友誼灌區(qū)黃旗閘工程改造總布置及計算

薛 麗

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

1 工程建筑物現(xiàn)狀

黃旗閘位于東港市黃土坎鎮(zhèn)大洋河左岸大堤與串心溝交叉處，是一座集防洪、排澇、灌溉等功能為一體的綜合性建筑物。修建于1983—1984年，為涵洞式，由進(jìn)口段、涵洞閘體、出口段組成，全長66.80m。

進(jìn)口段由黏土鋪蓋和干砌石護(hù)坡組成，全長18.00m，底寬22.00m。黏土鋪蓋全長12.00m，鋪蓋厚為0.80～1.35m，鋪蓋上設(shè)粗砂墊層厚200mm，表層150mm厚C15素混凝土防沖層，末端設(shè)漿砌石齒墻一道。鋪蓋兩側(cè)為重力式漿砌石擋土墻，墻體外側(cè)設(shè)有200mm厚C15素混凝土防滲層，基礎(chǔ)為C10素混凝土結(jié)構(gòu)。鋪蓋前為防止河道被沖刷，設(shè)梯形干砌石護(hù)坡段長6.00m，底寬22.00m，邊坡坡比1∶2.50，干砌石層厚300mm，干砌石層下為三級反濾層，總厚350mm，末端設(shè)漿砌石齒墻一道。

涵洞及閘臺全長20.80m，共分5孔，每孔為4.00m(寬)×5.50m(高)，中墩厚0.50m，總寬22.00m。采用鑄鐵閘門，2×12t雙吊點(diǎn)螺桿式啟閉機(jī)。

出口段由消力池及海漫組成，全長28.00m，底寬22.00m。消力池深0.50m，全長15.00m，底板寬22.00m，兩側(cè)為重力式漿砌石擋土墻，消力池末端設(shè)C10素混凝土齒墻一道。消力池底板厚800mm，底層為600mm厚漿砌石，上層為200mm厚C15素混凝土防沖層；外為漿砌石，基礎(chǔ)為C10素混凝土；消力池后為干砌石海漫，全長13.00m，底寬22.00m，梯形斷面，邊坡坡比為1∶2.50。干砌石厚500mm，干砌石層下為三級反濾層總厚為400mm，末端為拋石防沖槽。

2 基本資料

2.1 水文資料

閘址處上游串心溝集雨面積為59.80km2，由丹東市水利設(shè)計研究院編制的《大洋河流域規(guī)劃》得知大洋河位于串心溝位置處的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。串心溝的防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，閘址處的洪峰流量按無資料法求得，10年一遇洪峰流量為276m3/s。20年一遇洪峰流量為328.37m3/s。串心溝溝底寬22.00m，邊坡坡比1∶2.50，河道平均比降為2/5000，閘址處溝底高程為-1.00m，20年一遇洪水位3.24m，水深4.24m。

《大洋河流域規(guī)劃》中大洋河串心溝位置處20年一遇洪峰流量為10100m3/s，相應(yīng)洪水位為5.85m，20年一遇潮水位4.10m。大洋河防洪堤原堤頂高程為8.20m，頂寬3.00m，內(nèi)外邊坡坡比各為1∶3.50，1∶3.00，維持原狀不變。

2.2 地質(zhì)資料

由勘察資料知該閘址處堤基坐落在輕粉質(zhì)黏土層，含水量25.5%，濕容重1.54×103kg/m3，孔隙比1.15，比重2.64，內(nèi)摩擦角10°，摩擦系數(shù)取為0.3，黏結(jié)力為25kN/m2，地基允許承載力設(shè)計值采用100kN/m2。該區(qū)地震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g，設(shè)計地震分組的第一組。場地類型為中軟場地土，場地類別為Ⅱ類。場地標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.00m。

3 工程設(shè)計依據(jù)及參數(shù)

