韓城市澽水河下游水面景觀工程船閘設(shè)計(jì)

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(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

韓城市澽水河下游水面景觀工程船閘設(shè)計(jì)

劉彬俠，王小永，楊艷

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

韓城市下游水面景觀工程位于澽河毓秀橋至入黃口段，河道長約13.8 km，共有5座橡膠壩和2座跌水。為改善和美化環(huán)境，增強(qiáng)完善蓄水工程在娛樂、休閑、景觀等方面的綜合功能，需在河道右岸修建船閘，實(shí)現(xiàn)游船在整個(gè)水面工程范圍不間斷航行。針對澽水河下游水面景觀航線設(shè)計(jì)、游船選擇、船閘建筑物設(shè)計(jì)、輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面合理性進(jìn)行論述，提出能滿足多級水面景觀工程通航的船閘設(shè)計(jì)方案，解決了多級水面景觀工程通航問題，使?jié)藓由舷掠嗡辖煌ㄣ暯映蔀橐粋€(gè)整體，為同類型工程提供技術(shù)支撐。

水面景觀；船閘設(shè)計(jì)；景觀工程；澽水河

韓城市下游水面景觀工程范圍為澽河毓秀橋至入黃口段，河道長約13.8 km；共有5座橡膠壩和2座跌水。為改善和美化環(huán)境，使?jié)藓由舷掠蔚乃辖煌ㄣ暯映蔀橐粋€(gè)整體，并增強(qiáng)和完善蓄水工程在娛樂、休閑、景觀等方面的綜合功能，全面體現(xiàn)以人為本、人水和諧的理念，在右岸修建船閘，實(shí)現(xiàn)游船在整個(gè)水面工程范圍不間斷航行。

1 航線規(guī)劃設(shè)計(jì)

共規(guī)劃3條航線。

(1)航線一：從司馬湖芝川古渡碼頭至澽河二環(huán)路橋上游古城碼頭，此航線總長9.5 km，其中河道內(nèi)7.8 km，河道外(司馬湖)內(nèi)1.7 km；航線經(jīng)過穿堤防洪閘1座、船閘1座。

(2)航線二：此航線為環(huán)線，總長7.3 km，共分三段，第一段：從司馬湖芝川古渡碼頭至澽河入黃口4號橡膠壩壩前，此段航線長2.8 km，其中河道外(司馬湖)內(nèi)2.1 km，澽河河道內(nèi)0.7 km；第二段：從澽河入黃口4號橡膠壩壩前碼頭至東少碼頭，此段航線總長2.5 km，航道全部在河道內(nèi)；第三段，從東少碼頭回到司馬湖芝川古渡碼頭，此段航線總長2.0 km，其中河道內(nèi)0.3 km，河道外(司馬湖)內(nèi)1.7 km。

(3)航線三：遠(yuǎn)期規(guī)劃從澽河、司馬湖向黃河通行游船，規(guī)劃在澽河四號橡膠壩左側(cè)設(shè)置通航船閘或設(shè)置碼頭進(jìn)行中轉(zhuǎn)。

2 游船選擇

根據(jù)景區(qū)規(guī)劃，規(guī)劃以40人游船作為通航船只的控制性游船。經(jīng)對西安曲江公園、咸陽湖、漢城湖等多處水面景觀所用游船考察，及聯(lián)系多個(gè)船只廠家對比分析，具體船體設(shè)計(jì)如下：

(1)船體寬度：每排4個(gè)座椅，船體寬5.0 m。船體長度：沿長度方向共安排10排座椅，船體長度為18.0 m。

(2)船型及船體高度：共考慮兩種船型。對于一層船只，設(shè)計(jì)為畫舫樣式，船艙內(nèi)凈高2.6 m，設(shè)計(jì)水密艙高0.6 m，船底板厚0.1 m，船頂畫舫造型1.2 m，總計(jì)船體高度4.5 m。對于二層為觀景臺的船只，設(shè)計(jì)船艙凈高按照2.0 m考慮，船體頂部造型高1.2 m，設(shè)計(jì)船體總高3.9 m。

