連云港大浦閘下排水工程閘室設計及穩(wěn)定性計算

宗國營，王玉甫，張 言，占 飛

（1.連云港市水利規(guī)劃設計院有限公司，江蘇 連云港 222006；2.連云港徐圩港口投資集團有限公司，江蘇 連云港 222006）

隨著經(jīng)濟生活水平的不斷提升，連云港市區(qū)防洪排澇要求越來越高，急需打通大浦閘下排水通道與新沭河中泓之間的通道，實施大浦閘下排水通道水系連通工程迫在眉睫。工程實施后，不僅可以縮短洪水排出時間，促進市區(qū)的防洪安全，還可以降低大浦第一、二抽水站開機頻率，同時，可引新沭河中泓水，沖洗排水通道，為建設臨洪濕地公園，改善河道水質(zhì)，修復水生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造有利條件。本文針對大浦閘下排水工程閘室展開設計與穩(wěn)定性分析。

1 工程概況

連云港市地處淮河流域沂沭泗水系最下游、魯中南丘陵與淮北平原的結合部，地形以殘丘隴崗和平原洼地為主，地勢由西北向東南傾斜，依次為低山丘陵、殘丘隴崗、山前傾斜平原、洪積沖積平原、沿海灘涂。土質(zhì)西部為砂壤土和粘土，東部則為海相淤質(zhì)軟粘土。

大浦閘位于新沭河右堤，是連云港市海州區(qū)主要排水口門。新沭河治理后，開辟了專門的排水通道，設計標準為大浦河非汛期5 年一遇排水標準，設計流量為67 m3/s，是市區(qū)重要的排澇、排水通道，為日常性、不斷流排水。

2 閘室設計

2.1 閘孔規(guī)模復核

本次新建節(jié)制閘堰頂?shù)赘叱倘?1.30 m，新開挖引河高程-1.50 m。

新建節(jié)制閘為開敞式水閘，共設2 孔，每孔凈寬10 m，采用鋼筋混凝土整底板，堰頂面高程為-1.30 m。

（1）水位組合

節(jié)制閘過流能力復核水位組合見表1。

表1 節(jié)制閘過流能力復核水位組合表

（2）閘孔規(guī)模復核

對平底閘堰流，按下列公式計算：

閘孔過流能力計算見表2。由表2 可知，20 年一遇排澇、引水情況下，閘孔過流能力均滿足要求，因此節(jié)制閘閘孔總凈寬2 孔×10 m，總寬20 m。

表2 節(jié)制閘過流能力復核成果表

2.2 閘室設計

擬建節(jié)制閘共2 孔，每孔凈寬10.0 m，總凈寬20.0 m，閘室總寬23.20 m，順水流向長15.00 m。閘室采用開敞式結構型式，鋼筋混凝土結構。堰頂高程-1.30 m，閘前底板頂面高程為-1.50 m，閘后底板頂面高程為-2.90 m，兩側邊墩厚1.00 m，中墩厚1.20 m，閘墩頂高程為3.00 m。工作閘門采用翻倒門，閘墩兩側分別設檢修門槽，門槽尺寸為0.50 m×0.25 m（寬×深）。

閘室地基處理采用沉井基礎，沉井持力層座落于第⑥層粉細砂上，采用不封底型式，沉井頂高程-2.70 m～-4.10 m，底高程-13.00 m，沉井尺寸23.2 m×15.0 m×（10.30～8.90）m（垂直水流向?qū)挕另標飨蜷L×高），沉井井壁厚0.9 m；每塊沉井垂直水流向設2 道橫隔板，凈間距為4.00 m；順水流向設3 道縱隔板，凈間距為4.90 m，縱、橫隔板厚均為0.6 m。

閘室左側布置6.00 m×6.00 m（長×寬）控制室。室內(nèi)布置啟閉機及電氣設備，滿足管理運行要求。

3 閘室穩(wěn)定性計算

3.1 計算工況和水位組合

閘室穩(wěn)定計算考慮施工完建期、設計蓄水期、檢修期、校核蓄水期、校核排澇期、設計蓄水Ⅶ度地震6 種荷載組合情況。節(jié)制閘工程閘室穩(wěn)定計算各工況水位組合見表3，按《水閘設計規(guī)范》的規(guī)定，各計算情況的主要荷載組合見表4。

