萬載縣錦江抬水工程泄洪閘和沖砂閘的設計分析

叢 野

(江西省贛西土木工程勘測設計院，江西 宜春 363000)

萬載縣錦江抬水工程泄洪閘和沖砂閘的設計分析

叢 野

(江西省贛西土木工程勘測設計院，江西 宜春 363000)

抬水工程對促進社會經濟的發展和改善人們的生活條件具有重要的作用，但是工程在建設的過程中，難免會遇到一些施工技術方面的難題，這需要我們結合工程實際情況和相關技術標準來進行施工處理。文章以萬載縣錦江抬水工程為例，對工程建設中泄洪閘和沖砂閘進行了詳細的計算，并結合計算結構采取科學的施工設計方案，保障了工程的質量，取得了較好的效果。

抬水工程；泄洪閘；沖砂閘；設計分析

0 引 言

本次擬建的錦江抬水工程是為了抬高萬載自來水廠與一水廠之間河段水位。該工程旨在通過抬高城區河道水位達到美化城市環境，建設水體景觀，提高城市品位。本工程的抬水規模由既滿足城區河道美觀要求，且工程淹沒不影響現有城防工程來確定。但是由于工程施工項目多，且施工環境復雜， 所以我們需要對具體施工項目進行詳細的核算，從而確保工程質量[1]。

1 工程概況

萬載縣錦江抬水工程擬建閘址位于鵝峰鄉洲仔上村，背靠錦江酒業集團廠址，閘址地理位置位于E114°26′34.6″，N28°07′58.8″，閘址以上控制流域面積1155km2。萬載縣錦江抬水工程位于贛江流域錦江上游(萬載縣二水廠取水口下游260m處)，本工程是錦江干流上一座以城區抬水美化城市環境為主，兼顧發電的水利樞紐工程。本工程為中型工程，正常蓄水位80.20m，抬水壩由泄洪閘、電站進水口，呈“一”字型布置，電站裝機容量4×320kW=1280kW。

2 泄洪閘和沖砂閘設計

2.1 泄洪閘和沖砂閘布置

錦江抬水工程布置應滿足抬水、過流、沖砂、行洪、運行管理方便等綜合要求，樞紐建筑物包括泄洪閘、沖砂閘、電站、兩岸上、下游防護工程等[2]。

泄洪閘總寬115.50m，共10孔，為卷揚直升鋼閘門控制，每孔10.0m，泄洪凈寬100.0m，中敦厚1.30m，邊墩厚度為0.90m。閘門尺寸均為5.0m×10.0m(高×寬)。泄洪閘消能段由銜接段、消力池、和海漫組成。閘室底板為寬頂堰結構型式，順水流方向長10.80m，閘底板頂高程為75.50m。泄洪閘下游設有長10.50m的C25鋼筋混凝土銜接段和20.0m長的C25鋼筋混凝土消力池，底板厚0.80m、池深1.0m。后接9.50m長C25鋼筋混凝土護坦，底板頂高程74.0m，底板厚0.50m；后再接11.0m長干砌石海漫與下游河床銜接。

沖砂閘總寬23.10m，共2孔，為卷揚直升鋼閘門控制，每孔10.0m，泄洪凈寬20.0m，中敦厚1.30m，邊墩厚度為0.90m。閘門尺寸均為6.0m×10.0m(高×寬)。泄洪閘消能段由銜接段、消力池、和海漫組成。閘室底板為寬頂堰結構型式，順水流方向長10.80m，閘底板頂高程為75.50m。泄洪閘下游設有長7.30m的C25鋼筋混凝土銜接段和22.0m長的C25鋼筋混凝土消力池，底板厚0.80m、池深1.0m。后接9.50m長C25鋼筋混凝土護坦，底板頂高程74.0m，底板厚0.50m；后再接11.0m長干砌石海漫與下游河床銜接。

2.2 閘壩基礎處理

經現場工程地質勘探，壩址處上部為壤土、砂壤土、粉細砂、砂卵石層，下伏基巖為泥質粉砂巖夾砂礫巖，以砂礫巖為主，壤土厚約0-4.2m，分布于兩岸階地；砂壤土層厚1.8-3.7m，分布于左、右兩岸；粉細砂厚0-3.3m，分布于左岸、右兩岸。砂卵石層厚度為1.9-3.1m，頂板高程為73.3-77.14m；全風化砂礫巖厚0-0.7m，底高程強風化泥質粉砂巖厚0.6-3.0m，底高程71.38-73.14m。砂壤土、粉細砂出露高程較高，且承載力較低，不宜作壩基持力層。由于砂卵石層具中等透水性，如選用砂卵石層作為基礎持力層，需對砂卵石層進行防滲處理[3]。全、強風化泥質砂礫巖承載力較低且均一性稍差，建議選用強風化泥質粉砂巖夾砂礫巖為壩基持力層，壩基伸入強風化巖體以下0.5m，可以滿足工程安全需要。

2.3 泄洪閘和沖砂閘水力計算

2.3.1 閘底板高程、閘孔及總凈寬確定

閘壩上游正常蓄水位為80.20m，下壩線河床平均底高程為74.50m，根據壩址抬水影響以及建成后運行管理及檢修等方面的綜合考慮，沖砂閘閘底板高程為74.50m，泄洪閘閘底板高程為75.50m，寬度根據水力計算確定泄流凈寬為120m。