(3)船體通行凈高要求：對于一層畫舫船只，船體通行時(shí)應(yīng)保證船體頂部以上預(yù)留0.5 m凈高，則船體通行的最低凈高要求為5.0 m。對于二層船只，船體凈高為3.9 m，其中包含船體以上觀景甲板護(hù)欄等高1.20 m，按照游人平均身高為1.8 m考慮，船體實(shí)際需要凈高為4.5 m，再加船只上空預(yù)留0.5 m高凈高，船體通行的最低凈高要求亦為5.0 m。

(4)航道凈寬要求：考慮到船體通行時(shí)受風(fēng)力影響，一般會發(fā)生橫向傾斜，建議航道寬度不小于船體寬度的2倍，即為：10.0 m。

(5)航道凈深要求：經(jīng)咨詢造船公司，本次設(shè)計(jì)船體的吃水深度一般為0.70 m，但為了保證船下螺旋槳在運(yùn)行時(shí)不至于帶起河底淤泥，攪渾水質(zhì)，建議航道的最小深度不小于1.2 m。

(6)通航時(shí)間要求：經(jīng)和多家船只生產(chǎn)廠家咨詢，國內(nèi)游船目前有兩種動力方式，其一：電瓶動力游船，主要是采用電瓶充電帶動游船；其二：機(jī)械動力游船，主要采用機(jī)械原理作為游船動力帶動游船。其中機(jī)械動力船可根據(jù)顧客要求船只航速進(jìn)行設(shè)計(jì)，常用動力的設(shè)計(jì)航速一般為12 km/h，最高可達(dá)20 km/h以上，但船體造價(jià)隨時(shí)速增加而增加。電動游船受電瓶大小的限制，目前常用航速為6～8 km/h，電瓶儲電可支持船只通行一天；設(shè)計(jì)亦可采用20 km/h以上航速型式，但需要多準(zhǔn)備電瓶，隨時(shí)給船只充電。對于本次設(shè)計(jì)航線，考慮到芝川古渡至古城碼頭上下線航程較長，建議船只采用20 km/h的設(shè)計(jì)航速機(jī)械動力船通行，黃河濕地區(qū)航線較短，可采用設(shè)計(jì)流速為6～8 km/h的電瓶船通行。

3 船閘設(shè)計(jì)

由于本工程船閘僅限于為游船服務(wù)，所以本船閘基本尺寸按只考慮通過最大游船設(shè)計(jì)。本次船閘設(shè)計(jì)主要由閘首、閘室、輸水系統(tǒng)、引航道、閘閥門、啟閉機(jī)械、電氣控制和運(yùn)行管理等組成。

3.1 通航條件

(1)通航水位： 上游最高通航水位：365.10 m，上游最低通航水位：364.70 m，下游通航水位361.20 m，最高防洪水位P=5%：365.16 m。

(2)運(yùn)行條件：本次運(yùn)行風(fēng)級為6級，大于6級停航。通航水流條件：引航道口門區(qū)縱向流速≤1.5 m/s，橫向流速≤0.25 m/s，回流流速≤0.4 m/s。引航道導(dǎo)航段和調(diào)順段宜為靜水區(qū)，停泊段的最大縱向流速≤0.5 m/s，橫向流速≤0.15 m/s。

3.2 船閘基本尺寸

(1)閘室有效長度：設(shè)計(jì)長度25.0 m。

(2)船閘閘門寬度：閘首及閘室有效寬度為6.0 m。

(3)上下游引航道長度：100.0 m。

(4)上下游引航道寬度：17.5 m。

3.3 通航建筑物設(shè)計(jì)

3.3.1 過閘程序

船閘由上下游閘首、中間閘室組成，船閘運(yùn)行方式為：上閘首和下閘首均布置有檢修閘門和工作閘門，左右兩側(cè)閘墩在上閘首處設(shè)有旁通管和充水裝置、下閘首處設(shè)有旁通管和放水裝置。當(dāng)上行船隊(duì)要通過船閘時(shí)，首先由下游旁通管將閘室的水位泄放到與下游水位齊平，然后開啟下閘首閘門，船隊(duì)駛?cè)腴l室，隨即關(guān)閉下閘首閘門，由上游旁通管向閘室充水，待水面與上游水位平齊后，開啟上閘首閘門，船隊(duì)駛離閘室。此時(shí)，若在上游有船隊(duì)等待過閘，則待上行船隊(duì)駛出閘室后，即可駛?cè)腴l室，然后關(guān)閉上閘首閘門，由下游旁通管向下游泄水，待閘室水位與下游水位平齊后，開啟下閘首閘門，船隊(duì)即可駛出閘室進(jìn)入下游引航道。

