鋼壩閘在北京市西郊砂石坑蓄洪工程中的應用

尚常清，韓亞超，崔瑞香

(1.北京合生潤澤工程設計有限公司，北京 100089；2.北京市首都規劃設計工程咨詢開發有限公司，北京 100045)

北京市西郊砂石坑蓄洪工程是將永引渠杏石口節制閘上游洪水，通過新建永引渠杏石口分洪閘、新建分洪暗涵引入阜石路砂石坑、西黃村砂石坑滯蓄的工程，同時利用砂石坑回補地下水。

新建永引渠節制閘是北京市西郊砂石坑蓄洪工程的一項重要內容。新建杏石口節制閘與新建阜石路砂石坑分洪閘(現狀杏石口節制閘上游50.0m)布置在同一條軸線上。北京市西郊砂石坑蓄洪工程等別為Ⅱ等，節制閘為主要建筑物，級別為2級。節制閘工程規劃標準為100a一遇。新建節制閘采用1孔鋼壩閘，凈寬18m。

1 方案比選

1.1 方案一：新建分洪閘，保留利用現狀杏石口節制閘

新建永引渠分洪閘布置在現狀永引渠杏石口節制閘上游右岸，與現狀閘緊鄰布置。如圖1所示。

杏石口節制閘位于永定河引水渠2號跌水上游，建于20世紀90年代初，為3孔平板閘，單孔凈寬6m，總寬18m。節制閘上游為東水西調工程2號泵站調節池。

本方案為減少改移電信、電力等管線數量，給永引渠南側濱河大道路下管線綜合留出空間，新建分洪閘及分洪暗涵跌落井不占濱河路，分洪閘及分洪暗涵跌落井均布置在現狀渠坡位置。為了減少侵占渠道河底，西黃村分洪閘與阜石路分洪閘分開布置。

圖1 永引渠分洪閘平面圖(方案一)

1.2 方案二(推薦方案)：新建分洪閘，拆除現狀杏石口節制閘，統一整體布置

根據北京市水務局京水務建管〔2013〕195號《北京市水務局關于研究西郊蓄洪工程進口閘布置與管理相關問題的會議紀要》，為管理方便，本設計方案將現狀杏石口節制閘拆除，與3處分洪口建成整體樞紐，總體緊湊布置。如圖2所示。

永引渠渠道建成于1969年，該段渠道底寬20m，邊坡1∶3，永引渠1號跌水(劉娘府)到2號跌水(杏石口)長2267m，渠底高程62.65～62.19m，縱坡i=0.0002，該段渠道原設計引水流量50m3/s，設計水深2.25m。

現狀杏石口節制閘建成于1990年，為3孔平板閘，單孔凈寬6m，總寬18m。

新建節制閘采用1孔鋼壩，凈寬18m，規模同原閘，經閘室過流能力計算，最大過流能力為95m3/s。阜石路砂石坑分洪閘為2孔，單孔凈寬4m，采用合頁活動壩；西黃村砂石坑分洪閘為1孔，凈寬2.5m，位于渠道南岸，垂直渠道布置，與北岸東水西調進水閘對稱布置，采用鑄鐵閘門。

圖2 永引渠分洪閘平面圖(方案二)

圖3 鋼壩閘平面布置

圖4 鋼壩閘縱剖面

2 鋼壩閘設計

新建節制閘采用1孔鋼壩，閘室凈寬18m，閘室底板高程62.20m，墩頂高程65.70m。

節制閘順水流向總長64.30m，其中鋪蓋段長20m，閘室段12m，消力池段長15m，海漫段長17.3m。采用C30W6F150鋼筋混凝土。鋼壩兩端液壓井室凈寬2m，井室壁厚0.5m。設計正常蓄水位同原永引渠作為東水西調工程的調節池最高水位65.00m，閘門頂高程65.20m。設計100a一遇洪水位64.78m。鋼壩閘平面布置如圖3所示。

鋼壩閘縱剖面圖如圖4所示。

3 節制閘過流能力計算

永定河引水渠起點為三家店進水閘，經模式口、杏石口、八一湖至西便門，全長25.38km，建成于20世紀50年代末，杏石口節制閘位于1號跌水和2號跌水段之間，該段渠道斷面輸水設計流量50m3/s。

計算結果表明新建杏石口節制閘凈寬18m(詳見表1)，滿足輸水過流能力的需要。

4 節制閘閘室穩定計算

根據SL265-2001《水閘設計規范》，復核橡膠壩底板的抗滑、抗浮穩定，地基承載力復核。

地基承載力計算公式為：

(1)

表1 過流能力計算

閘室底板抗滑計算公式為：

(2)

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，0.3；∑H—作用在閘室上的全部水平向荷載，kN；其他變量含義同前。

閘室底板抗浮計算公式為：

(3)

式中，Kf—沿閘室基底面的抗浮穩定安全系數；∑V—作用在閘室基底面上的揚壓力，kN。

基本計算數據見表2。

表2 節制閘基本數據

經計算，鋼壩閘各種工況組合計算結果均滿足要求，鋼壩閘基底應力均小于地基允許承載力，見表3。

表3 閘室穩定計算成果

5 結論

鋼壩閘自2015年建成后經受住大雨的考驗，運行良好，無變形和破壞。鋼壩閘泄洪能力強、自動化程度高，是一種大大改善河道景觀的新型擋蓄水建筑物。雖然行業尚未發布設計規范，但結構簡單、無上部結構、施工工期短，而且升壩擋水、降壩行洪，運行效果好，必將在以后的河道治理及景觀設計中越來越得到廣泛的應用。