濉河節(jié)制閘設(shè)計(jì)方案

陳業(yè)芹 王艾艾

（1.江蘇嘉源建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司 宿遷 223800 2.上海宏波工程咨詢管理有限公司上海 201700）

1 工程概況

1.1 基本情況

濉河節(jié)制閘是濉河入洪澤湖控制性水閘，是一座集排澇、擋洪、蓄水、引水、通航功能于一體的建筑物。濉河節(jié)制閘工程于1993年完工，閘孔為5孔，單孔凈寬8m，總凈寬40m，現(xiàn)已不滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，擬對其擴(kuò)建。目前項(xiàng)目正在實(shí)施，能夠提高水閘的行洪除澇標(biāo)準(zhǔn)，兼顧提升通航能力，根據(jù)水文計(jì)算，濉河節(jié)制閘擴(kuò)建部分的10年一遇排澇流量為154.5m3/s、20年一遇排澇流量為193.6m3/s（濉河節(jié)制閘10年一遇總排澇流量為540.8m3/s、20年一遇總排澇流量為677.5m3/s）。

濉河在濉河節(jié)制閘上游350m 處分為兩岔，濉河節(jié)制閘現(xiàn)位于左岔河道上，右岔河道現(xiàn)已封堵并修建了環(huán)湖公路。

1.2 設(shè)計(jì)基本資料

濉河節(jié)制閘擴(kuò)建工程水位及流量資料見表1。

表1 濉河節(jié)制閘的水位及流量參數(shù)表

結(jié)合濉河航運(yùn)要求，濉河節(jié)制閘擴(kuò)建工程考慮新建一通航孔，通航孔按5 級(jí)船閘的標(biāo)準(zhǔn)確定，其水位見表2。

表2 通航孔設(shè)計(jì)特征參數(shù)表

1.3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，濉河節(jié)制閘主要建筑物級(jí)別為3 級(jí)，交通橋荷載等級(jí)為公路-Ⅱ級(jí)。

2 閘址及布置比選

濉河節(jié)制閘經(jīng)過20 多年的運(yùn)行，目前除規(guī)模偏小外，運(yùn)行尚好，無必要拆建老閘。同時(shí)考慮到濉河節(jié)制閘有通航要求，現(xiàn)有8m 寬通航孔不滿足要求。為解決過流能力不足，確定以下三種方案進(jìn)行比選。

2.1 方案一

擴(kuò)建的水閘位于右岔河道中，如圖1所示。該方案工程內(nèi)容為擴(kuò)建節(jié)制閘。方案的缺點(diǎn)是在老河槽攔河建設(shè)，回填量較大、兩側(cè)連接翼墻較長。優(yōu)點(diǎn)是與老閘分開，無拆除量，對老閘影響較小，工程投資略大。

圖1 濉河節(jié)制閘擴(kuò)建工程閘址方案一布置圖

2.2 方案二

擴(kuò)建節(jié)制閘在老閘左側(cè)布置，如圖2所示。該方案工程內(nèi)容為拆除濉河節(jié)制閘左側(cè)翼墻、岸墻及上下游連接段，新建翼墻、節(jié)制閘及附屬設(shè)施。方案的缺點(diǎn)是節(jié)制閘中心線與河道中心線有偏差，水流不順暢，擴(kuò)建部分壓占左側(cè)堤防，需向左側(cè)搬堤5～6m。方案優(yōu)點(diǎn)是新老閘并列布置，調(diào)度運(yùn)行較為方便。相較于方案一，增加左側(cè)翼墻拆除量，減少右側(cè)翼墻新建工程量，投資相對較低。

圖2 濉河節(jié)制閘擴(kuò)建工程閘址方案二布置圖

2.3 方案三

擴(kuò)建節(jié)制閘在老閘右側(cè)布置，如圖3所示。該方案工程內(nèi)容為拆除濉河節(jié)制閘右側(cè)翼墻、岸墻及管理所部分道路和房屋，新建翼墻、節(jié)制閘。方案的缺點(diǎn)是節(jié)制閘中心線與河道中心線有偏差，水流不順暢；相較于方案二拆除量更大、破壞現(xiàn)有管理所布置。方案優(yōu)點(diǎn)是新老閘并列布置，調(diào)度運(yùn)行較為方便。相較于方案一，增加右側(cè)翼墻拆除量，減少左側(cè)翼墻新建工程量；相較于方案二，增加管理所拆除量，投資相對最大。

圖3 濉河節(jié)制閘擴(kuò)建工程閘址方案三布置圖

從整體空間布置協(xié)調(diào)性、對老閘及管理所影響程度、安全運(yùn)行、投資等方面分析，方案一的工程布置更為合理，本次工程推薦采用方案一。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 總體布置

