順河街引水渠改造項(xiàng)目水閘工程設(shè)計(jì)

馮 凱

（封丘縣水利局，河南 封丘 453399）

1 概況

封丘縣位于豫北平原東部，黃河北岸，新鄉(xiāng)市東部，區(qū)域優(yōu)勢(shì)突出。西靠國(guó)道107 公路，北依新菏鐵路，大廣高速公路橫貫?zāi)媳保吓R開封黃河公路大橋。全縣東西長(zhǎng)48.70 km，南北長(zhǎng)38.20 km，總面積1 225.50 km2，是農(nóng)業(yè)大縣，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越。

2 氣象與地質(zhì)

2.1 氣象

縣域?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)氣候，具有大陸性季風(fēng)氣候的特點(diǎn)。多年平均降水量609.10 mm，年際變化大，年內(nèi)降水量季節(jié)分配不均，多集中在夏季，降水量分布自西向東呈遞增趨勢(shì)；冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng)。

2.2 地質(zhì)

勘察區(qū)屬黃河沖積平原區(qū)，整體地勢(shì)西南高東北低，地面高程82.00～72.60 m。順河街引水渠現(xiàn)有河道呈寬淺“U”形，河道較順直，河道寬窄不一，河底寬8～12 m，深5.50～6.00 m，河底高程76.20～73.80 m，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地勢(shì)較平坦。

3 順河街引水渠改造項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

3.1 引水渠渠道清淤疏浚

①順河街引水渠（0+000～11+986）11.986 km 渠道斷面擴(kuò)挖、清淤、渠堤整修。②于店引水渠（0+000～3+080）3.08 km渠道斷面擴(kuò)挖、清淤疏浚。

3.2 廠門口總干渠渠道清淤疏浚和水閘修建

廠門口總干渠1.20 km渠道清淤疏浚；廠門口干渠3.016 km渠道清淤整修襯砌；重建新建各類建筑物共2 座，其中順河街防沙閘1座、東干渠入天然七支四斗退水閘1座；廠門口干渠進(jìn)水閘、堤灣干渠進(jìn)水閘和加斗渠進(jìn)水閘閘墩加高。

4 水閘工程設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)流量規(guī)模

根據(jù)此工程規(guī)劃，順河街防沙閘按原設(shè)計(jì)流量23.30 m3/s進(jìn)行拆除重建，東干七支四斗退水閘設(shè)計(jì)流量取該段干渠設(shè)計(jì)流量為5 m3/s。

4.2 水力計(jì)算與設(shè)計(jì)

4.2.1 閘孔總凈寬計(jì)算

根據(jù)閘孔過(guò)流能力確定閘孔凈寬。根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)于平底閘，當(dāng)堰流處于高淹沒(méi)度（hs/H0≥0.9）時(shí)，閘孔總凈寬也可按下式計(jì)算：

式中：B0—閘孔總凈寬（m）；Q—過(guò)閘流量（m3/s）；g—重力加速度，g=9.81 m/s2；H0—計(jì)入行近流速水頭的堰上水深，H0=H+V02/2 g（m）；hs—由堰頂算起的下游水深（m）；μ0—淹沒(méi)堰流的綜合流量系數(shù)。

按規(guī)定采用該式對(duì)閘孔總凈寬進(jìn)行校核。根據(jù)不同水閘運(yùn)行的實(shí)際工況，綜合確定節(jié)制閘、進(jìn)水閘孔總凈寬按淹沒(méi)寬頂堰計(jì)算成果取定，退水閘閘孔總凈寬按寬頂堰計(jì)算成果取定。計(jì)算及取定的設(shè)計(jì)孔數(shù)、孔寬成果詳見表1。

表1 防沙閘、退水閘水力計(jì)算成果表

4.2.2 防滲排水設(shè)計(jì)

防滲排水設(shè)計(jì)采用勃萊法初擬閘基防滲長(zhǎng)度：

式中：L—閘基最小防滲長(zhǎng)度（m）；C—允許滲徑系數(shù)，閘基土為砂壤土，有反濾層，取C=5～9；ΔH上、下游水位差（m）。

按最不利情況，上游最高擋水位，下游渠道無(wú)水，考慮到排水反濾層失效的可能性，適當(dāng)加大滲徑系數(shù)，取C=8.00～8.50。根據(jù)初步擬定的閘基防滲長(zhǎng)度，進(jìn)行閘基輪廓布置。設(shè)計(jì)成果詳見表1。

4.2.3 消能防沖設(shè)計(jì)

