鋼壩閘在北京市西郊砂石坑蓄洪工程中的應(yīng)用

尚常清，韓亞超，崔瑞香

(1.北京合生潤澤工程設(shè)計有限公司，北京 100089；2.北京市首都規(guī)劃設(shè)計工程咨詢開發(fā)有限公司，北京 100045)

北京市西郊砂石坑蓄洪工程是將永引渠杏石口節(jié)制閘上游洪水，通過新建永引渠杏石口分洪閘、新建分洪暗涵引入阜石路砂石坑、西黃村砂石坑滯蓄的工程，同時利用砂石坑回補(bǔ)地下水。

新建永引渠節(jié)制閘是北京市西郊砂石坑蓄洪工程的一項重要內(nèi)容。新建杏石口節(jié)制閘與新建阜石路砂石坑分洪閘(現(xiàn)狀杏石口節(jié)制閘上游50.0m)布置在同一條軸線上。北京市西郊砂石坑蓄洪工程等別為Ⅱ等，節(jié)制閘為主要建筑物，級別為2級。節(jié)制閘工程規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇。新建節(jié)制閘采用1孔鋼壩閘，凈寬18m。

1 方案比選

1.1 方案一：新建分洪閘，保留利用現(xiàn)狀杏石口節(jié)制閘

新建永引渠分洪閘布置在現(xiàn)狀永引渠杏石口節(jié)制閘上游右岸，與現(xiàn)狀閘緊鄰布置。如圖1所示。

杏石口節(jié)制閘位于永定河引水渠2號跌水上游，建于20世紀(jì)90年代初，為3孔平板閘，單孔凈寬6m，總寬18m。節(jié)制閘上游為東水西調(diào)工程2號泵站調(diào)節(jié)池。

本方案為減少改移電信、電力等管線數(shù)量，給永引渠南側(cè)濱河大道路下管線綜合留出空間，新建分洪閘及分洪暗涵跌落井不占濱河路，分洪閘及分洪暗涵跌落井均布置在現(xiàn)狀渠坡位置。為了減少侵占渠道河底，西黃村分洪閘與阜石路分洪閘分開布置。

圖1 永引渠分洪閘平面圖(方案一)

1.2 方案二(推薦方案)：新建分洪閘，拆除現(xiàn)狀杏石口節(jié)制閘，統(tǒng)一整體布置

根據(jù)北京市水務(wù)局京水務(wù)建管〔2013〕195號《北京市水務(wù)局關(guān)于研究西郊蓄洪工程進(jìn)口閘布置與管理相關(guān)問題的會議紀(jì)要》，為管理方便，本設(shè)計方案將現(xiàn)狀杏石口節(jié)制閘拆除，與3處分洪口建成整體樞紐，總體緊湊布置。如圖2所示。

永引渠渠道建成于1969年，該段渠道底寬20m，邊坡1∶3，永引渠1號跌水(劉娘府)到2號跌水(杏石口)長2267m，渠底高程62.65～62.19m，縱坡i=0.0002，該段渠道原設(shè)計引水流量50m3/s，設(shè)計水深2.25m。

現(xiàn)狀杏石口節(jié)制閘建成于1990年，為3孔平板閘，單孔凈寬6m，總寬18m。

新建節(jié)制閘采用1孔鋼壩，凈寬18m，規(guī)模同原閘，經(jīng)閘室過流能力計算，最大過流能力為95m3/s。阜石路砂石坑分洪閘為2孔，單孔凈寬4m，采用合頁活動壩；西黃村砂石坑分洪閘為1孔，凈寬2.5m，位于渠道南岸，垂直渠道布置，與北岸東水西調(diào)進(jìn)水閘對稱布置，采用鑄鐵閘門。

圖2 永引渠分洪閘平面圖(方案二)

圖3 鋼壩閘平面布置

圖4 鋼壩閘縱剖面

2 鋼壩閘設(shè)計

新建節(jié)制閘采用1孔鋼壩，閘室凈寬18m，閘室底板高程62.20m，墩頂高程65.70m。

節(jié)制閘順?biāo)飨蚩傞L64.30m，其中鋪蓋段長20m，閘室段12m，消力池段長15m，海漫段長17.3m。采用C30W6F150鋼筋混凝土。鋼壩兩端液壓井室凈寬2m，井室壁厚0.5m。設(shè)計正常蓄水位同原永引渠作為東水西調(diào)工程的調(diào)節(jié)池最高水位65.00m，閘門頂高程65.20m。設(shè)計100a一遇洪水位64.78m。鋼壩閘平面布置如圖3所示。

鋼壩閘縱剖面圖如圖4所示。

3 節(jié)制閘過流能力計算

永定河引水渠起點(diǎn)為三家店進(jìn)水閘，經(jīng)模式口、杏石口、八一湖至西便門，全長25.38km，建成于20世紀(jì)50年代末，杏石口節(jié)制閘位于1號跌水和2號跌水段之間，該段渠道斷面輸水設(shè)計流量50m3/s。

計算結(jié)果表明新建杏石口節(jié)制閘凈寬18m(詳見表1)，滿足輸水過流能力的需要。

4 節(jié)制閘閘室穩(wěn)定計算

根據(jù)SL265-2001《水閘設(shè)計規(guī)范》，復(fù)核橡膠壩底板的抗滑、抗浮穩(wěn)定，地基承載力復(fù)核。

地基承載力計算公式為：

(1)

表1 過流能力計算

閘室底板抗滑計算公式為：

(2)

式中，Kc—沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)，0.3；∑H—作用在閘室上的全部水平向荷載，kN；其他變量含義同前。

閘室底板抗浮計算公式為：

(3)

式中，Kf—沿閘室基底面的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)；∑V—作用在閘室基底面上的揚(yáng)壓力，kN。

基本計算數(shù)據(jù)見表2。

表2 節(jié)制閘基本數(shù)據(jù)

經(jīng)計算，鋼壩閘各種工況組合計算結(jié)果均滿足要求，鋼壩閘基底應(yīng)力均小于地基允許承載力，見表3。

表3 閘室穩(wěn)定計算成果

5 結(jié)論

鋼壩閘自2015年建成后經(jīng)受住大雨的考驗(yàn)，運(yùn)行良好，無變形和破壞。鋼壩閘泄洪能力強(qiáng)、自動化程度高，是一種大大改善河道景觀的新型擋蓄水建筑物。雖然行業(yè)尚未發(fā)布設(shè)計規(guī)范，但結(jié)構(gòu)簡單、無上部結(jié)構(gòu)、施工工期短，而且升壩擋水、降壩行洪，運(yùn)行效果好，必將在以后的河道治理及景觀設(shè)計中越來越得到廣泛的應(yīng)用。