.80 m，采用鋼筋混凝土U 型槽結(jié)構(gòu)，底寬3.80 m;海漫段長(zhǎng)18 m，底寬3.80 m，邊坡為1∶1.5，采用干砌塊石護(hù)砌厚30 cm，下設(shè)碎石墊層15 cm，礫砂石墊層15 cm［3－4］。

2 過(guò)流能力計(jì)算

根據(jù)閘設(shè)計(jì)流量，新富閘初擬涵洞尺寸為1.5 m×1.8 m×2(寬×高×孔數(shù))。

無(wú)壓涵洞過(guò)流能力計(jì)算公式為:

式中:σ 為淹沒(méi)系數(shù)，取0.95;m 為流量系數(shù)，取0.36;bk為過(guò)流斷面計(jì)算寬度，m，取1.0m;H0為計(jì)入行進(jìn)流速水頭的上游洞底以上水頭，m;H0= H +

經(jīng)計(jì)算Q =6.81 m3/s ＞5.22 m3/s，自排工況涵洞過(guò)流能力滿足要求，涵洞尺寸選擇合適。

3 消能防沖計(jì)算

消力池水力計(jì)算公式:

式中:Fr1為收縮斷面弗勞德數(shù);h1為收縮斷面水深，m;h2為自由水躍共軛水深，m;v1為收縮斷面流速，m/s。

水躍長(zhǎng)度、池深計(jì)算公式為:

式中:d 為池深，m;σ 為水躍淹沒(méi)度;h2為池中發(fā)生臨界水躍時(shí)的躍后水深，m;h1為消力池出口下游水深，m;△Z 為消力池尾部出口水面跌落;Q 為流量，m3/s;b 為消力池寬度，m;φ 為消力池出口段流速系數(shù);L 為自由水躍的長(zhǎng)度，m。

海漫長(zhǎng)度計(jì)算公式為:

式中:q 為消力池出口處的單寬流量，m3/s;H 為上下游水位差，m;k2為河床土質(zhì)系數(shù)。

排水閘站消力池水力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

經(jīng)計(jì)算，倭肯河兩側(cè)堤防新建涵閘及排水閘均不需要設(shè)消力池，但為防止閘孔小流量泄流時(shí)引起的沖刷破壞以及寒區(qū)特殊地理位置對(duì)水工建筑物結(jié)構(gòu)要求，設(shè)置消力池，池深取0.5 m［5－6］。

表1 消力池、海漫段水力計(jì)算成果表

4 基礎(chǔ)防滲穩(wěn)定計(jì)算

滲徑系數(shù)計(jì)算公式為:

式中:L 為防滲長(zhǎng)度，考慮止水有效;⊿H 為最大水頭差，m;C 為滲徑系數(shù)，依地基土的性質(zhì)而定，m。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265—2001)規(guī)定，為保證排水閘站安全，所需的防滲長(zhǎng)度應(yīng)≥計(jì)算L值［7－8］。水頭差采用外江20 a一遇水位，內(nèi)渠5 a一遇水位計(jì)算。

通過(guò)計(jì)算，該排水閘的實(shí)際防滲長(zhǎng)度、計(jì)算需要的防滲長(zhǎng)度、最大水頭差、滲徑系數(shù)詳見(jiàn)表2。計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

表2 滲徑長(zhǎng)度計(jì)算成果表

5 涵閘孔口尺寸的確定

根據(jù)不同設(shè)計(jì)流量，分別采用DN750、DN1000鋼筋混凝土圓涵和1.0m ×1.8m ×1(寬× 高× 孔數(shù))、1.5m×1.8m×2(寬×高×孔數(shù))的鋼筋混凝土方涵。

涵閘過(guò)流能力計(jì)算及孔口尺寸見(jiàn)表3。

表3 涵閘過(guò)流能力計(jì)算表

6 結(jié) 語(yǔ)

能否正確的選擇涵閘的建筑結(jié)構(gòu)，是涵閘設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，涵閘的防洪標(biāo)準(zhǔn)要和堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)一致，涵閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的成敗，也直接關(guān)系到整個(gè)區(qū)域防洪體系的安全。因此，對(duì)于涵閘結(jié)構(gòu)形式的選擇就有著十分重要的意義。

［1］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 黑龍江省倭肯河治理工程可行性研究報(bào)告［R］. 哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2013.

［2］李海崗，劉玉花. 涵閘設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題［J］. 中國(guó)水運(yùn)，2011，11(06):241 －242.

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［4］宋國(guó)濤，王曉旭. 烏裕爾河治理中某排水涵閘的設(shè)計(jì)［J］.黑龍江水利科技，2014，42(05):60 －62.

［5］中華人民共和國(guó)水利部.SL482—2011 灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京:中國(guó)水利水電出版社.2011.

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［7］馬有國(guó)，戴國(guó)軒. 涵閘加固設(shè)計(jì)中幾個(gè)水力學(xué)問(wèn)題的探討［J］. 中國(guó)農(nóng)村水利水電，2001(06):36 －38.

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