為了消除過(guò)閘水流對(duì)下游渠道的沖刷，擬在閘后采用消力池消能。消力池深度按下式計(jì)算：

式中：d—消力池深度（m）；σ0—水躍淹沒(méi)系數(shù)，采用1.05；hc″—躍后水深（m）；hc—收縮水深（m）；α—水流動(dòng)能校正系數(shù)，采用1；q—過(guò)閘單寬流量（m2/s）；b1—消力池首端寬度（m）；b2—消力池末端寬度（m）；TO—由消力池底板頂面算起的總勢(shì)能（m）；ΔZ—出池落差（m）；hs′—出池渠道水深（m）。

消力池長(zhǎng)度按下式計(jì)算：

式中：Lsj—消力池長(zhǎng)度（m）；Ls—消力池斜坡段水平投影長(zhǎng)度（m）；β—水躍長(zhǎng)度校正系數(shù)，可采用0.70～0.80，此設(shè)計(jì)取0.75；Lj—水躍長(zhǎng)度（m）。

根據(jù)效能計(jì)算綜合取定設(shè)消力池或不設(shè)消力池，以及消力池長(zhǎng)、池深。經(jīng)計(jì)算d=0.62 m，Lsj=9.27 m。設(shè)計(jì)取值詳見表1。

4.3 結(jié)構(gòu)布置

4.3.1 順河街防沙閘

拆除重建順河街防沙閘位于順河街引水渠樁號(hào)K1+392。該閘順河街防沙閘3孔，單孔凈寬2.50 m，采用開敞式結(jié)構(gòu)，帶交通橋。布置分為上游連接段、閘室段、下游連接段。①上游連接段主要包括素混凝土護(hù)坡、底板和鋼筋混凝土弧形翼墻。護(hù)坡及底板采用C20混凝土，護(hù)坡段長(zhǎng)15 m；底板段長(zhǎng)15 m，寬10.50 m，厚0.50 m，上游端底部設(shè)齒墻，齒墻深0.50 m，底寬0.50 m。②閘室段閘底板和閘墩均采用C25鋼筋混凝土，墩頂設(shè)鋼筋混凝土便橋、交通橋、排架及啟閉機(jī)平臺(tái)，啟閉平臺(tái)梁板為現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，平臺(tái)以上為啟閉機(jī)室。閘室段長(zhǎng)11 m，寬12.50 m，閘為三孔，凈寬2.50 m，閘底板高程74.35 m，頂部高程82.63 m。③下游連接段主要包括消力池、漿砌石海漫、拋石防沖槽和渠道護(hù)坡段。閘室出口設(shè)消力池，C25鋼筋混凝土消力池長(zhǎng)度15.30 m，底板厚0.60 m。海漫末端為拋石防沖槽，長(zhǎng)4.50 m，深1.50 m。渠道護(hù)坡段C20混凝土護(hù)坡，長(zhǎng)30.30 m，右岸厚0.12 m，坡度1∶2.50；左岸厚0.30 m，坡度1∶1.50，于邊坡中部設(shè)分縫及齒墻提高護(hù)坡穩(wěn)定性。

4.3.2 東干渠入天然七支四斗退水閘

新建退水閘位于東干渠與天然渠七支四斗渠相交處，設(shè)計(jì)退水流量5 m3/s，箱涵帶跌水結(jié)構(gòu)。該閘平面布置分為進(jìn)口段、閘室段、箱涵段、跌水段、下游護(hù)坡段。①上游連接段主要包括混凝土護(hù)底和混凝土擋墻。混凝土護(hù)底7.95 m，底寬由2.50 m至8.23 m，護(hù)底厚0.20 cm，前端設(shè)齒墻，齒墻深0.30 m，兩岸擋墻為C25混凝土八字翼墻。②閘室段長(zhǎng)4 m，寬3.70 m，閘為單孔，凈寬2.50 m。閘室底板厚0.60 m，下設(shè)C15 混凝土墊層厚0.10 m，底板前后各設(shè)一道齒墻，齒墻深0.30 m，底寬0.30 m。③箱涵尺寸根據(jù)閘孔尺寸確定，共設(shè)一段，長(zhǎng)6.45 m，兩端各設(shè)一道齒墻，齒墻深0.20 m，寬0.30 m，箱涵為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。④涵閘出箱涵段后下游連接段設(shè)跌水深度2 m，跌水采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚度0.50 m，設(shè)排水孔及反濾層，尾部身尾坎，寬0.50 m深0.50 m配面層筋。

5 總結(jié)

綜上所述，在進(jìn)行順河街引水渠改造項(xiàng)目過(guò)程，文章詳細(xì)計(jì)算與設(shè)計(jì)了水閘工程，以保證水閘的工程質(zhì)量。此項(xiàng)目的實(shí)施，改善了供水和灌溉條件，農(nóng)作物得到適時(shí)適量灌溉，提高了農(nóng)作物產(chǎn)量，有效提高渠道水利用系數(shù)，提高水資源利用率，確保引水渠的通常，滿足人們的日常用水及農(nóng)業(yè)灌溉需求。