表3 閘室穩(wěn)定計算各工況水位組合表

表4 各計算情況的主要荷載組合表

3.2 天然地基承載力計算

按《水閘設計規(guī)范》（SL 265－2016）有關規(guī)定，節(jié)制閘閘室在各工況下既有豎向荷載又有水平荷載，應按漢森公式計算地基允許承載力[1]，由《水閘設計規(guī)范》（SL 265－2016）附錄H 中公式H.0.7：

式中：[R']為按漢森公式計算的土質(zhì)地基允許承載力，kPa；K 為地基承載力安全系數(shù)，取K＝2.5；q 為基底面以上的有效邊荷載，kPa；γB為泵房基礎底面以下土的重力密度，kN/m3，地下水位以下取有效重度；Nr、Nq、Nc為承載力系數(shù)；Sr、Sq、Sc為形狀系數(shù)，對于矩形基礎，可按上式計算；對于條形基礎，Sγ=Sq=Sc=1；B為閘室基礎底面寬度，m；L 為閘室基礎底面長度，m；D 為基底埋置深度，m；dq、dc為深度系數(shù)，但式中D/B 應小于1；ir、iq、iC為傾斜系數(shù)；p 為作用在基底面上的豎向荷載，kPa；τ 為作用在基底面上的水平向荷載，kPa；φ 為室內(nèi)飽和固結快剪試驗測得的地基土內(nèi)摩擦角，°；C 為室內(nèi)飽和固結快剪試驗測得的地基土粘結力，kPa。

閘室底板底高程位于第③層淤泥土內(nèi)，閘室沉井基礎刃腳底建基面高程為－13.00 m，位于第⑥層粉細砂層。經(jīng)計算，第③層和第⑥層土的地基允許承載力計算成果見表5。

表5 天然地基承載力計算成果表（閘室）

3.3 閘室穩(wěn)定計算

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，閘室底板底高程位于第③層淤泥土上，容許承載力為35 kPa，厚約12.4 m；接下來依次為第④層粉質(zhì)粘土，容許承載力80 kPa，厚約0.90 m；第⑤層粉質(zhì)粘土夾砂，容許承載力150 kPa，厚約1.2 m；第⑥層粉細砂，容許承載力160 kPa，厚約1.9 m。

閘室抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定、基底應力和基底應力不均勻系數(shù)的計算依據(jù)《水閘設計規(guī)范》（SL 265－2016）的規(guī)定執(zhí)行[1]。

（1）閘室抗滑穩(wěn)定按下列公式進行計算：

式中：Kc為沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；∑G 為作用閘室上的全部豎向荷載（包括閘室基礎底面上的揚壓力在內(nèi)，kN）；∑H 為作用在閘室上的全部水平向荷載，kN；f 為閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)，本工程閘室底板底面與地基之間的摩擦系數(shù)f＝0.06，閘室沉井底板與地基之間的摩擦系數(shù)f＝0.30。

（2）閘室抗浮穩(wěn)定按下列公式進行計算：

式中：Kf為閘室抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)；∑V 為作用在閘室上全部向下的鉛直力之和（kN）；∑U 為作用在閘室基底面上的揚壓力（kN）。

（3）閘室左、右側受力基本對稱，則閘室基底應力按下列公式進行計算：

采用沉井基礎情況的抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定、基底應力和基底應力不均勻系數(shù)計算成果見表6。

表6 閘室穩(wěn)定計算成果表（考慮沉井情況）

從表6 中可看出：閘室采用沉井基礎情況下（考慮沉井壁外淤泥土工程特性差因素，將沉井作為淺基礎計算）沉井基礎底高程為-13.00m，落在第⑥層粉細砂上，閘室的抗滑安全系數(shù)、地基應力及地基不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

4 結語

大浦閘下排水通道水系連通工程可以盡可能排泄大浦河排水片澇水，有利于調(diào)蓄水量、削減洪峰，有效減小局部水頭損失，是提高連云港市主城區(qū)防洪排澇能力的需要，在保障連云港市主城區(qū)防洪除澇安全及水生態(tài)環(huán)境方面的作用也極為顯著，對改善河道沿線及周邊居民的生產(chǎn)條件及生活環(huán)境，促進連云港市經(jīng)濟社會發(fā)展具有深遠影響，是服務百姓的民生工程。