改進阻力系數法在節制閘工程中的運用

， ，

(1.通遼市水利勘察設計院， 內蒙古 通遼 028000； 2.通遼市環境科學研究所， 內蒙古 通遼 028000)

改進阻力系數法在節制閘工程中的運用

馬錦錦1，李凱1，阿木爾2

(1.通遼市水利勘察設計院， 內蒙古 通遼 028000； 2.通遼市環境科學研究所， 內蒙古 通遼 028000)

文章主要闡述了改進阻力系數法在哈達江節制閘閘基滲流計算中的運用，通過闡述改進阻力系數法的基本原理、地下輪廓線的布置并進行相關的滲流計算，最后得出結論，該設計滿足規范要求。

節制閘； 改進阻力系數法； 滲流計算

1 工程概況

哈達江河始于內蒙古通遼市科爾沁左翼后旗東北部茂道吐蘇木哈達江水庫右岸壩肩泄洪洞末端，經科爾沁左翼后旗茂道吐蘇木、大鄭鐵路、科爾沁左翼中旗門達鎮、巴彥塔拉農場及303線國道，最后在西遼河右岸防洪大堤穿堤流入西遼河。河道形成至今從未治理過，承泄河道內淤積嚴重、雜草叢生、水流流通不暢、河槽較淺，一到汛期，河岸不是塌壩就是被大水沖破，農田遭水沖淹，嚴重危害了農業生產，亟需治理。此次治理段為巴彥塔拉農場段，工程治理河長10.8km，設計建設內容主要包括河道清淤、干砌石防護、新建橋6座、新建節制閘1座等。本文僅針對節制閘閘基滲流計算方法進行論述，節制閘底坎高程為132.90m，上游設計水位為134.60m，設計流量為15m3/s，由進口段、閘室段、消力池段及鉛絲石籠防沖段組成。

2 改進阻力系數法

2.1 基本原理

改進阻力系數法是在滲流分析阻力系數法、分段法和獨立函數法三種算法的基礎上提出的精度較高的一種計算方法，其基本思路是：把復雜的閘基滲流區域用等勢線劃分為幾個簡單區段，由阻力系數計算水頭損失，再由相應公式求出滲流溢出坡降和水平坡降。

2.2 地下輪廓線布置

該節制閘工程實際地下輪廓線布置如下頁圖1所示。

圖1 實際地下輪廓線布置

根據地下輪廓的特點和《水閘設計規范》(SL 265—2001)實施指南表規定，采用改進阻力系數法計算，可得到地下輪廓簡化和分段，具體布置見圖2。

圖2 簡化后的地下輪廓線布置

2.3 滲流計算

該節制閘閘基滲流計算采用直線比例法計算滲徑長度，采用改進阻力系數法計算滲透坡降。

2.3.1 滲徑長度計算

根據《水閘設計規范》(SL 265—2001)，采用直線比例法計算滲徑長度，計算公式為：

L=CΔH

式中L——閘基防滲長度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度的總和；

C——允許滲徑系數，根據《水閘設計規范》，由于該工程閘基為粉砂和砂土，所以按細砂取C=9～7；

ΔH——上、下游水位差,m，設計水位情況ΔH=134.60-132.90=1.7m。

經計算，節制閘閘基實際輪廓線長度L0=22.7+1.5=24.2mgt;L=15.3～11.9m，所以滲徑均滿足要求。

2.3.2 滲透坡降計算

根據《水閘設計規范》(SL 265—2001)附錄C，采用改進阻力系數法進行計算。

2.3.2.1 地基有效深度的計算

當L0/S0≥5時,Te=0.5L0

式中L0——地下輪廓的水平投影長度,m；

S0——地下輪廓的垂直投影長度,m；

Te——地基有效深度,m。

該閘基工程中L0=22.7m；S0=1.5m；L0/S0=15gt;5，故Te=0.5L0=11.35m，閘基土質均勻，相對不透水層為無限深，故閘基滲流的影響范圍以有效深度Te控制。

2.3.2.2 分段阻力系數的計算

a.進出口段的阻力系數

式中S——板樁或齒墻的入土深度,m；

T——地基透水層深度,m。

b.內部垂直段的阻力系數

c.水平段的阻力系數

式中ξx——水平段的阻力系數；

S1、S2——進口段和出口段板樁或齒墻的入土深度；

其余符號意義同前。

詳細計算結果見下頁表1。

表1 各分段阻力系數計算

注: 當ξilt;0時，取ξi=0。

2.3.2.3 各分段水頭損失值的計算

采用以下公式進行計算：

式中 ΔH——上下游水位差。

詳細計算結果見表2。

表2 各分段水頭損失值計算

2.3.2.4 進出口段水頭損失值修正計算

其中：

式中h0——進、出口水頭損失,m；

β′——阻力修正系數，當β′≥1時，取β′=1.0；

S′——底板埋深與板樁入土深度之和，或為齒墻外側埋深,m；

T′——板樁另一側地基透水層深度,或為齒墻底部至計算深度線的垂直距離,m；

T——地基透水層深度,m。

詳細計算結果見表3。

表3 阻力修正系數與修正后進、出口水頭損失值計算

由表3可知，β′gt;1，故不需作修正。

2.3.2.5 滲透坡降計算

式中J——出口段滲流坡降值；

Jx——水平段滲流坡降值；

S′——底板埋深于板樁入土深度之和,m；

ΔH——水平段水頭損失值,m；

L——水平段長度,m。

具體計算結果見表4。

表4 出口坡降與水平段坡降的計算

注： 允許滲流坡降值[J]由《水閘設計規范》(SL 265—2001)，表6.0.4 水平段和出口段允許滲流坡降值查得。

3 結 語

由上述哈達江巴彥塔拉農場段河道治理工程節制閘閘基滲流計算成果可知：實際滲流坡降都小于允許滲流坡降，故滲流出口穩定，產生滲透變形的可能性很小。該設計滿足規范要求。

[1] SL 265—2001水閘設計規范[S].

[2] 華東水利學院.水工設計手冊—結構計算[M].北京：水利電力出版社，1984.

[3] 宋春發，費成效.水閘設計與施工[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

Application of Improved Drag Coefficient Method in Check Sluice Project

MA Jin-jin1, LI Kai1, Bai Amuer2

(1. Tongliao Water Conservancy Survey and Design Institute, Tongliao 028000, China;2. Tongliao Institute of Environmental Science, Tongliao 028000, China)

In the paper, application of improved drag coefficient method in Hada River check sluice foundation seepage calculation is mainly described. Basic principles, underground contour line layout and associated seepage calculation of improved drag coefficient method are described, therefore final conclusion can be obtained that this design meets specification requirements.

check sluice; improved drag coefficient method; seepage calculation

TV522

A

1005-4774(2014)12-0027-03