南引交叉泄水闸设计综述

梅 林，张 明，郝菲菲

(大庆市松嫩工程管理处，黑龙江 大庆 163311)

南引交叉泄水闸设计综述

梅 林，张 明，郝菲菲

(大庆市松嫩工程管理处，黑龙江 大庆 163311)

南引交叉泄水闸是南引泄水干渠与安肇新河的交叉建筑物，设计流量30m3/s，原有建筑物孔口尺寸为4m(宽)×3.2m(高)×2孔。南引交叉泄水闸现场安全检测报告结论：该闸评定为Ⅳ类水闸，拆除重建。而且围堤加宽、加高，现有结构不能满足要求，故本次设计在原位置拆除重建，文章对重建的南引交叉泄水闸进行了叙述。

泄水闸；工程设计；水力计算；闸室稳定计算

1 概 况

南引交叉泄水闸位于安肇新河右堤22+000处，是南引泄水干渠与安肇新河的交叉建筑物，设计流量30m3/s，原有建筑物孔口尺寸为4m(宽)×3.2m(高)×2孔。南引交叉泄水闸现场安全检测报告结论：该闸评定为四类水闸，拆除重建。而且围堤加宽、加高，现有结构不能满足要求，故本次设计在原位置拆除重建。

2 设计等别

胖头泡蓄滞洪区围堤按照2级堤防设计；围堤上建筑物按照2级建筑物设计，因此，南引交叉泄水闸按2级建筑物设计。

3 工程设计

3.1 工程布置

新建南引交叉泄水闸由进口铺盖、进口U型槽段、进口闸室段、涵洞段、出口闸室段，消力池及海漫段组成。新建闸底板高程与原设计相同，为125.30m。进口铺盖长12.50m，底宽11.0m，两侧边坡为1：3.0，采用0.15m厚混凝土板护砌，下设0.10m厚砂砾石、无纺布一层；进口段U型槽结构长10.0m，宽11.0m，采用钢筋混凝土结构，底板厚1.0m，与两岸联接设挡土墙；进口闸室段采用钢筋混凝土方涵结构，3孔布置，每孔尺寸为：2.7m(宽)×3.3m(高)，设闸门，长9m，闸室段底板高程为125.30m,闸室段上部设工作桥；洞身段采用混凝土方涵共2节，每节长度为10m；出口闸室段采用钢筋混凝土方涵结构，3孔布置，每孔尺寸为：2.7m(宽)×3.3m(高)，设闸门，长10m，闸室段底板高程为125.30m,闸室段上部设工作桥；消力池段采用钢筋混凝土U型槽结构，长13.70m，宽度由10.4m渐变至14.0m。海漫段长19.3m, 宽度由14.0m渐变至18.0m，采用0.30m厚干砌石护砌,下设0.15m厚砂砾石，无纺布一层，末端设防冲槽。

南引交叉泄水闸工程量详见表1。

3.2 水力计算

拆除建筑物闸底板高程为原有建筑物底板高程。新建建筑物底板高程根据测量1∶500地形图确定[1-2]。

采用下列公式计算过流量：

过流公式采用如下：

(1)

式中：Q为设计流量，m3/s；σ为淹没系数；ε为侧收缩系数；m为流量系数；B为孔净宽，m；H0为计入行近流速水头的堰上水头，m。

水力计算成果见表2。

表1 南引交叉泄水闸工程量表

表2 水力计算成果表

经计算过流能力满足设计要求。

3.3 消能计算

消能计算包括消力池深度、长度计算，海漫长度计算[3-4]。

1)消力池深度计算采用公式：

(2)

d=σ0hc″-hs′-△Z

(3)

(4)

(5)

2)消力池长度计算：

Lsj=Ls+βLj

(6)

Lj=6.9(h″c-hc)

(7)

式中：Lsj为消力池长度，m；Ls为消力池斜坡段水平投影长度，m；β为水跃长度校正系数；Lj为水跃长度，m。

3)海漫段长度计算：

海漫段长度可按下式计算：

(8)

式中：LP为海漫长度，m；q′为消力池未端单宽流量；Ks为海漫长度计算系数。

消能计算成果见表3。

表3 消能防冲计算统计表

3.4 闸室段稳定分析计算

闸室沿基底面抗滑稳定的安全系数及基底应力按下列公式计算：

(9)

式中：Kc为计算抗滑稳定安全系数；∑G为作用于闸室、挡土墙基底全部竖向荷载之和；∑H为作用于闸室、挡土墙全部水平向之和；f为闸室、挡土墙底面与地基岩石之间的摩擦系数。

闸室段基底应力计算公式：

(10)

偏心距按以下公式计算：

(11)

式中：A为底板底面的面积；B为闸室、挡土墙基底宽度；∑G为作用于挡土墙基底全部竖向荷载之和；∑Ma为各力对前趾端点力矩。

闸室稳定计算结果见表4。

表4 闸室稳定计算成果表

经过计算，闸室段基底面抗滑稳定及地基应力满足要求。

3.5 渗流稳定计算

按《水闸设计规范》中4.3.2规定，在工程规划和可行性研究阶段，初步拟定闸基防渗长度应满足下列公式：

L>C△H

(12)

式中:L为闸基防渗长度，即闸基轮廓防渗部分水平段和垂直段长度的总和，m；ΔH为上、下游水位差，按上游挡水，下游无水最不利情况考虑；C为允许渗径系数值。

计算成果见表5。

表5 渗流计算成果表

经验算，实际防渗布置长度均大于计算需要长度，渗透稳定满足要求。

4 结 论

通过本次原址重建使该泄水闸同时满足南引泄水的要求和胖头泡围堤防洪的要求。

[1]李树慧,张银华.水闸设计中消能控制条件计算[J].科技信息,2012(07):49-50.

[2]刘伟峰,张瑞.农田水利工程中水闸设计的探索[J].科技创新导报,2012(14):23-25.

[3]王君,廖伟.中小型水闸设计经验初探[J].中国西部科技,2011(15):96-97.

[4]陈贝.浅谈水闸设计时问题分析及应用[J].科技传播,2011(10):30-32.

1007-7596(2017)06-0060-03

2017-05-22

梅林(1986-)，男，辽宁营口人，助理工程师；张明(1974-)，男，黑龙江大庆人，工程师；郝菲菲(1988-)，女，黑龙江嫩江人，工程师。

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