水利工程項目的水閘設計探討

尤小強

(南昌市水利規(guī)劃設計院， 江西 南昌 330009)

水利工程項目的水閘設計探討

尤小強

(南昌市水利規(guī)劃設計院， 江西 南昌 330009)

在水利工程項目建設中，水閘工程項目占據著極其重要的作用。換言之，水閘工程質量的好壞，在很大程度上將直接關乎到整個水利工程項目的整體效果，包括使用壽命、功能發(fā)揮等。在工程建設過程中，水閘這一環(huán)節(jié)一旦出現了問題，對于整個工程及其下游地區(qū)，都會造成安全隱患，極大危害著當地居民的財產與生命安全。本文重點針對水利工程項目中的水閘設計環(huán)節(jié)，選取了春風河水利工程項目實例探討，著重以該工程的水閘設計為研究對象，加以論述。

水利工程； 水閘設計； 地基

1 引 言

隨著經濟的發(fā)展、社會的進步，我國在一些社會公用惠民事業(yè)建設領域取得了突出成就。在新時期，工農產業(yè)不斷發(fā)展與融合，對于水利事業(yè)建設提出了新要求。在水利工程建設過程中，水閘的應用越來越廣泛，重要性更是不言而喻，水閘工程的排水問題和止水問題往往是決定建筑物使用壽命的決定性因素。

2 工程概況

2.1 項目簡介

春風河節(jié)制水閘位于江西省南昌市新建縣流湖鄉(xiāng)新塘村，距離城區(qū)40km，主要功能是農田灌溉，同時兼顧防洪排澇等基礎功能，屬于一座綜合利用性的中型水閘。隨著春風河水系的改造，對于水閘工程的性能要求有了新標準。該工程項目最早建設于20世紀70年代，在20世紀末期(1998年)，該水閘工程過流能力嚴重不足，根據實際情況當地有關部門又在左側擴建了4孔，加上右岸的7孔，現在是11孔。其中，右岸7孔閘墩使用漿砌石結構，而新建的左岸4孔閘墩為紅條石結構。雖然在當時起到了很大的作用，為中下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供農田灌溉便利，以及防洪排澇等。但在新時期，其中原有的問題又逐步顯現出來，主要是由于當時受到經濟、技術層面的限制，在工程設計上存在許多不完備的地方，造成現在工程存在一些質量隱患，包括在進水、出水方面。

根據后期的調查，發(fā)現當前這種局面與水閘工程的選址、地形條件、施工策略等存在關聯。其中，在水閘的右岸，附近農田高程大約在19.50m，而水閘下游區(qū)域農田的高程為17.00～19.00m；水閘左岸附近農田高程19.50m，而下游區(qū)域高程為16.50～19.00m。原水閘所在位置在春風河的上游附近，周邊地勢高程為20.00～21.00m，其中，左岸21m，右岸20.5m，但底部的擋水坎高程是18.4m，根本無法滿足現階段當地農田的灌溉要求。工程水系及水閘工程位置見圖1。

圖1 工程水系及水閘工程位置

2.2 發(fā)現問題

春風河節(jié)制水閘主要存在的問題包括：?水閘并沒有設立防滲措施；?水閘工程項目建設時間過長，混凝土出現老化和剝蝕的現象，部分區(qū)域存在明顯裂縫；?水閘之前使用的木質疊梁閘門破損比較嚴重，并且無任何啟閉設備，啟閉相當困難；?改造前水閘相關配套設施嚴重缺乏，(包括電氣、安全監(jiān)測、水情預警等設備)；?水閘附近沒有設立管理房，缺少對水閘的安全監(jiān)測與通信，管理與防汛工作如同虛設，人行便橋過于狹窄。基于該水閘工程實際情況，結合著江西省水利廳關于《春風河節(jié)制閘工程水閘安全鑒定報告書》提供的鑒定結論，最后按照《水閘安全鑒定規(guī)定》中的相關管理辦法與評定標準來操作實施，決定予以改造、翻修，除險加固設計，重點更新金屬結構與電氣設備。

3 水閘除險加固設計

3.1 水文地質條件

春風河節(jié)制水閘項目工程原址位于江西贛江水系錦江支流白露港的下游地區(qū)，春風河是下游湖區(qū)段人工改造的一條河流。該區(qū)域總體地勢比較平坦、開闊，屬于沖積平原地貌。春風河河道兩岸的邊坡高度在1～2.5m，而階面高程在18.50～20.00m，兩側均設有堤護岸，堤的高度在1～3m。堤頂高程則在20.00～22.40m。最近幾年，由于區(qū)域內降水量增多，河流河道受到沖刷力的影響，造成河岸兩側沖蝕比較嚴重(勘查未發(fā)現不良物理地質現象發(fā)育)。表1呈現的是該河流主要控制斷面流域參數，表2呈現的是該河流按照規(guī)劃標準運行后水閘的設計(模擬)洪水成果。(資料來源當地水利部門)。