黃旗閘是一座集防洪、排澇、灌溉為一體的綜合性建筑物，是東港市友誼灌區(qū)骨干工程。其串心溝排澇10年一遇洪峰流量為276m3/s。根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL 265—2016)規(guī)定最大過閘流量1000～100m3/s為中型水閘；《大洋河流域規(guī)劃》中該處堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇；綜合分析確定該閘為洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇，但根據(jù)過閘流量確定為中型水閘，工程等別為Ⅲ等工程。該次需改造的主要建筑物：涵閘、管理房相應(yīng)級別為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。

3.1 洪水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL 265—2016)的有關(guān)規(guī)定，黃旗閘為Ⅲ等水閘，對應(yīng)的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計潮水位重現(xiàn)期均應(yīng)采用大洋河20年一遇標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 設(shè)計依據(jù)及參數(shù)選取

設(shè)計依據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL 265—2016)。沿閘基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)基本組合不小于1.25，地震情況不小于1.05,，其他特殊組合不小于1.10。消力池護(hù)坦抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)1.00；閘基底應(yīng)力最大值與最小值比基本組合允許值1.50，特殊組合允許值2.00。翼墻基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)同閘基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

3.3 工程建筑物存在的主要問題

黃旗閘修建于1983—1984年，運(yùn)行年久。原有干砌石護(hù)坡年久損毀嚴(yán)重；原有混凝土強(qiáng)度較低，加之運(yùn)行年久，碳化嚴(yán)重；閘門銹蝕嚴(yán)重；啟閉設(shè)備露天布置，銹蝕嚴(yán)重；無水閘觀測設(shè)施及自動化控制設(shè)施。

4 工程改造總布置

該次改造內(nèi)容包括：?水閘全部拆除重建；?更換閘門、啟閉設(shè)備及電氣設(shè)備；?重建管理房；?增設(shè)觀測及自動化控制設(shè)施。

a. 重建水閘由進(jìn)口段、涵洞閘體、出口段組成，全長66.80m。進(jìn)口段由鋼筋混凝土鋪蓋和干砌石護(hù)坡組成，全長18.00m，底寬22.00m。鋪蓋全長12.00m。鋪蓋兩側(cè)為重力式素混凝土擋土墻。鋪蓋前設(shè)梯形干砌石護(hù)坡段長6.00m，底寬22.00m，邊坡坡比1∶2.50。涵洞及閘臺全長20.80m，共分5孔，每孔為4.00m(寬)×5.50m(高)，中墩厚0.50m，總寬22.00m。啟閉平臺高程12.50m，寬5.00m，長24.70m，采用彩鋼板啟閉機(jī)房，平臺與堤頂采用900mm寬鋼樓梯連接。出口段由消力池及海漫組成，全長55.00m，底寬22.00m。消力池深1.05m，全長18.00m，底板寬22.00m，兩側(cè)為重力式素混凝土擋土墻；消力池后為干砌石海漫，全長36.00m，底寬22.00m，梯形斷面，邊坡坡比1∶2.50。

b. 采用雙面擋水鑄鐵閘門，孔口為4.00m(寬)×5.50m(高)，2×12t雙吊點(diǎn)手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。

c. 重建管理房位于原有管理房邊，單層，面積65.74m2。

d. 新增控制測量儀器、水下測量儀器、水文觀測儀器、自動控制系統(tǒng)。更換動力配電系統(tǒng)。

5 設(shè)計計算

5.1 水力計算

a. 串心溝涵閘進(jìn)口水位計算。計算情況串心溝P=10%洪水與大洋河10%潮水位遭遇。P=10%時，串心溝洪峰流量276m3/s，大洋河相應(yīng)潮水位3.09m。P=20%時，串心溝洪峰流量328.37m3/s，大洋河相應(yīng)潮水位4.10m。