泄洪閘總凈寬主要考慮對行洪的影響和實際地形限制，最終確定泄洪閘和沖砂閘泄洪總凈寬120m。

底板順水流方向寬度根據滿足閘底板穩定、閘門上下游施工檢修及交通要求等因素確定泄洪閘順水流向寬度為10.80m。

2.3.2 過流能力計算

各種情況泄流曲線推求根據水文提供的下游水位流量關系通過試算求得。根據《水閘設計規范》，計算公式如下說明。

(1)

式中：Q為過閘壩流量，m3/s；B為溢流斷面寬度，m；ε為過流側收縮系數；δ為過流淹沒系數；m為堰流流量系數(寬頂堰時m=0.35)；H0為堰頂水頭(包括行進流速)。

下壩線卷揚直升鋼閘門全開時下泄流量見表1。

表1 下壩線卷揚直升鋼閘門下泄流量表

2.3.3 消能工計算

根據類似工程經驗及本工程的實際工況，本消能工采用消力池型式；為便于閘壩在各種工況下均保證在池內發生淹沒水躍，設計對每種工況均進行計算；考慮從泄洪閘來的急流需又好又快消能來減少消力池的工程量，設計考慮水流的側向擴散，增加泄洪閘消力池寬度，為水流更好的擴散，防止波狀水躍，泄洪閘和泄洪閘間不設導墻。為減少消力池工程量，本處不考慮液壓控制閘門開啟過程中非穩定泄流工況消能，故要求閘門宜及時開啟，但速度不宜過快。

消力池采用《水閘設計規范》公式計算，其中消力池深度需采用試算法計算。

泄洪閘1孔逐步開啟開度為0.5是池深控制工況，1孔逐步開啟開度為0.65是池長控制工況。計算結果如下：

消力池長度βLj=19.72m、池深d=0.98m ，t=0.71m，Lp= 20.46m 。

沖砂閘1孔逐步開啟開度為0.5是池深、池長控制工況。計算結果如下：

消力池長度βLj=21.73m、池深d=1.08m ，t=0.73m，Lp= 24.32m 。

2.3.4 消能工設計

泄洪閘下游設有長10.50m的C25鋼筋混凝土銜接段和20.50m長的C25鋼筋混凝土消力池，底板厚0.80m的C25鋼筋混凝土消力池，池深1.0m，后接9.50m長C25鋼筋混凝土護坦，底板頂高程74.00m，底板厚0.50m；后再接11.0m長干砌石海漫與下游河床銜接。泄洪閘消力池與C25鋼筋混凝土護坦間設永久縫、其分縫均采用瀝青杉板止水。壩底板與消力池銜接段間采用銅片止水。消力池底板前半段設φ100PVC排水管，排水孔深入基巖2.0m，呈梅花形布置，孔距為2.0m，排距為2m，管末端均鋪500mm×500mm反濾土工布(400g/m2)。

沖砂閘下游設有長7.30m的C25鋼筋混凝土銜接段和22.50m長的C25鋼筋混凝土消力池，底板厚0.80m的C25鋼筋混凝土消力池，池深1.20m，后接9.50m長C25鋼筋混凝土護坦，底板頂高程74.00m，底板厚0.50m；后再接11.0m長干砌石海漫與下游河床銜接。泄洪閘消力池與C25鋼筋混凝土護坦間設永久縫、其分縫均采用瀝青杉板止水。壩底板與消力池銜接段間采用銅片止水。消力池底板前半段設φ100PVC排水管，排水孔深入基巖2.0m，呈梅花形布置，孔距為2.0m，排距為2m，管末端均鋪500mm×500mm反濾土工布(400g/m2)。

2.3.5 閘壩上部結構設計

因錦江抬水工程位于萬載縣主城區，除了水利功能外還需考慮城市文化和建筑景觀，因此本設計采用漢唐建筑風格以提升建筑的文化和景觀。一層工作橋采用開放式設計以利于人們休閑觀景。為保證水閘部分的安全運行水閘檢修平臺采用封閉式設計，單獨設出入口以實現不同功能的獨立運行及安全防護。二層為水閘設備層，布置有水閘啟閉機。三層為管理用房。

水閘總建筑面積2357m2。一層為檢修平臺和工作橋，高程為84.50m，二層為工作閘房設備間，高程為92.10m，三層局部為管理用房。閘房總長138.60m，建筑高16.5m。

3 結 語

大型水利工程項目受工程實地的地質情況影響較大，在施工前，必須對工程地的實際情況進行詳細的勘察，并利用相關的計算方法， 制定詳細的設計方案。只有這樣，才能確保整個工程的順利開展，保障每一個環節的工程質量。在萬載縣錦江抬水工程施工過程中，項目部結合工程實地，對泄洪閘和沖砂閘進行了詳細的計算，并結合計算結構采取科學的施工設計方案，保障了工程的質量，取得了較好的效果。

[1]楊英.提勒克塔總閘除險加固工程泄洪沖砂閘水力設計[J].中國水運：下半月,2016,16(06):215-216.

[2]馮紹好,孫華云.山口巖水利樞紐工程攔河泄洪閘布置方案比選[J].陜西水利,2016(02):56-57.

[3]劉敏華.飛仙關水電站右岸泄洪沖砂閘工作門安裝與施工[J].四川水泥,2015(07):274，332.

[4]梁雪瑾.大孤山水電站樞紐泄洪沖砂閘后消能防沖設計及優化[J].甘肅水利水電技術,2010,46(06):30-31.

1007-7596(2017)10-0124-03

TV66

B

2017-09-25

叢野(1984-)，男，內蒙古赤峰人，工程師。