改良式駝峰堰在水閘除險加固中的應(yīng)用

于桂云，唐山君，卞 晶

（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟(jì)南 250013）

水閘是水利工程中主要攔河建筑物之一，對于擋水較高，河道比降較大的攔河閘多采用曲線形低堰式水閘，尤其是駝峰堰，因其優(yōu)美的流線形輪廓和較大的流量系數(shù)而廣泛應(yīng)用。筆者認(rèn)為對于單向泄流的攔河閘，駝峰堰可在普通型式的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)改良，使其更加切合實際工程應(yīng)用，利于閘室的布置，特別對于曲線形低堰式攔河閘加固工程尤其如此。在此，筆者對改良式駝峰堰的型式及應(yīng)用情況進(jìn)行簡要闡述，供同類工程參考。

1 結(jié)構(gòu)概況

改良式駝峰堰與普通駝峰堰相比，上游堰面較下游堰面陡，如圖1所示，適用于單向泄洪且河道比降較陡的攔河閘工程。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 堰高設(shè)計

駝峰堰的高度應(yīng)根據(jù)閘址處的地勢條件確定，對于比降較大的山區(qū)河道，閘室位置地勢相對較高，可取較大值，在比較平坦的河道上建閘，不宜采用較大的堰高。在實際工程中，堰體高度的確定。一方面要考慮閘前和閘后的水流條件；另一方面還應(yīng)考慮不使因建閘而產(chǎn)生閘前泥沙淤積。設(shè)計堰高一般取值為 P=（0.15～0.29）Hmax， 其中 Hmax為校核泄量下的堰上水頭。

2.2 堰面曲線設(shè)計

駝峰堰堰軸線下游部分（閘門后）的堰面輪廓必須與閘孔出流水舌下緣相吻合，使堰面不出現(xiàn)真空現(xiàn)象。如果堰面輪廓與閘孔出流水舌脫離，則脫離部分的空氣將不斷被水流帶走而出現(xiàn)真空。由于堰面出現(xiàn)的真空現(xiàn)象是不穩(wěn)定的，可能使堰面受到正負(fù)壓力的交替作用，如果真空值過大，則堰面可能發(fā)生氣蝕而遭破壞。如圖1所示：設(shè)堰高為P，底部圓弧半徑取R1為 4P（或 6P）；頂部圓弧半徑取 R2為 1.05P（或2.5P）；堰軸線下游部分堰體長度L為3P（或4P）。

上游堰面曲線不受此約束，以方便埋設(shè)閘門底軌和方便施工為原則。

3 工程應(yīng)用實例

3.1 峽山水庫溢洪閘應(yīng)用情況

3.1.1 設(shè)計條件

峽山水庫位于山東半島的濰河中下游，溢洪閘作為主要建筑物，級別為1級，防洪標(biāo)準(zhǔn)：1 000年一遇洪水設(shè)計，相應(yīng)泄洪流量12 677 m3/s，設(shè)計洪水位40.60 m；10 000年一遇洪水校核，相應(yīng)泄洪流量15 853 m3/s，校核洪水位42.34 m；正常擋水位37.40 m（水庫興利水位）。

峽山水庫溢洪閘閘室總凈寬為268 m，分15孔，單孔凈寬16.0 m，閘室長26.0 m,閘底板高程28.30 m。峽山水庫溢洪道渠底比降i=0.002（1/500）左右。

3.1.2 堰高確定

經(jīng)綜合計算和比較，峽山水庫溢洪閘設(shè)計堰高取2.0 m，堰頂高程為30.30 m，校核泄量下的堰上水頭為12.04 m。

3.1.3 堰面曲線設(shè)計

峽山水庫溢洪閘堰型采用非真空改良（b）型駝峰堰。

1）下游段堰面曲線：底部圓弧半徑R1=4P=8.0 m，頂部弧半徑R2=1.05P=2.10 m，堰軸線下游部分堰長度L1=3P=6.0 m。

2）上游段堰面曲線：該閘屬于單向溢洪，溢流堰上游段堰面曲線不存在堰面輪廓與閘孔出流水舌脫離問題，在工程設(shè)計中考慮保留原檢修閘門底軌不變，因此上游段堰體長度受此限制，定為L2=5.65 m，相應(yīng)底部圓弧半徑R3=7.10 m，頂部圓弧半徑R4=2.0 m；堰體的底部總長度11.65 m，如圖2所示。

峽山水庫溢洪閘除險加固應(yīng)急工程于2008年11月開工建設(shè)，2009年7月水下工程通過驗收并開始溢洪，至今已安全運(yùn)行近3年。其水流條件平順，上下游水面銜接良好。

峽山水庫除險加固后的溢洪閘閘室縱斷面如圖3所示。

3.2 公家莊水庫溢洪閘應(yīng)用情況

3.2.1 設(shè)計條件

公家莊水庫工程等別為Ⅲ等，溢洪道工程建筑物級別為3級，設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年—遇；溢洪閘閘前設(shè)計洪水位為173.50 m，相應(yīng)泄洪流量584 m3/s；校核洪水位為173.91 m，相應(yīng)泄洪流量637 m3/s；閘址處渠底比降i=0.001（1/1 000）左右。

溢洪閘閘室設(shè)計長度14.0 m，閘孔總凈寬19 m，分2孔，單孔凈寬8 m，中墩厚度1.50 m，閘底板高程165.0 m。閘門為8 m×7.1 m平板鋼閘門，采用2×160 kNQPQ卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，機(jī)架橋面總寬6.16 m，橋面高程183.10 m，設(shè)4.2 m寬的啟閉機(jī)房。

3.2.2 堰高確定

經(jīng)綜合計算和比較，公家莊水庫溢洪閘設(shè)計堰高取P=0.156Hmax=1.20 m，堰頂高程為166.20 m，校核泄量下的堰上水頭Hmax為7.71 m。

3.2.3 堰面曲線設(shè)計

公家莊水庫溢洪閘堰型采用非真空改良 （a）型駝峰堰。

1）下游段堰面曲線：底部圓弧半徑R1=6P=7.20 m，頂部弧半徑R2=2.50P=3.0 m，堰軸線下游部分堰長度L1=4P=8.0 m。

2）上游段堰面曲線：在工程設(shè)計中，一方面考慮該閘工程規(guī)模較小，所需閘室長度不大（14.0 m），工作閘門和檢修閘門兩底軌之間的距離僅為2.615 m；另一方面該閘又屬單向溢洪，如前所述，溢流堰上游段堰面曲線不存在堰面輪廓與閘孔出流水舌脫離問題，因此上游段堰體長度定為L2=2.60 m，相應(yīng)底部圓弧半徑R3=2.22 m，頂部圓弧半徑R4=1.20 m；堰體的底部總長度7.40 m，如圖4所示。

公家莊水庫溢洪道于2010年5月開工建設(shè)，同年10月通過工程驗收并開始溢洪，至今已安全運(yùn)行近2年。其水流條件平順，上下游水面銜接良好。