大灣水利樞紐工程攔河閘結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

張利國，蘇長剛，趙 巖

(1.牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江牡丹江157000;2.牡丹江市市政設(shè)計研究院有限責任公司，黑龍江牡丹江157000)

1 工程概況

1.1 工程地理位置及目的

牡丹江市大灣攔河閘工程工程是原橡膠壩改擴建工程。工程地點位于牡丹江堤防左岸樁號10+375 km處，距江濱公園3 km，座落在牡丹江干流上，控制流域面積22 720 km2，占全流域面積的60%。修建攔河閘的主要任務(wù)是在牡丹江枯水期下閘蓄水，抬高江道水位，擴大水域，改善牡丹江水景觀，保障牡丹江城市用水，同時也更加改善了大牡丹江建設(shè)的投資環(huán)境。

1.2 工程等級及設(shè)計標準

依據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252－2000)的規(guī)定，按水庫分等指標確定牡丹江市大灣攔河閘工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型。按攔河水閘分等指標確定工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大(2)型，主要建筑物為2級。綜合分析后，確定工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大(2)型，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級。

1.3 工程相關(guān)數(shù)據(jù)

工程正常蓄水位為231.20 m，相應(yīng)庫容1 194萬m3，設(shè)計洪水位為234.75 m，相應(yīng)庫容為3 065萬m3，校核洪水位為236.37 m，相應(yīng)庫容為4 161萬m3。大灣攔河閘共設(shè)17孔閘，孔口尺寸為:凈寬12.5 m，高度13 m，中墩厚度2.5 m，兩邊墩厚度為1.25 m。兩岸以圓弧翼墻與岸坡連接。17孔閘全長255 m，是一座閘橋相結(jié)合的多功能性建筑物。此次閘門采用平板鋼閘門，尺寸為:寬度13.3 m，高度6 m。啟吊裝置采用17臺雙吊點、集中驅(qū)動，啟門力F=2×400 kN單臺功率W=22 kW卷揚機。

2 設(shè)計標準及結(jié)構(gòu)布置

2.1 設(shè)計標準

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252－2000)的規(guī)定，本工程永久性水工建筑物攔河閘的洪水標準為:30 a一遇洪水設(shè)計，100 a一遇洪水校核。施工導(dǎo)流建筑物為Ⅳ級，導(dǎo)流標準為10 a一遇洪水設(shè)計，消能防沖為30 a一遇洪水標準。

表1 建筑物級別與洪水標準一覽表

2.2 結(jié)構(gòu)布置

17孔攔河閘軸線布置在原橡膠壩軸線上游10 m處，攔河閘由閘室上游鋪蓋段、閘室段、消力池段、海漫段4個部分組成。

3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析及底板內(nèi)力計算

大灣攔河閘工程分為3層，底層為13 m高的閘室，中間層為9.10 m高的啟閉排架，頂層為7.15 m高的啟閉房。攔河閘地面以上的總高度為29.25 m，同時處在主江道中，其自身穩(wěn)定必須認真認證。

3.1 底板受力分析及抗傾驗算

已知條件:取一單孔作為計算部分。單孔長度為B=15 m。γ水=10 kN/m3;γ鋼筋混凝土=25 kN/m3。

此次考慮在工程在正常運行情況下的抗傾覆計算。將抗傾計算的矩心設(shè)為底板下游齒點M。

3.2 傾覆力矩M0計算

1)靜水壓力作用:

2)浮托力作用:

3)滲透壓力作用:

利用直線比例法計算滲透壓力，滲徑長度為60.90 m。計算簡圖見圖1。

圖1 滲透壓力計算簡圖

底板上游、下游趾的壓力水頭值計算為:

上游、下游趾的壓力值計算為:

3.3 抗傾覆力矩My計算

1)正常擋水位時，水體重量為:

2)底板自重:

3)閘墩自重:

4)閘墩懸臂重量:

5)交通橋面板自重:

6)檢修橋左面板自重:

7)檢修橋右面板自重:

8)啟閉臺支柱自重:

9)啟閉臺T形梁自重:

10)啟閉房自重:

11)啟閉房頂面板自重:

12)啟閉機及閘門自重:

3.4 抗傾系數(shù)K值計算

基底應(yīng)力經(jīng)計算，此結(jié)構(gòu)的重力合力為G=21 921 kN↓偏心距，基底不產(chǎn)生拉應(yīng)力。

∴基底應(yīng)力值為:

4 結(jié)語

綜上所述，筆者認為此次攔河閘工程的設(shè)計理念前瞻、結(jié)構(gòu)布置設(shè)計科學(xué)合理。工程在設(shè)計理念上考慮到城市建設(shè)、旅游開發(fā)、水能開發(fā)、二期工程的電能開發(fā)，在結(jié)構(gòu)布置上采用一閘多能―閘橋結(jié)合形式。牡丹江大灣水利樞紐工程不但可以改善牡丹江的水域景觀，更重要的是帶動了牡丹江兩岸的經(jīng)濟發(fā)展，創(chuàng)建了良好的投資環(huán)境。工程的建成，還將為牡丹江百姓創(chuàng)建美好的休閑、娛樂的之地。

［1］華東水利學(xué)院.水工設(shè)計手冊［R］.北京:水利電力出版社，1982.

［2］牡丹江市水利勘測設(shè)計研究院.黑龍江省牡丹江市橡膠壩改建工程初步設(shè)計報告［R］.牡丹江:牡丹江市水利勘測設(shè)計研究院，2008.