蘭陵縣花莊攔河閘設(shè)計(jì)計(jì)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(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)于2019年1月10日動(dòng)工，工期12個(gè)月，中標(biāo)價(jià)1 077.33萬(wàn)元。該工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等，其永久性主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)性建筑物為5級(jí)，地震設(shè)防烈度為7度。本次工程設(shè)計(jì)對(duì)原有攔河閘進(jìn)行拆除重建，以解決過(guò)流能力不足問(wèn)題，滿足燕子河下游800 hm2農(nóng)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(qū)域的生態(tài)環(huán)境。

1 新建攔河閘設(shè)計(jì)分析

通過(guò)實(shí)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(xiàng)目對(duì)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(jì)算

攔河閘最大泄流量必須滿足防洪需要，同時(shí)直接影響了閘門各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)，在此以燕子河洪水資料為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算洪水?dāng)?shù)據(jù)（見(jiàn)表1），本項(xiàng)目取P=0.5%，最大洪水量為890 m3/s，以該值為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)攔河閘最大泄流能力為950 m3/s。

表1 蘭陵縣花莊攔河閘設(shè)計(jì)洪水成果表

1.2 攔河閘底板高程設(shè)計(jì)分析

原攔河閘位置主河槽和兩側(cè)灘地高差達(dá)到5.0 m左右，參照其他工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)攔河閘的底板高程幾個(gè)不同方案（2.0 m、1.0 m、-1.0 m）進(jìn)行對(duì)比分析[2]，各方案具體優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2 攔河閘不同底板高程優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)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(shí)，受淤積影響最小，而在洪水期淤積問(wèn)題很嚴(yán)重，因此建議采用該方案。

1.3 最佳閘孔寬度設(shè)計(jì)分析

在確定了攔河閘泄流能力和底板高程后，計(jì)算攔河閘設(shè)計(jì)泄流總凈寬B=48.0 m。閘門單孔寬度直接影響了工程量、設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)環(huán)節(jié)，下面參照其他工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)3種不同閘孔寬度（4.0 m、6.0 m、8.0 m）的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比，具體見(jiàn)表3。

由表3可知，閘孔寬度8.0 m時(shí)，經(jīng)濟(jì)性最好，但是對(duì)攔河閘工程穩(wěn)定性和后期管理維修提出了較高要求，因此本項(xiàng)目最終選擇閘門單孔寬度6.0 m，共計(jì)8孔。

表3 不同閘孔寬度經(jīng)濟(jì)性對(duì)比 萬(wàn)元

1.4 邊墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

攔河閘邊墩連接著攔河閘與兩岸，對(duì)其安全穩(wěn)定性要求很高。本項(xiàng)目參照其他工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)邊墩閘室為兩孔一聯(lián)，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(jié)構(gòu)。按照最不利工況設(shè)計(jì)：上游水位4.2 m，下游無(wú)水，上部載荷3.0 kN/m。

2 新建水閘閘基穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算

2.1 攔河閘閘基穩(wěn)定性計(jì)算

1）閘基加固措施分析。本項(xiàng)目為了保證攔河閘閘基穩(wěn)定性，利用“鋼筋灌注樁+預(yù)制樁”對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行了加固，其中灌注樁設(shè)計(jì)在攔河閘和兩岸過(guò)渡處，直徑D=0.4 m，長(zhǎng)度范圍5.1~8.6 m，極限承載力180~300 kN；預(yù)制樁排列在攔河閘主體工程面上，其截面為方形，邊長(zhǎng)設(shè)計(jì)0.5 m，長(zhǎng)度10.0 m，極限承載力82~151 kN。樁體間排距均設(shè)計(jì)為1.5 m，共設(shè)計(jì)4排，樁頭深入底板不少于0.5 m，并用鋼筋混凝土固結(jié)[3]。

2）閘基穩(wěn)定性分析。為保證閘基安全穩(wěn)定性，在此選取承載力最小、變形量最大5根預(yù)制樁作為復(fù)核基數(shù)。根據(jù)本項(xiàng)目要求最大應(yīng)變不超過(guò)6.0 mm情況下，單樁水平承載力試驗(yàn)值為68 kN。安全系數(shù)k計(jì)算見(jiàn)公式（1）[4]，經(jīng)計(jì)算得k=1.35，閘基穩(wěn)定性滿足要求。

2.2 閘基滲透穩(wěn)定性計(jì)算

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用“分段阻力系數(shù)法”來(lái)計(jì)算攔河閘閘基滲透穩(wěn)定性，將整個(gè)攔河閘工程分為：進(jìn)出口段、水平段、垂直段三部分，3種設(shè)計(jì)工況：①正常水位：上游2.0 m，下游-1.0 m；②設(shè)計(jì)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(shù)計(jì)算。各分段阻力系數(shù)δ0、δx、δy計(jì)算分別見(jiàn)公式（2）~（4）[5]，各分段水頭損失值hi見(jiàn)公式（5），計(jì)算成果見(jiàn)表4。

表4 不同工況下滲壓計(jì)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(zhǎng)度，m；S1為進(jìn)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(wěn)定性計(jì)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(píng)價(jià)閘基滲透穩(wěn)定性的依據(jù)，其中水平段坡降Jx和出口段迫降J0計(jì)算成果見(jiàn)表5。由表5可知，本項(xiàng)目閘基滲透穩(wěn)定性完全滿足規(guī)范要求。

表5 閘基滲透穩(wěn)定計(jì)算成果表（部分）

3 結(jié)語(yǔ)

蘭陵縣花莊新建攔河閘工程目前已經(jīng)投入使用一年時(shí)間，各方面表現(xiàn)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在2020年夏季汛期，圓滿完成了防洪排澇任務(wù)。攔河閘在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)河流實(shí)際情況確定規(guī)模，本項(xiàng)目在確定底板高程時(shí)考慮充分，雖然增加了基礎(chǔ)強(qiáng)化工程量，但是后續(xù)運(yùn)行管理確實(shí)方便很多，該經(jīng)驗(yàn)可為中小型水利工程攔河閘建設(shè)提供借鑒。