平原區某蓄水建筑物設計方案選擇

賀淑全 侯立剛 馬興高 成志超

（1.宿遷市水務勘測設計研究有限公司 宿遷 223800 2.宿遷市市區河道管理中心 宿遷 223800）

1 基本資料

平原地區某河道蓄水建筑物的功能：①蓄水，保持上游水生態環境；②排泄澇水。蓄水建筑物所在河道上游處河底設計高程10.60m，河道底寬18.00m，下游處河底設計高程10.60m，河道底寬18.0m，上、下游右岸河槽邊坡均為1 ∶2.5，堤頂高程為18.0m，在高程15.6m 位置設置平臺，寬3.0m，左岸河槽坡比為1 ∶2.0，堤頂高程為17.70m。設計10年一遇排澇流量為82.60m3/s，20年一遇校核流量為104.22m3/s，上游設計蓄水位14.50m。

1.1 設計標準

根據《水閘設計規范》（SL265-2016），其建筑物級別為3 級。

1.2 水位組合

蓄水建筑物設計流量、水位參數見表1。

2 方案比選

目前，平原地區蓄水建筑物應用較為廣泛的有水閘、橡膠壩等。通過對水閘和橡膠壩兩種結構形式進行方案比選，確定建筑物形式。

2.1 方案一：水閘

2.1.1 閘孔總凈寬確定

已知上游設計水深（設計10年一遇排澇工況，包括行進流速）Ho=4.68m，下游設計水深hs=4.58m，hs/Ho=0.978>0.90，屬于高淹沒度堰流。按照下式計算孔徑：

式中：Bo—閘孔總凈寬，m；

Q—設計流量，為82.60m3/s；

Ho—計入行進流速水頭的堰上水深，m；

hs—由堰頂算起的下游水深，m；

μo—淹沒堰流的綜合流量系數。

各個計算參數與計算結果見表2。

由表2知，蓄水閘計算凈寬為11.50m，取12.00m，滿足設計要求。擬做3 孔，單孔凈寬4m。

按照20年一遇行洪工況復核，在設計凈寬12.00m 情況下，水閘可通過流量106.24m3/s，大于104.22m3/s，滿足要求。

2.1.2 總體布置

水閘閘中心線與河道中心線重合，閘室采用平底板寬頂堰開敞式結構，閘單孔凈寬4.00m，共3 孔，總凈寬12.00m，底板頂高程為10.60m，閘頂高程為16.60m，底板厚0.80m，底板順水流方向長度為11.00m，垂直水流向寬15.40m，邊墩厚0.80m，中墩厚0.90m。

閘室上部采用鋼筋混凝土工作橋排架，“π”型工作橋梁，工作橋頂高程為21.60m，工作橋上設啟閉機房15.40m×4.50m；交通橋橋面凈寬3.5m，兩側設置防撞墻（每側寬0.5m）。

表1 蓄水建筑物設計流量、水位參數表

表2 過閘流量計算成果表

閘室上游設置鋼筋混凝土鋪蓋，厚0.50m，順水流向長9.98m。閘室下游設置鋼筋混凝土下挖式消力池，池深0.80m，池長12.48m，池底頂高程9.80m，消力池末端設置反濾層和冒水孔。池后設有混凝土海漫，海漫全長30m，頂面高程10.60m。海漫后設深2.0m 的拋石防沖槽。

閘室上、下游設圓弧形扶壁式擋土墻+懸臂式擋土墻與河岸連接，閘室上游第一級翼墻采用圓弧形鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結構，順水流長度9.30m；閘室下游第一級翼墻采用圓弧形鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結構，順水流長度為12.48m，閘室上、下游第二級左側翼墻為4.7m 鋼筋混凝土懸臂式擋土墻，第二級右側翼墻為8.7m 鋼筋混凝土懸臂式擋土墻。上下游河道均采用底部120mm 厚C20 素混凝土護坡+上部聯鎖塊護砌。

本閘設直升式鋼閘門，為使水重有利于閘室穩定，將閘門設于下游側，閘門規格為3.96m×4.30m，共3 扇，配3 臺套QP-2×125kN-8 卷揚式啟閉機。

2.2 方案二：橡膠壩

2.2.1 橡膠壩凈寬確定

橡膠壩在河道河底寬18m，河底高程10.60m，設計常水位14.50m。需要最高擋水高度2.80m。根據河道現狀，考慮到河道20年一遇行洪流量，設計橡膠壩長度定為20m，采用充水式橡膠壩。

2.2.2 總體布置

橡膠壩中心線與河道中心線重合，橡膠壩布置由鋪蓋、壩體、消力池、進出口護坡護底、上下游翼墻、取水口和泵室組成。橡膠壩閘室采用平底板寬頂堰型式，凈寬20m，閘身順水流向長12.50m，垂直水流向寬20.0m；上下游連接段均采用八字型翼墻連接；上游鋼筋混凝土鋪蓋長12.00m，下游鋼筋混凝土消力池長18.00m，池后設有混凝土海漫，海漫全長30m，頂面高程10.60m。海漫后設深2.0m 的拋石防沖槽。橡膠壩位置河底高程為10.6m，設計壩體頂高程為11.70m。高差漸變位置分別設置在上游護坦和下游消力池段，采用1 ∶4.0 斜坡順接。橡膠壩10年一遇過流量為89.13m3/s，20年一遇過流量為104.61m3/s，滿足河道10年一遇、20年一遇行洪要求。

橡膠壩取水口設置在進水側護坦上，取水口長×寬×深規格為2.0m×2.0m×0.8m，為鋼筋混凝土結構；機房為干式型泵房，結構為鋼筋混凝土形式，泵室長×寬為6.1m×5.5m，深5.3m，底板、側墻厚為0.5m，泵室結構鋼筋混凝土結構；消力池為挖深式，結合壩底頂高程和河底高差，下游消力池深1.9m、長17.98m。海漫采用C20 混凝土結構，長20m。泵室中設2 臺套200HWG-8 臥式混流泵（一用一備），配11kW 異步電動機。橡膠壩上、下游設直線型翼墻與河岸連接，采用“八”字型布置，與河道銜接。

2.3 工程投資

水閘和橡膠壩工程投資見表3。

表3 水閘和橡膠壩工程投資對比表

2.4 水閘和橡膠壩優缺點

水閘和橡膠壩的優缺點對比詳見表4。

表4 水閘和橡膠壩的優缺點對比表

考慮到蓄水閘和橡膠壩總體投資相差不多，但橡膠壩壩帶使用壽命短，易損壞，更換相對復雜，且費用較高，升壩和塌落壩時間較長，不便于控制水位，本次推薦方案一，選用水閘方案。

3 結語

本文通過分析水閘和橡膠壩結構形式、工程投資、運行管理，分析其優缺點，確定選取采用水閘蓄水、排澇這一方案，可為平原地區蓄水建筑物的設計提供參考■