濉河節(jié)制閘擴(kuò)建工程共設(shè)置1 孔水閘，布置在右岔河道中，為單孔凈寬16m 開敞式節(jié)制閘，兼有通航功能。閘室順?biāo)飨蜷L30.00m，垂直水流向?qū)?8.40m。閘室底板頂高程9.00m，消力池頂高程7.90m，河道底高程9.00m。上游底為混凝土護(hù)底（長40.00m）+鋼筋混凝土鋪蓋（長25.00m），下游消力池長19.00m。采用鋼筋混凝土工作橋排架，“π”型工作橋梁，工作橋上設(shè)啟閉機(jī)房18.00m×5.50m。工作閘門選用1 扇16.00m×6.00m（寬×高）平板式升臥鋼閘門，配QP-2×5000 雙吊點(diǎn)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)1 臺(tái)套。

3.2 特征高程及相關(guān)尺寸確定

本次濉河節(jié)制閘擴(kuò)孔部分兼有通航功能，閘孔凈寬按5 級(jí)船閘的標(biāo)準(zhǔn)確定。

根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄甑倪^船統(tǒng)計(jì)，此次船閘設(shè)計(jì)采用的代表船型為2 排1 列。船隊(duì)尺寸為91.0m×9.2m×1.3m（長×寬×設(shè)計(jì)吃水）。船閘閘首和閘室有效寬度不應(yīng)小于Bx。

Bx=∑bc+bf；bf=Δb+0.025（n-1）bc

式中：Bx—船閘閘首和閘室有效寬度（m）；

∑bc—同一閘次過閘船舶并列停泊于閘室的最大總寬度（m）；

bf—富裕寬度（m）；

Δb—富裕寬度附加值（m）；

n—過閘停泊在閘室的船舶的列數(shù)（m）。

將所選船隊(duì)尺寸代入上述公式可得，通航孔有效寬度為10.40m；門檻最小水深為2.08m。同時(shí)參考《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139）表4.1.4，取值為16.00m。

有通航功能的過水建筑物各部分高程不僅要保證船舶能安全、順利通過，而且要保證船閘運(yùn)轉(zhuǎn)操作的安全和方便。此次設(shè)計(jì)參照5 級(jí)船閘的標(biāo)準(zhǔn)確定。

①上游翼墻頂高程（參照上游導(dǎo)航建筑物頂高程）=上游設(shè)計(jì)最高通航水位+超高（空載干弦）=14.5+1.50=16.00m，結(jié)合周邊地面及堤防高程取值為16.60m；

②下游翼墻頂高程（參照下游導(dǎo)航建筑物頂高程）=下游最高通航水位+超高（空載干弦）=14.50+1.5m=16.00m，結(jié)合周邊地面及堤防高程取值為16.00m；

③閘室底高程=下游設(shè)計(jì)最低通航水位-閘室設(shè)計(jì)水深=11.50-2.50=9.00m；

④閘門頂高程（參照下閘首門頂高程）=下游校核防洪水位+超高=14.5+0.50=15.00m；

⑤交通橋底高程= 最高通航水位+ 凈空=14.50+5.00=19.50m。

3.3 水力計(jì)算

3.3.1 孔徑計(jì)算

節(jié)制閘擬采用1 孔，底板與河底高程同為9.00m。根據(jù)初步選定的閘孔形式，按照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)公式計(jì)算閘孔寬度。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，計(jì)算凈寬為56.28m，現(xiàn)狀老閘閘孔為5 孔8m 寬，因此擴(kuò)建的閘孔寬度為56.28-5×8=16.28m，本次水閘以過流能力定規(guī)模、兼顧通航要求，因此取16.00m。

3.3.2 消能計(jì)算

根據(jù)上下游水位、閘門開度和地形等條件，假定閘門不同的開度e、消力池底高程，然后進(jìn)行水躍計(jì)算，求出躍前水深hc及躍后水深h"c，從而確定池深以及池底高程。

（1）消力池深度、長度計(jì)算

經(jīng)計(jì)算得消力池深度d=0.90m，取1.10m；Lj=13.16m，銜接段的坡比為1 ∶4，則最終計(jì)算Lsj=14.27m，加上連接段及齒坎最終取值為19.00m。

（2）海漫長度計(jì)算

計(jì)算得：Lp=33.64m，海漫長度取值為40.00m。

4 結(jié)語

入洪澤湖河道有其特殊性，加上河道穿過城區(qū)，對河道及骨干節(jié)制閘的行洪除澇能力提出更高要求，結(jié)合河道下游的引水灌溉、通航等要求，該節(jié)制閘的建設(shè)控制因素更加復(fù)雜，為此在水閘的規(guī)模確定、布置比選及閘孔確定方面作了較為詳細(xì)的描述，以期在同類項(xiàng)目設(shè)計(jì)中能夠起到一定的借鑒作用■