平原區(qū)某蓄水建筑物設(shè)計方案選擇

賀淑全 侯立剛 馬興高 成志超

（1.宿遷市水務(wù)勘測設(shè)計研究有限公司 宿遷 223800 2.宿遷市市區(qū)河道管理中心 宿遷 223800）

1 基本資料

平原地區(qū)某河道蓄水建筑物的功能：①蓄水，保持上游水生態(tài)環(huán)境；②排泄?jié)乘?。蓄水建筑物所在河道上游處河底設(shè)計高程10.60m，河道底寬18.00m，下游處河底設(shè)計高程10.60m，河道底寬18.0m，上、下游右岸河槽邊坡均為1 ∶2.5，堤頂高程為18.0m，在高程15.6m 位置設(shè)置平臺，寬3.0m，左岸河槽坡比為1 ∶2.0，堤頂高程為17.70m。設(shè)計10年一遇排澇流量為82.60m3/s，20年一遇校核流量為104.22m3/s，上游設(shè)計蓄水位14.50m。

1.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2016），其建筑物級別為3 級。

1.2 水位組合

蓄水建筑物設(shè)計流量、水位參數(shù)見表1。

2 方案比選

目前，平原地區(qū)蓄水建筑物應(yīng)用較為廣泛的有水閘、橡膠壩等。通過對水閘和橡膠壩兩種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行方案比選，確定建筑物形式。

2.1 方案一：水閘

2.1.1 閘孔總凈寬確定

已知上游設(shè)計水深（設(shè)計10年一遇排澇工況，包括行進(jìn)流速）Ho=4.68m，下游設(shè)計水深hs=4.58m，hs/Ho=0.978>0.90，屬于高淹沒度堰流。按照下式計算孔徑：

式中：Bo—閘孔總凈寬，m；

Q—設(shè)計流量，為82.60m3/s；

Ho—計入行進(jìn)流速水頭的堰上水深，m；

hs—由堰頂算起的下游水深，m；

μo—淹沒堰流的綜合流量系數(shù)。

各個計算參數(shù)與計算結(jié)果見表2。

由表2知，蓄水閘計算凈寬為11.50m，取12.00m，滿足設(shè)計要求。擬做3 孔，單孔凈寬4m。

按照20年一遇行洪工況復(fù)核，在設(shè)計凈寬12.00m 情況下，水閘可通過流量106.24m3/s，大于104.22m3/s，滿足要求。

2.1.2 總體布置

水閘閘中心線與河道中心線重合，閘室采用平底板寬頂堰開敞式結(jié)構(gòu)，閘單孔凈寬4.00m，共3 孔，總凈寬12.00m，底板頂高程為10.60m，閘頂高程為16.60m，底板厚0.80m，底板順?biāo)鞣较蜷L度為11.00m，垂直水流向?qū)?5.40m，邊墩厚0.80m，中墩厚0.90m。

閘室上部采用鋼筋混凝土工作橋排架，“π”型工作橋梁，工作橋頂高程為21.60m，工作橋上設(shè)啟閉機(jī)房15.40m×4.50m；交通橋橋面凈寬3.5m，兩側(cè)設(shè)置防撞墻（每側(cè)寬0.5m）。

表1 蓄水建筑物設(shè)計流量、水位參數(shù)表

表2 過閘流量計算成果表

閘室上游設(shè)置鋼筋混凝土鋪蓋，厚0.50m，順?biāo)飨蜷L9.98m。閘室下游設(shè)置鋼筋混凝土下挖式消力池，池深0.80m，池長12.48m，池底頂高程9.80m，消力池末端設(shè)置反濾層和冒水孔。池后設(shè)有混凝土海漫，海漫全長30m，頂面高程10.60m。海漫后設(shè)深2.0m 的拋石防沖槽。

