南四湖湖東堤工程水閘的設計特點

李倩雯 賈永明

一、工程概況

南四湖湖東堤工程位于南四湖東側，北起濟寧市石佛村老運河東堤，南至韓莊鎮老運河北堤，全長約124km。湖東堤工程中有大小支流30多條河道穿湖東大堤入南四湖沒有進行封閉。為了防止南四湖洪水回灌，在較大支流的回水段進行堤防加固，在較小支流且具有通航要求的河口處建水閘進行河口封閉治理，共建水閘13座，分布在微山和滕州所轄兩地，閘址均布置于大堤與河道的交匯處。水閘設計防洪標準根據所處的堤防位置分別采用50年一遇洪水和1957年典型洪水（相當于90年一遇洪水）設防。水閘工程建筑物級別為2級。

二、工程地質

湖東堤工程區地層以第四系松散堆積物為主，分布范圍廣，主要為沖積形成的淺棕色粘土、湖沼積形成的黑粘土以及沖積洪積形成的壤土夾姜石，局部夾砂薄層；粘土夾姜石、壤土、粘土，局部夾礫質粗砂、中粗砂層等。水閘閘底板底高程介于26.79～29.00m（1985年國家高程基準），所處地層主要為③-1層粘土、②層粘土、③層粘土夾姜石、⑤-1層粘土夾姜石、④層壤土夾姜石。水閘所處地層地基允許承載力在150kPa～200kPa之間，地基壓縮模量4.0MPa～6.0MPa。

位于滕州段10座水閘地震設防烈度為Ⅶ度，位于微山段3座水閘地震設防烈度為Ⅵ度。

三、水閘的功能

防洪：在洪水期防止南四湖洪水回灌河道，保證南四湖湖內客水不外泄到湖東地區，減少湖東地區因客水而增加的防洪負擔。

泄洪：排泄河道洪水入南四湖，提高湖東地區的防洪能力。

分洪：在高洪水期分泄南四湖洪水入滯洪區。

排澇、灌溉：大堤及入湖河道支堤培修后，在湖東地區就會形成大小不等的相對獨立的封閉區域，汛期區內澇水及滲水不能及時排出，干旱時不能灌溉，必然影響工農業及煤礦業的正常發展。建閘后，既可使農田內澇水通過水閘排入南四湖，又可從南四湖內引水灌溉農田或工礦企業之用。

通航：滿足湖東堤湖內、外側的通航要求。

四、設計類型

閘室結構型式均采用開敞式，根據孔口尺寸和閘門型式的不同，將湖東堤水閘類型歸納為3類，如表1。

五、水閘布置

1.閘孔寬度10m水閘

該類水閘包括1孔、2孔、3孔3個孔數，單孔凈寬均為10m，共有9座水閘。閘門采用雙扉式平面鋼閘門，閘門高7.3m或7.0m，設計水頭6.79m。閘室邊墩型式采用整體式鋼筋混凝土“U”型槽結構，基礎采用天然地基。

閘室布置在湖東大堤內側，工作閘門吊點中心線與湖東大堤堤頂中心線距離為7.3m。閘室上部設有啟閉機房、機架橋、排架柱、防汛交通橋（連接大堤交通）。啟閉機房內置雙吊點250kN卷揚啟閉機一臺。橋頭堡（樓梯間）布置在閘室左側，基礎采用柱下鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。

2.閘孔寬度15m水閘

該類水閘為單孔，閘孔寬度15m，包括塘子引河閘、老運河分洪道閘。閘門采用升臥式平面鋼閘門，門高8.79m，設計水頭7.99m。閘室邊墩型式采用整體式鋼筋混凝土“U”型槽結構，基礎采用天然地基。

閘室布置在湖東大堤外側，工作閘門吊點中心線與湖東大堤堤頂中心線距離為6.5m。閘室上部設有啟閉機房、機架橋、機架橋墩、防汛交通橋。啟閉機房內置雙吊點250kN卷揚啟閉機一臺。閘門升起后平臥在閘墩頂部，機架橋墩兩側埋設閘門鎖定裝置，平臥后的閘門下部凈空滿足通航要求。