按無壓短洞計算：

式中Q——流量，Q=328.37m3/s；m——流量系數(shù)，m=0.32；B——短洞寬，B=20m。

計算得

H0=4.24m

再按《水力計算手冊》中短洞計算公式最后計算得：涵閘進(jìn)口斷面水位4.24m，涵內(nèi)收縮斷面水位1.24m，出口斷面水位1.35m。

b. 涵閘出口消能計算。消力池深度計算：

計算得消力池深1.05m，水躍長度20.93m，消力池長度17.80m，海漫長度35.66m；采用消力池長度18.00m，海漫長度采用36.00m。

5.2 地下輪廓線計算

按照直線比例法的勃來法求滲徑長度，計算公式：

L理=C×H

式中C——地基土的滲徑系數(shù)(輕粉質(zhì)黏土取c=8)；

H——最大作用水頭(5.85-3.24=2.61m)。

經(jīng)計算L理=20.88m。實(shí)際L=53.60m>L理。

5.3 涵閘穩(wěn)定計算

基底應(yīng)力按下式計算：

∑G——作用在閘室上的全部豎向荷載,N；

∑M——作用在閘室上的全部豎向和水平向荷載對于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩,N·m。

抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計算：

式中f——閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)，取0.3；

Kc——沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

∑G——作用在閘室上的全部豎向荷載,N；

∑H——作用在閘室上的全部水平向荷載,N。

計算工況：?設(shè)計工況(大洋河水位7.00m，串心溝水位3.24m)；?剛建成(上下游無水)；?設(shè)計工況加地震。

閘體穩(wěn)定計算成果見表1。

表1 閘體穩(wěn)定計算成果

閘體穩(wěn)定計算成果滿足《水閘設(shè)計規(guī)范》要求。

5.4 翼墻穩(wěn)定計算

翼墻為素混凝土重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，按墻高7.73m、7.30m、5.80m三種墻高斷面分別計算。

計算工況：?設(shè)計工況(墻前無水)、剛建成(墻前無水)；?設(shè)計工況加地震。

邊墻沿建基面的抗滑穩(wěn)定按抗剪強(qiáng)度公式計算：

式中f——邊墻與地基接觸面的抗剪摩擦系數(shù)； ∑W——作用于邊墻上的全部荷載對計算滑動面的法向分量，N；

∑P——作用于邊墻上的全部荷載對計算滑動面的切向分量，N；

翼墻穩(wěn)定計算成果見表2。

表2 邊墻穩(wěn)定計算成果

邊墻穩(wěn)定計算成果滿足《水閘設(shè)計規(guī)范》要求。

5.5 工程觀測及控制自動化

沉降位移觀測，一般埋設(shè)沉降標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行觀測。沉降標(biāo)點(diǎn)可布置在閘室和岸墻、翼墻底板的端點(diǎn)和中點(diǎn)。施工期可埋設(shè)在底板上，后期引接至上部結(jié)構(gòu)。水位、潮位觀測設(shè)備的選型，布置及水尺零點(diǎn)高程的校測，改正等技術(shù)要求，應(yīng)按照《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50138—2010)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。測壓斷面布置兩個，分別位于涵洞的兩端，且在翼墻后。地下輪廓線每個斷面布置3個測點(diǎn)，側(cè)向繞滲每個斷面布置2個測點(diǎn)。為了便于管理增設(shè)自動化控制系統(tǒng)，用于該閘防洪、排澇、灌溉的運(yùn)行管理。

6 結(jié) 語

黃旗閘工程始建于1983～1984年，于2014年對該次改造進(jìn)行了設(shè)計，從2015年年初開始按照該設(shè)計進(jìn)行改造，并于當(dāng)年年底結(jié)束，在設(shè)計過程中根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL265-2001)規(guī)定最大過閘流量1000～100m3/s為中型水閘及《大洋河流域規(guī)劃》中該處堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇；綜合分析確定該閘洪水標(biāo)準(zhǔn)采用二十年一遇，通過此次總體布置及計算，極大地改善灌區(qū)的工程條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境條件，對發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)，提高水的有效利用率，促進(jìn)節(jié)水高效農(nóng)業(yè)發(fā)展，確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收起到了重要作用，同時對防洪、排澇、灌溉、治污等方面起到了積極的作用。

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