3.3.2 船閘閘門和輸水方式

船閘工作門均采用人字閘門，檢修門采用平板閘門，輸水系統(tǒng)工作和檢修均采用閥門操作，人字門和輸水系統(tǒng)工作閥門采用專用液壓啟閉機(jī)操作，檢修平板門利用閘頂啟閉機(jī)操作。

3.3.3 船閘主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

船閘主體段由上、下閘首和閘室組成，總長49.0 m，其中上閘首長12.0 m，閘室長25.0 m，下閘首長12.0 m，總寬13.0 m，航槽寬度6.0 m，邊墩寬度3.5 m。船閘閘首、閘室均采用整體式“U”型結(jié)構(gòu)。

(1)閘墩頂高程：上下閘首閘頂高程分別為371.50 m和367.50 m，為便于布置和美觀，上閘首工作閘門之后船閘閘頂高程和下閘首閘頂高程同高。

(2)上閘首：上閘首閘底板高程為360.00 m，輸水管道進(jìn)、出口段管中心高程為360.80 m，閘房部分閘頂高程371.50 m，其余部分閘頂高程367.50 m，建筑物總高度33.05 m。閘首邊墩墻后采用開挖土料回填至366.36 m高程。上閘首上游段布置檢修門，門槽寬1.5 m、深0.4 m，船閘檢修時(shí)，利用檢修閘門擋水。檢修門后布置有上閘首人字工作門，由設(shè)在左右邊墩頂部機(jī)房內(nèi)的啟閉機(jī)操作。上閘首左、右邊墩內(nèi)對稱布置有φ800充水管道及其工作閥門井，管道水平布置；工作閥門井布置在人字門拉桿下游，斷面尺寸2.5 m×2.0 m。上閘首閘頂啟閉機(jī)房上部布置船閘變配電室和集控室，下部布置有液壓機(jī)泵，平面尺寸均為6 m×13 m×14.4 m(長×寬×高)。

(3)閘 室：閘室閘底板高程為360.00 m，閘頂高程367.50 m，閘室邊墩墻后采用開挖土料回填至366.36 m高程。閘室兩側(cè)邊墻內(nèi)側(cè)對稱布置有護(hù)輪坎，以供過閘船舶系纜使用，閘室兩側(cè)邊墻內(nèi)側(cè)對稱布置有鋼爬梯，供船閘檢修和緊急救生時(shí)交通使用。

(4)下閘首：下閘首閘底板高程為360.00 m，輸水管道進(jìn)、出口段管中心高程為360.40 m，閘頂高程367.50 m，建筑物總高度22.50 m。閘首邊墩墻后采用開挖土料回填至366.36 m高程。下閘首上游段布置人字工作門，由設(shè)在左右邊墩頂部機(jī)房內(nèi)的啟閉機(jī)操作，其后布置檢修門，門槽寬1.5 m、深0.4 m，船閘檢修時(shí)，利用檢修閘門擋水。下閘首左、右邊墩內(nèi)對稱布置有船閘φ800泄水管道及其閥門井，管道水平布置，閥門井布置在人字門拉桿上游，斷面尺寸均為2.5 m×2.0 m。下閘首閘頂啟閉機(jī)房內(nèi)部布置有液壓機(jī)泵，平面尺寸均為4.5 m×13 m×7.5 m(長×寬×高)m。

3.3.4 上、下游引航道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)上、下游引航道導(dǎo)航建筑物:上、下游引航道采用不對稱型布置，過閘方式為直線進(jìn)閘、直線出閘。上、下游引航道閘前直線段長度均為50 m，底板頂高程360.00 m，上下游導(dǎo)航建筑物設(shè)計(jì)相同。(1)航道左側(cè)導(dǎo)墻為鋼筋混凝土體墩柱結(jié)構(gòu)，底高程為359.00 m，頂高程均為366.36 m，高7.36 m，長22 m， 在閘室末端上下游均以1.40°偏角呈“外八字”分別向上下游延伸，引航道有效寬度6 m，引航道口門寬度6.5 m。(2)位于右側(cè)的直線導(dǎo)航墻長50 m，為鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)，墻頂高程366.36 m，墻高7.16 m，肋間距3 m。(3)在右側(cè)的直線導(dǎo)航墻填土側(cè)間隔16 m直線排列有2個(gè)靠船墩，均為鋼筋混凝土重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，靠船墩頂高程366.36 m，建基面高程360.00 m。