閘室上、下游設(shè)圓弧形扶壁式擋土墻+懸臂式擋土墻與河岸連接，閘室上游第一級翼墻采用圓弧形鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)，順?biāo)鏖L度9.30m；閘室下游第一級翼墻采用圓弧形鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)，順?biāo)鏖L度為12.48m，閘室上、下游第二級左側(cè)翼墻為4.7m 鋼筋混凝土懸臂式擋土墻，第二級右側(cè)翼墻為8.7m 鋼筋混凝土懸臂式擋土墻。上下游河道均采用底部120mm 厚C20 素混凝土護(hù)坡+上部聯(lián)鎖塊護(hù)砌。

本閘設(shè)直升式鋼閘門，為使水重有利于閘室穩(wěn)定，將閘門設(shè)于下游側(cè)，閘門規(guī)格為3.96m×4.30m，共3 扇，配3 臺套QP-2×125kN-8 卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。

2.2 方案二：橡膠壩

2.2.1 橡膠壩凈寬確定

橡膠壩在河道河底寬18m，河底高程10.60m，設(shè)計常水位14.50m。需要最高擋水高度2.80m。根據(jù)河道現(xiàn)狀，考慮到河道20年一遇行洪流量，設(shè)計橡膠壩長度定為20m，采用充水式橡膠壩。

2.2.2 總體布置

橡膠壩中心線與河道中心線重合，橡膠壩布置由鋪蓋、壩體、消力池、進(jìn)出口護(hù)坡護(hù)底、上下游翼墻、取水口和泵室組成。橡膠壩閘室采用平底板寬頂堰型式，凈寬20m，閘身順?biāo)飨蜷L12.50m，垂直水流向?qū)?0.0m；上下游連接段均采用八字型翼墻連接；上游鋼筋混凝土鋪蓋長12.00m，下游鋼筋混凝土消力池長18.00m，池后設(shè)有混凝土海漫，海漫全長30m，頂面高程10.60m。海漫后設(shè)深2.0m 的拋石防沖槽。橡膠壩位置河底高程為10.6m，設(shè)計壩體頂高程為11.70m。高差漸變位置分別設(shè)置在上游護(hù)坦和下游消力池段，采用1 ∶4.0 斜坡順接。橡膠壩10年一遇過流量為89.13m3/s，20年一遇過流量為104.61m3/s，滿足河道10年一遇、20年一遇行洪要求。

橡膠壩取水口設(shè)置在進(jìn)水側(cè)護(hù)坦上，取水口長×寬×深規(guī)格為2.0m×2.0m×0.8m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；機(jī)房為干式型泵房，結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土形式，泵室長×寬為6.1m×5.5m，深5.3m，底板、側(cè)墻厚為0.5m，泵室結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；消力池為挖深式，結(jié)合壩底頂高程和河底高差，下游消力池深1.9m、長17.98m。海漫采用C20 混凝土結(jié)構(gòu)，長20m。泵室中設(shè)2 臺套200HWG-8 臥式混流泵（一用一備），配11kW 異步電動機(jī)。橡膠壩上、下游設(shè)直線型翼墻與河岸連接，采用“八”字型布置，與河道銜接。

2.3 工程投資

水閘和橡膠壩工程投資見表3。

表3 水閘和橡膠壩工程投資對比表

2.4 水閘和橡膠壩優(yōu)缺點(diǎn)

水閘和橡膠壩的優(yōu)缺點(diǎn)對比詳見表4。

表4 水閘和橡膠壩的優(yōu)缺點(diǎn)對比表

考慮到蓄水閘和橡膠壩總體投資相差不多，但橡膠壩壩帶使用壽命短，易損壞，更換相對復(fù)雜，且費(fèi)用較高，升壩和塌落壩時間較長，不便于控制水位，本次推薦方案一，選用水閘方案。

3 結(jié)語

本文通過分析水閘和橡膠壩結(jié)構(gòu)形式、工程投資、運(yùn)行管理，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，確定選取采用水閘蓄水、排澇這一方案，可為平原地區(qū)蓄水建筑物的設(shè)計提供參考■