3.閘孔寬度23m水閘

該類水閘為單孔，閘孔寬度23m，包括辛安河閘、小荊河閘。閘門采用疊梁式鋼閘門，門高7.8m。閘室邊墩和上、下游翼墻均采用空箱式擋土墻型式。

閘室布置在大堤湖內側，工作閘門吊點中心線與湖東大堤堤頂中心線距離為10.2m。閘室上部不設機房，閘門啟閉采用移動式臺車和液壓自動抓梁。閘室上部設有吊車框梁，便于布設臺車移動軌道。閘室湖外側設有交通橋和引路。閘室左岸設置門庫放置疊梁閘門，門庫上部布置橋頭堡。

六、工程設計特點

1.廣泛采用寬深式現澆鋼筋混凝土“U”型槽結構

寬深式現澆鋼筋混凝土“U”型槽結構，由于槽寬加大后引起底板厚度增大，容易造成工程量增加，所以，以往水利工程“U”型槽寬度多控制在8.0m以下。湖東堤水閘工程設計結合場地工程地質條件，對軟基上現澆寬深式“U”型槽寬度進行了有益探討。閘室及進、出水段均采用寬深式現澆鋼筋混凝土“U”型槽結構，槽寬可達到15m，相比采用扶壁式擋土墻結構形式，寬深式“U”型槽結構布置簡單，施工方便，解決了土基上高填土側向擋土墻抗滑穩定問題，可節省混凝土量20%左右。

2.采用異形門槽雙扉式平面鋼閘門

湖東堤水閘閘門大多數情況下處于開啟狀態，只在防洪期進行關閉。閘門防洪工況擋水較深，凈高度一般需要在7.3m以上，為了降低工程上部結構高度，其中9座水閘采用異形門槽雙扉式平面鋼閘門。設計充分利用了平面閘門閘室短、布置簡單、使用方便、結構受力明確的特點，解決了單純平面閘門啟升高度偏大的缺點，水工結構抗震穩定性好，實現了一套啟閉設備同時啟閉上、下扉閘門。

表1 南四湖湖東堤水閘分類

3.國內已知單跨最大的升臥式閘門的應用

湖東堤塘子引河閘、老運河分洪道閘采用升臥式閘門方案，閘門寬度達15m，高度達8.7m，為國內已知單跨最大的升臥式閘門。在地震區閘門擋水較高且有通航要求的水利工程中，采用升臥式平面閘門，可以有效地降低排架柱、啟閉機房高度，減少工程投資。閘門面板材料選用低合金結構鋼，比采用普通鋼材重量輕20%左右，閘門重量減輕后，啟閉運行更靈活，減少了啟閉機容量。

設計方案針對高水頭、大跨度閘門存在受力不均勻情況下，設計主輪軸承型式采用自潤滑球面滑動軸承，摩擦系數降至青銅軸瓦的1/3，解決了閘門主梁撓度引起的支承結構受力問題。

4.國內通航河道首次采用單孔23m寬，特大孔口疊梁式閘門

湖東堤辛安河閘、小荊河閘通航級別分別為Ⅱ級、Ⅲ級，航道船舶噸位已達1000t。根據《內河通航標準》（GB50139-2004），航道寬度不小于23m，凈空高度按京杭運河續建工程統一要求確定為7.0m。由于水閘擋水較深，閘門高度接近8m，考慮到南四湖湖東地區百姓運輸煤炭和蘆葦較多等實際情況，弧形閘門、升臥式閘門和雙扉式閘門已不適用于辛安河閘、小荊河閘。

針對南四湖汛期具有來水量大，短期內庫區水位上升緩慢顯著特點，設計方案比較后提出疊梁式閘門及移動式臺車啟閉設備方案。閘門采用 23×2.6×3—7.5/4.71m疊梁式平面鋼閘門，共3節，單節高度2.6m，為目前國內最寬疊梁閘門