蘭陵縣花莊攔河閘設計計算分析

姜曉勇，樊文杰

（臨沂市水利工程處，山東 臨沂 276000）

蘭陵縣花莊攔河閘除險加固工程設計于2019年1月10日動工，工期12個月，中標價1 077.33萬元。該工程規模為中型，工程等別為Ⅲ等，其永久性主要建筑物級別為3級，次要建筑物為4級，臨時性建筑物為5級，地震設防烈度為7度。本次工程設計對原有攔河閘進行拆除重建，以解決過流能力不足問題，滿足燕子河下游800 hm2農田灌溉，并為蘭陵縣城及其下游周圍村莊提供水源地、改善小區域的生態環境。

1 新建攔河閘設計分析

通過實地勘察，新建花莊攔河閘的可選擇形式包括三種：平板閘、翻板閘、橡膠壩。但由于本項目對攔河閘的防洪及灌溉要求較高，因此本工程選擇平板閘形式[1]。

1.1 攔河閘最大泄流能力計算

攔河閘最大泄流量必須滿足防洪需要，同時直接影響了閘門各項參數設計，在此以燕子河洪水資料為基礎來計算洪水數據（見表1），本項目取P=0.5%，最大洪水量為890 m3/s，以該值為基礎設計攔河閘最大泄流能力為950 m3/s。

表1 蘭陵縣花莊攔河閘設計洪水成果表

1.2 攔河閘底板高程設計分析

原攔河閘位置主河槽和兩側灘地高差達到5.0 m左右，參照其他工程經驗，對攔河閘的底板高程幾個不同方案（2.0 m、1.0 m、-1.0 m）進行對比分析[2]，各方案具體優缺點見表2。

表2 攔河閘不同底板高程優缺點對比

從減少淤積、投資和便于管理等方面綜合考慮，底板高程為2.0 m時，受淤積影響最小，而在洪水期淤積問題很嚴重，因此建議采用該方案。

1.3 最佳閘孔寬度設計分析

在確定了攔河閘泄流能力和底板高程后，計算攔河閘設計泄流總凈寬B=48.0 m。閘門單孔寬度直接影響了工程量、設計、施工等各個環節，下面參照其他工程經驗，對3種不同閘孔寬度（4.0 m、6.0 m、8.0 m）的經濟性進行對比，具體見表3。

由表3可知，閘孔寬度8.0 m時，經濟性最好，但是對攔河閘工程穩定性和后期管理維修提出了較高要求，因此本項目最終選擇閘門單孔寬度6.0 m，共計8孔。

表3 不同閘孔寬度經濟性對比 萬元

1.4 邊墩結構設計分析

攔河閘邊墩連接著攔河閘與兩岸，對其安全穩定性要求很高。本項目參照其他工程經驗，設計邊墩閘室為兩孔一聯，總寬度8.0 m（其中閘門寬3.0 m），上寬1.0 m，底部寬2.0 m，呈梯形狀，總高度8.5 m，邊墩底部和閘基（厚1.5 m）為整體澆筑結構。按照最不利工況設計：上游水位4.2 m，下游無水，上部載荷3.0 kN/m。

2 新建水閘閘基穩定性復核計算

2.1 攔河閘閘基穩定性計算

1）閘基加固措施分析。本項目為了保證攔河閘閘基穩定性，利用“鋼筋灌注樁+預制樁”對基礎進行了加固，其中灌注樁設計在攔河閘和兩岸過渡處，直徑D=0.4 m，長度范圍5.1~8.6 m，極限承載力180~300 kN；預制樁排列在攔河閘主體工程面上，其截面為方形，邊長設計0.5 m，長度10.0 m，極限承載力82~151 kN。樁體間排距均設計為1.5 m，共設計4排，樁頭深入底板不少于0.5 m，并用鋼筋混凝土固結[3]。

2）閘基穩定性分析。為保證閘基安全穩定性，在此選取承載力最小、變形量最大5根預制樁作為復核基數。根據本項目要求最大應變不超過6.0 mm情況下，單樁水平承載力試驗值為68 kN。安全系數k計算見公式（1）[4]，經計算得k=1.35，閘基穩定性滿足要求。

2.2 閘基滲透穩定性計算

本項目設計采用“分段阻力系數法”來計算攔河閘閘基滲透穩定性，將整個攔河閘工程分為：進出口段、水平段、垂直段三部分，3種設計工況：①正常水位：上游2.0 m，下游-1.0 m；②設計洪水位：上游3.5 m，下游1.5 m；③校核水位：上游1.5 m，下游2.8 m。

1）各分段阻力系數計算。各分段阻力系數δ0、δx、δy計算分別見公式（2）~（4）[5]，各分段水頭損失值hi見公式（5），計算成果見表4。

表4 不同工況下滲壓計算成果表（部分）

式中：S為齒墻入土深度，m；T為地基有效深度，m；Lx為水平段長度，m；S1為進口段樁體入土深度，m；S2為出口段樁體入土深度，m。

式中：ΔH為上下游水頭差，m。

2）閘基滲透穩定性計算成果（部分）。在此以攔河閘水平段和出口段的滲透坡降值作為評價閘基滲透穩定性的依據，其中水平段坡降Jx和出口段迫降J0計算成果見表5。由表5可知，本項目閘基滲透穩定性完全滿足規范要求。

表5 閘基滲透穩定計算成果表（部分）

3 結語

蘭陵縣花莊新建攔河閘工程目前已經投入使用一年時間，各方面表現均達到設計標準，尤其是在2020年夏季汛期，圓滿完成了防洪排澇任務。攔河閘在設計時要根據河流實際情況確定規模，本項目在確定底板高程時考慮充分，雖然增加了基礎強化工程量，但是后續運行管理確實方便很多，該經驗可為中小型水利工程攔河閘建設提供借鑒。