表1 流湖水系主要控制斷面流域參數成果

表2 流湖河按規(guī)劃標準運行后春風河閘的設計洪水成果

3.2 拆除新建水閘總體設計

如表1、表2所示，該水閘的設計標準按照20年一遇設計，校核洪水標準為50年一遇。通過對其進行勘測探查后發(fā)現，該水閘的攔河閘、灌溉閘以及實用堰的設計，并不在相同的軸線上，這是在20世紀設計的，勢必存在技術缺陷，它給整個水閘工程日常工作、運行造成了較大的干擾，特別是對水閘泄洪功能的影響。除此之外，在該水閘工程的總體設計及各關鍵點的分布，也存在諸多不合理的地方。基于該情況，重點以提升水閘的泄洪能力為主，并進一步確保其農田灌溉不受影響。建議該水閘工程應當拆除改建，重新規(guī)劃建造節(jié)制閘。設計平面布置見圖2。

如圖2所示，節(jié)制閘采用開敞式無坎寬頂堰水閘布置，分成3聯，左右兩個邊聯中每聯2孔，中聯3孔，共7孔，左右兩個邊聯每孔凈寬5m，中聯每孔凈寬5m，總凈寬36m。閘室垂直方向長45.80m，順水流方向長12.00m，閘室底板頂高程17.60m，閘頂高程22.80m。水閘設工作閘門和檢修閘門各一道，靠上游側布置，檢修閘門設于工作閘門上游。工作閘門采用平板鋼閘門垂直啟閉，閘門頂高程20.60m，啟閉平臺高程27.80m，啟閉機房建筑面積285m2。檢修閘門槽距工作閘門槽上游2.8m，采用電動葫蘆啟閉方式。在水閘上游采用混凝土鋪蓋，鋪蓋高程為17.60m。順水流方向長15.0m，底板厚0.4m。閘室下游連接段主要布置有消力池、海漫。消力池首端長1.2m，斜坡段邊坡為1∶5，水平投影長6m，水平段長12.80m。消力池底板高程16.40m，底板厚度0.8m，設置梅花形排水孔，池深1.20m，坎頂高程為17.60m。消力池后采用干砌塊石海漫護底，長50.0m。海漫后設置深為2m、長7.0m的干砌石防沖槽。

圖2 春風河節(jié)制水閘設計平面布置

根據《水閘設計規(guī)范》(SL 265—2001)，平底堰的流量公式為：

式中Q——過閘流量，m3/s；

H0——計入行近流速水頭的堰上水深，m；

g——重力加速度，采用9.81m/s2；

m——堰流流量系數，可采用0.385；

ε——堰流側收縮系數，可按《水閘設計規(guī)范》(SL 265—2001)公式A.0.1-3～A.0.1-5進行計算。

式中b——閘孔凈寬，m；

n——閘孔數；

σ——閘孔總凈寬，B=bn，m；

σ——堰流淹沒系數，可按《水閘設計規(guī)范》(SL 265—2001)確定。

4 水閘改建設計中注意要點

首先是選址，選址非常關鍵，在進行攔河閘、灌溉閘以及實用堰設計時，一定要結合著水閘使用要求來選址。選址要保證水閘處于一個相對穩(wěn)定安全，并且能夠較好滿足水閘使用功能的地方，河流水流流態(tài)要穩(wěn)定，運行工作要方便人員管理，最主要的是經濟性和功能性。結合當地的水文條件、地質條件，在區(qū)段內選擇良好的天然地基，盡量選擇新鮮完整的巖石地基，也可以選擇承載能力較大、抗剪強度強的土質地基。其次就是對地基的處理，結合著當地的地質條件，建議采用換土墊層的方法處理水閘地基，更好地增加地基的承載能力，保證整個水閘工程建筑物的穩(wěn)定性，同時也可最大限度地消除地基的有害沉降。第三就是要進一步加強水閘消能防沖的相關設計。如圖2所示，增設消力池等。此外還要充分考慮到相關可變因素的影響，比如水文條件變遷、河道地形變遷等。

5 結 語

綜上所述，本文基于水利項目水閘工程的設計，重點以其泄洪、灌溉功能的發(fā)揮為主，強調水閘的整體運行工作效果。針對春風河節(jié)制水閘的改建工程，重點對其予以除險加固設計，考慮到多方面的影響因素，在進行水閘整體性設計時，嚴格按照業(yè)內工程施工規(guī)范來進行。

[1] 藍文遠.水利工程水閘設計的注意事項及設計的研究分析[J].建筑工程技術與設計,2015(9):1849-1849.

[2] 李連成.水利工程水閘設計初探[J].建筑工程技術與設計,2015(21):1171.

[3] 宋建波.農田水利工程水閘設計模塊的優(yōu)化[J].中國科技信息,2013(19):55-56.

Discussion on water gate design in water conservancy project

YOU Xiaoqiang

(Nanchang Hydropower Planning and Design Institute, Nanchang 330009, China)

In the construction of water conservancy project, water gate project plays a very important role. In other words, water gate engineering quality is directly related to the overall effect of the whole water conservancy project to a larger degree, including service life, function exertion, etc. In the process of engineering construction, once the link of water gate is failed, security risk can be produced on the whole project and downstream area, thereby producing great harm to residents’ property and life safety. In the paper, Chunfeng River water conservancy project example is selected for discussion mainly aiming at water gate design link in the water conservancy projects. Water gate in the project is regarded as study object for discussion.

water conservancy project; water gate design; foundation

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.022

TV66

A

2096- 0131(2016)06- 0074- 04