鄄鄆河治理工程涵閘設(shè)計要點分析

張志榮

（鄄城縣引黃灌溉工程管理服務(wù)中心，山東菏澤 274600）

1 工程概況

鄄鄆河位于山東省西南部，入口在洙趙新河菏澤段中下游，西北靠黃河，東鄰鄆巨河，自西北向東南流入洙趙新河，是洙趙新河的主要支流，全長47.07 km，流域面積975 km2（其中鄄城縣境內(nèi)長11.57 km，流域面積511 km2；鄆城縣境內(nèi)長36.50 km，流域面積464 km2），鄄鄆河經(jīng)過幾十年的運行，河道淤積嚴重，工程老化失修，河道的防洪、排澇、灌溉、改堿功能嚴重降低，干流堤防隱患較多，大堤坍坑破損，也存在人為挖堤取土，風(fēng)雨不斷剝蝕等因素，河道的堤防已不完整，每至汛期，洪澇災(zāi)害直接危及人民群眾生命財產(chǎn)的安全。為建立和諧社會，維護人民利益，鄄城縣水務(wù)局決定對鄄鄆河（鄄城縣段）進行綜合治理改造。

此次工程的任務(wù)是通過疏挖河道，修筑堤防提高現(xiàn)有河道的排澇行洪能力；達到澇能排、旱能蓄的目的；通過改建現(xiàn)有橋梁，改變兩岸群眾交通困難的狀況；通過新、改建涵閘和泵站，恢復(fù)其排水、引水功能，提高河道的除澇標(biāo)準到5年一遇，防洪標(biāo)準到20 年一遇，使治理區(qū)形成一個通暢的排澇行洪體系，真正做到澇水排得出，洪水過的去，保護沿線人民生命財產(chǎn)安全，維護流域社會安定和工農(nóng)業(yè)的正常生產(chǎn)，為該地區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。

此次工程改建涵閘3 座，分別為張廟溝涵閘（38+440）、孫花園溝涵閘（36+640）、胡莊涵閘（35+770）；新建涵閘3 座，分別為史莊溝涵閘（45+380）、王戶莊溝涵閘（44+856）、呂廟溝涵閘（44+270）。

2 涵閘總體布置與方案比較

鄄鄆河（鄄城縣段）治理段兩岸現(xiàn)有涵閘結(jié)構(gòu)型式多為混凝土涵管或磚砌拱涵，歷經(jīng)三十年運行，大部分涵洞已年久失修，損壞嚴重，每當(dāng)汛期大雨來時，由于涵閘排水不暢，澇水不能及時排出，往往造成洪澇災(zāi)害。此次對損壞嚴重，已不能滿足安全運行要求的3 座涵洞進行改建。為了保護支流流域農(nóng)田，控制鄄鄆河水量倒灌，控制引水流量，新建3座涵閘。

2.1 總體布置

此次共改建涵閘3座，新建涵閘3座。涵閘設(shè)計標(biāo)準為10年一遇防洪，涵閘軸線和河道軸線正交，結(jié)構(gòu)型式為1.50×1.80、2×2箱涵，并設(shè)鑄鐵閘門和螺桿式啟閉機。

改建涵閘分別為張廟溝涵閘（樁號38+440）、孫花園涵閘（樁號36+640）、胡莊涵閘（樁號35+770）。新建涵閘分別為史莊溝涵閘（樁號45+380）、王戶莊溝涵閘（樁號44+856）、呂廟溝涵閘（樁號44+270）。

2.2 方案比較

根據(jù)河道流量及現(xiàn)狀特點，對涵閘擬定兩種不同型式的方案進行比較。

方案一：洞身采用蓋板式砌石擋土墻結(jié)構(gòu)；方案二：洞身采用鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)。

箱涵結(jié)構(gòu)承載力高，流量及洞徑較大或內(nèi)水壓力較大的涵洞多采用箱涵；蓋板涵洞承載力相對較低，且防滲條件差，故多用于中等規(guī)模及洞頂填土高度不大的無壓涵洞。據(jù)鄄鄆河現(xiàn)狀特點及流量，涵閘設(shè)計采用箱涵方案。

3 涵閘設(shè)計

此次鄄鄆河（鄄城縣段）治理工程共有涵閘6 座，有兩種型式1.50×1.80、2×2。以1.50×1.80 型式為例，進行設(shè)計說明。涵閘由上游連接段、進水口、箱涵段、閘室段、消力池段、下游連接段等部分組成。

