節制分水閘設計與穩定計算

□林秀鳳（喀什地區水利水電勘測設計院）

節制分水閘設計與穩定計算

□林秀鳳（喀什地區水利水電勘測設計院）

節制分水閘設計與穩定計算在灌區續建配套與節水改造工程中較為關鍵，文章針對工程特性，進行了閘室基底應力的計算、閘室設計工況與穩定性計算，結果表明，閘室設計遇到問題較多，為平衡地基應力并提高閘室抗滑安全系數，可以采用加大閘底板橫向尺寸，也可以采用其他可行方式，但是必須充分考慮地下水位上升對閘室基底穩定所帶來的影響。

灌區；節制分水閘；基底應力；穩定計算

1 工程概況

新疆喀什噶爾灌區續建配套與節水改造工程渠道總長度為7 138.15 km，其中總干渠116.07 km，干渠1 426.25 km，分干渠420.20 km，支斗渠5 175.63 km。根據喀什噶爾灌區骨干渠道原規劃、完成、實施方案續改建情況統計表，1996（1998）-2010年喀什噶爾灌區骨干渠道完成的主要內容為：總防滲長度163.42 km，其中總干渠42.77 km，干渠69.38 km，分干渠30.10 km，支斗渠21.17 km。

工程節制分水閘設計流量為18 m3/s，閘底板高程均為1215.73 m。節制閘設2孔，孔口凈寬3 m，閘底板厚0.70 m，閘室全長9.50 m，消力池長20 m，池深2 m。右岸分水閘3孔，右1孔口寬2 m；右2、3孔口寬1.50 m，閘底板厚0.70 m，閘室全長9.50 m，消力池長8 m，池深0.50 m。左岸分水閘1孔，孔寬1.50 m，閘底板厚0.70 m，閘室全長9.50 m，消力池長8 m，池深0.50 m。節制閘底板和邊墻采用整體式混凝土澆筑，分水閘底板與邊墻采用整體式混凝土澆筑，分水閘后設農橋一座，農橋橋面寬度5 m，兩側設0.25 m橋臺。閘底換填碎石墊層，換填深度70 cm。節制閘后因縱坡調整，閘后設跌水消力池，保護渠道。

2 節制分水閘設計

2.1 復核進水閘水力計算

本次渠道改造后，和夏瓦提鄉干渠設計引水流量為18 m3/s，加大流量為22 m3/s。現狀年和夏瓦提鄉干渠進水閘為1孔，閘孔凈寬為3.40 m，采用《水閘設計規范》SL265-2001中的公式核算過閘流量。

式中：B0——閘孔總凈寬，m；Q——過閘流量，m3/s；δ——淹沒系數，由hs/H0=0.63，查表得δ＝1；m'——綜合流量系數，m'＝0.36；g——重力加速度；H0——計入行進流速的堰上水深。

根據以上公式，和夏瓦提鄉干渠進水閘過流能力列表計算見表1：

表1 和夏瓦提鄉干渠進水閘（英阿瓦提渠首）水力計算表

從表1可以看出，現有1孔，孔寬為3.40 m。閘孔寬度滿足設計流量要求，不滿足校核流量要求，需對閘室進行擴建。

2.2 高淹沒出流

對于平底閘，當堰流處于高淹沒度（hs/H0≥0.90）時，閘孔總凈寬按以下公式計算。

式中：μ0——淹沒堰流的綜合流量系數。

根據以上公式，已建、改建節制分水閘過流能力見表2。

對其余分水閘因分水流量為0.10 m3/s，為降低閘門高度及控制引水，分水閘上設胸墻，流量計算采用閘孔出流計算。

根據計算可知，在設計水深時，閘門開啟10～60 cm即能滿足分水閘引水流量，考慮到閘室淤積、枯水期引水及閘門設計等因素，分水閘孔口凈高為0.80 m，即胸墻底邊距閘底板距離為0.80 m。由于該7處節制分水閘均能滿足過流能力，可14+000、15+700、20+230閘室斷裂、消力池破損，閘門及啟閉機丟失。故本次5+415、14+000、15+700、20+230處節制分水閘拆除改建，24+540、27+762處節制閘過流滿足設計過流量，節制閘完好，故保留。

表2 已建、改建節制分水閘過流能力復核表

3 節制分水閘穩定計算分析

3.1 閘室基底應力計算

閘室基底應力根據結構布置及受力情況利用以下公式計算：

式中：Pmax——閘室基底應力最大值（kPa）；Pmin——閘室基底應力最小值（kPa）；∑G——作用在閘室上的所有豎向荷載；A——閘室基底面積（m2）；e——合力距閘底中心的偏心距（m）；B——底板沿流水方向的寬度（m）。

式中：∑M——作用在閘室上所有豎向力及水平荷載對基礎底面的垂直水流方向的形心軸的力矩（kN·m）。

實測工程場址處的地基承載力為80 kPa，根據規范規定，閘室基底應力滿足規范要求，具體計算詳見表3、表4。

表3 完建期閘室力與力矩計算表

表4 運行期閘室基底壓力計算表

3.2 閘室抗滑安全系數計算

土基上沿閘室基底面的抗滑穩定安全系數利用以下公式計算：

式中：Kc——沿閘室基底面的抗滑穩定安全系數；f——閘室基底面與地基之間的摩擦系數，f＝0.40；∑G——作用在閘室上的所有豎向荷載；∑H——作用在閘室上的所有水平荷載。

經計算，沿閘室基底面的抗滑穩定安全系數Kc為4.62，滿足抗滑穩定要求。

4 結語

文章針對工程節制分水閘閘室穩定計算中的特殊問題，進行了閘室基底應力計算、閘室設計工況及所對應問題的處理，結果表明閘底板橫向尺寸增大方式對于節制分水閘基底應力穩定及抗滑安全系數的提高積極作用顯著，如遇地下水位升高，隨著節制分水閘結構自重的增加，閘底板托浮力相應增加，則會對抗滑安全系數起到削減作用，為此設計時必須充分考慮地下水位升高時的排水問題。

［1］張志方，分水閘工程在友誼灌區節水改造工程中的應用［J］，黑龍江水利科技，2010，38（6）：74-75.

［2］李翔，張英英，灌區續建配套與節水改造分析探討［J］，建筑工程技術與設計，2015（10）：104-105.

［3］魏澤，阿庫木引水樞紐左岸進水閘閘室基底應力復核計算［J］，水利科技與經濟，2016，22（12）：82-85.

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A

1673-8853（2017）10-0066-02

2017-7-15

編輯：符 蕾