(2)引航道口門區(qū)附近防護(hù)范圍及防護(hù)型式:為防止主流沖刷引航道口門區(qū)，引起主流向航道口門區(qū)偏移，增大口門區(qū)的縱向流速和橫向流速，影響船舶運(yùn)行安全，需對引航道口門區(qū)及上下游段的河岸進(jìn)行防護(hù)。上游河底高程為362.00 m，高于引航道底板頂高程360.00 m，需在引航道左側(cè)擺放鉛絲籠石臺使其平順銜接。引航道末端與河道右岸利用61.4 m長的護(hù)坡銜接段平順過渡，365 m高程以上采用草皮護(hù)坡，以下采用干砌石護(hù)坡；下游河底高程為360.00 m，與引航道底板頂高程相同，不存在高程銜接問題，但因引航道位于橡膠壩末端，為避免橡膠壩下泄水流淘刷引航道底板基礎(chǔ)，需在引航道左側(cè)擺放鉛絲籠石。引航道末端與河道右岸利用160m長的護(hù)坡銜接段平順過渡，包括120 m的擋墻防護(hù)和40 m的鉛絲籠石防護(hù)。

4 輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 輸水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)安全指標(biāo)

(1)載重量小于100 t船隊(duì)在閘室與引航道內(nèi)停泊船舶的允許縱向系纜力為8 kN，橫向系纜力為4 kN。

(2)上游引航道中最大縱向流速應(yīng)不大于0.5～0.8 m/s；下游引航道中應(yīng)不大于0.8～1.0 m/s，但在上游引航道碼頭處應(yīng)不大于0.5 m/s。

(3)船閘正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸水系統(tǒng)各部位不宜出現(xiàn)負(fù)壓，在特殊情況下，其局部壓力不宜產(chǎn)生超過3 mH2O的負(fù)壓。

4.2 輸水系統(tǒng)選型及布置

可采用集中輸水系統(tǒng)。充水管道進(jìn)水口設(shè)在上閘首上游人字門門龕前，出水口布置在上閘首下游側(cè)閘室底板，采用格柵式帷墻消能室。上閘首輸水管道中心線高程360.80 m，每側(cè)廊道進(jìn)水口斷面尺寸為1.2 m×0.8 m(寬×高，下同)，管道及閥門均為φ800 mm，閥門后管道出口處斷面擴(kuò)大為1.2 m×0.8 m的孔口，每側(cè)管道各設(shè)一個(gè)φ800 mm工作閥和檢修閥。管道進(jìn)出口順?biāo)飨蛑本€長度13.0 m。閘室采用格柵式消能室消能，消能室設(shè)頂部出水孔。頂部出水孔為1列4孔。出水孔采用等間距、孔寬布置，孔口尺寸1.2 m×0.5 m，消能蓋板尺寸1.2 m×0.8 m。

泄水管道進(jìn)水口設(shè)在下閘首上游側(cè)閘室邊墻，出水口布置在下閘首下游引航道內(nèi)。下閘首輸水管道中心線高程360.40 m，下閘首輸水管道與充水管道布置相同，每側(cè)廊道進(jìn)口斷面尺寸仍為1.2 m×0.8 m，管道及閥門均為φ800 mm，閥門后管道出口處斷面擴(kuò)大為1.2 m×0.8 m的孔口。每側(cè)管道各設(shè)一個(gè)φ800 mm工作閥和檢修閥。管道進(jìn)出口順?biāo)飨蛑本€長度18.9 m。

5 結(jié)語

本文通過對水面景觀的航線、游船、船閘建筑物、輸水系統(tǒng)等方面進(jìn)行詳細(xì)的分析論證，解決了多級水面景觀工程通航問題，本文提出的船閘方案目前運(yùn)行狀況良好，可指導(dǎo)同類型工程建設(shè)。

U641

B

1004-1184(2017)05-0186-02

2017-06-14

劉彬俠(1982-)，女，陜西西安人，助理工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。