3.1 工程組成

3.1.1 上游連接段和進水口

上游連接段為梯形斷面，采用C30 混凝土連鎖塊護砌，護砌厚度為0.15 m，護砌長6 m；護底為C30 素混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.20 m。進水口設(shè)6 m 長翼墻與箱涵段連接，翼墻為C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋪蓋為C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.40 m。

3.1.2 箱涵

箱涵為C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共1 孔，孔口尺寸1.50 m×1.80 m，壁厚0.40 m，底板厚0.50 m，底部為C15混凝土墊層，厚0.10 m。箱涵長度據(jù)穿堤長度決定，每超過10 m，分為兩節(jié)。考慮防汛交通要求，箱涵改建后堤防回填至設(shè)計堤頂高程。

3.1.3 閘室

閘室為C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共1 孔，閘孔尺寸1.50 m×1.80 m（寬×高）。閘底板厚0.60 m，寬2.70 m，長8 m，下設(shè)C15混凝土墊層，厚0.10 m。邊墩厚0.60 m。閘墩上部設(shè)排架、機架橋，排架柱高度根據(jù)涵閘具體情況決定，柱厚0.40 m。

3.1.4 消力池

消力池為C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，消力池總長8.00 m，其中平直段長0.50 m，斜坡段長2 m，坡比1∶4，后接5.50 m 長平直段，底板厚0.40 m，池深0.50 m。消力池埋設(shè)直徑50 mm PVC 排水管，間距1.50 m，梅花形布置，排水管末端包土工布，插入反濾體中。

3.1.5 下游連接段

下游連接段包括海漫和拋石防沖槽，其中海漫為C30素混凝土結(jié)構(gòu)，長5 m，厚0.40 m；拋石防沖槽長2.50 m，深1.40 m。兩側(cè)為C30現(xiàn)澆混凝土護坡。

3.2 水力計算

3.2.1 閘孔凈寬計算

3.2.2 消能防沖計算

水閘消能方式采用底流式消能，按挖深式消力池設(shè)計。

①消力池深度計算，消力池深度應(yīng)滿足下列條件：d=σ0-hc"-hs′-ΔZ，經(jīng)試算，d=0.45 m，設(shè)計取0.50 m。②消力池池長計算：Lsj=Ls＋βLj；Lj=6.9（hc"－h(huán)c），經(jīng)計算，Lsj=7.23 m，確定消力池長度8 m。③消力池底板厚度計算：消力池底板厚度根據(jù)抗沖和抗浮要求穩(wěn)定性分別計算，取其中較大者。經(jīng)計算，t=0.46 m。根據(jù)以上數(shù)值，確定消力池結(jié)構(gòu)尺寸為池深0.50 m，底板厚0.50 m。

3.2.3 防滲長度布置

按《水閘設(shè)計規(guī)范》防滲長度擬定公式：L≥CΔH，經(jīng)計算涵閘滲徑長度為15.00 m，設(shè)計滲徑長度滿足要求。

3.3 箱涵基底應(yīng)力計算

根據(jù)涵洞基底應(yīng)力計算公式：

式中：Pmax—基底最大應(yīng)力，kN/m2；Pmin—基底最小應(yīng)力，kN/m2；∑M—所有作用力矩之和，kN·m；B—基礎(chǔ)底板寬，m；W—基底的截面矩，m3。

選取箱涵頂部填土最高處進行基底應(yīng)力計算，經(jīng)計算，箱涵堤身段完建期基底平均應(yīng)力為67.63＜110 Pa（地基允許承載力），基底應(yīng)力滿足要求。

3.4 地基處理

根據(jù)鄄鄆河閘處地勘資料顯示，閘基座于③層砂壤土中部，為新近沉積的欠固結(jié)土，為液化土層，工程地質(zhì)條件差，不宜用作天然地基，建議結(jié)合截滲、液化、滲透穩(wěn)定等問題一并處理，可采用復(fù)合地基。此次地基處理計劃對閘基及翼墻底③層砂壤土進行挖除，并以水泥土換填。

綜上可知，鄄鄆河治理工程新、改建涵閘設(shè)計成果見表1。

表1 鄄鄆河治理工程新、改建涵閘設(shè)計成果表

4 結(jié)語

綜上所述，河道治理工程涵閘設(shè)計要點分析對河道涵閘工程具有十分重要的工程意義。了解工程概況，從涵閘工程總體布置與方案比較進行涵閘總體布置與方案比較；進而著重圍繞工程組成、水力計算、箱涵基底應(yīng)力計算和地基處理等四方面展開涵閘設(shè)計。