贛東大堤溪源節(jié)制閘設計分析

李 蔚

（樟樹市水利工程服務中心,江西 樟樹 331200）

1 工程概況

贛東大堤位于贛江下游右岸,上起新干縣,止于南昌市區(qū)新洲閘,跨經新干縣、樟樹市、豐城市、南昌縣、南昌市區(qū),全長137.14 km。贛東大堤樟樹市段保護著樟樹市的防洪安全,保護面積203 km2,保護耕地16.74×104畝,保護人口14.71×104人,全長28.73 km。

贛東大堤是樟樹市規(guī)模最大的一座堤防工程。樟樹市市區(qū)位于橫穿江西的浙贛鐵路和縱貫江西的贛江交叉點上,市域東鄰豐城、南接新干、西毗新余、北連高安,為江西交通的樞紐。

2 溪源節(jié)制閘建設的必要性

樟樹市贛東大堤澇區(qū)項目任務主要是通過對贛東大堤澇區(qū)現(xiàn)有排水渠進行清淤加固,自排閘、電排站拆除重建,解決永泰防洪治澇區(qū)、城西防洪治澇區(qū)、主城區(qū)防洪治澇區(qū)的內澇問題。

草溪河樟樹市主城區(qū)到草溪河河口段河底高程為22.03 m~25.18 m,根據(jù)水文計算草溪河河口十年一遇設計水位27.41 m,由于草溪河流域地勢平緩,匯流時間較長,存在薌水倒灌的情況, 2019 年7 月樟樹市出現(xiàn)連續(xù)降雨,薌水水位升高,倒灌草溪河,造成浙贛鐵路上游灣里居委會附近大片農田被淹,因此,新建溪源節(jié)制閘是十分必要的。本次設計擬在大橋西堤樁號10+800~10+875.68 處新建溪源節(jié)制閘,以解決薌水倒灌問題,減少老城區(qū)排澇壓力。

3 工程布置

3.1 閘室型式

新建節(jié)制閘主要功能是防洪兼泄洪,閘檻高程較低、防洪水位較高,同時結合建筑物的布置,結合防洪,交通及投資,新建節(jié)制閘采用胸墻式。閘門尺寸為B×H=5.0 m×4.0 m,本次設計采用平板式鋼閘門。

3.2 閘室底板型式

閘室底板一般根據(jù)地基、泄流條件選用平底板、低堰底板和折線底板。由于本工程無攔沙要求,且閘址河床上下游較平整平順,不適合低堰底板和折線底板型式。因此,水閘閘室采用平底板型式。

節(jié)制閘閘室為五孔并聯(lián),即閘室選用一聯(lián)的整體式結構。整體式平底板結構整體性好,對于地基的不均勻沉降有很強的適應性,同時具有較好的抗震性能?？紤]地基基礎條件一般,閘室底板采用等厚度,底板厚度取1.5 m。

3.3 閘底板高程確定

一般情況下閘底板高程宜于河底齊平或略高一些,為保證閘底板和上下游河道的順接,增加過流能力,閘底板高程確定基本與鄰水側堤腳高程一致。

根據(jù)實測閘址地形,根據(jù)實測閘址地形，節(jié)制閘閘室底板頂高程為22.40 m。

閘墩頂部高程確定

根據(jù)《水閘設計規(guī)范》4.2.4 規(guī)定,節(jié)制閘永久建筑物級別為3級,閘頂高程計算考慮以下工況：

①防洪情況：防洪水位+波浪高+相應安全超高,即26.4+0.5+0.2=27.10 m。

②泄水情況：設計洪水位+相應安全超高,即28.02+0.5=28.52 m；考慮到水閘兩岸堤頂高程為29.25 m,綜合比較后確定節(jié)制閘閘墩頂高取28.75 m。

3.4 閘室型式比選

結合節(jié)制閘總體布置,地形地質條件,考慮節(jié)制閘主要功能,本次設計有兩個方案,兩個方案除閘室結構布置外,其余部分結構布置兩個方案均相同。兩個方案分別是：

方案一：節(jié)制閘采用胸墻式水閘（孔徑B×H=5 m×4 m）；

方案二：節(jié)制閘采用涵洞式（孔徑B×H=5 m×4 m）。

（1）方案一：新建胸墻式水閘

為了防止薌水倒灌草溪河的要求,節(jié)制閘采用胸墻式水閘結構布置,閘門采用平面鋼閘門,新建節(jié)制閘位于大橋西堤樁號10+800~10+875.68 處,由上游鋪蓋、閘室段、消力池、海曼漫組成。上游鋪蓋范圍為閘Z0+000.00~閘Z0+020.00,為C25 鋼筋混凝土結構,底板高程為22.40 m；閘室上下游為閘Z0+020.00~閘Z0+032.68,為C25 鋼筋混凝土結構；均采用平面鋼閘門,共5 孔,閘門高4.0 m,寬5.0 m,閘室底板高程22.40 m,閘墩頂部高程28.75 m,邊墩厚1.20 m,中墩厚1.20 m,縫墩厚1.40 m；閘室上部設啟閉機框架與啟閉機房,為保證兩岸人員交通,啟閉機框架下游設置人行橋。消力池范圍為閘Z0+032.68~閘Z0+047.68,為C25 鋼筋混凝土結構,斜坡段長5.6 m,坡比為1∶4.0,水平段9.6 m,池深0.9 m,池底高程21.50 m；海曼上下游范圍為Z0+047.68~閘Z0+075.68,分為兩部,前20.00 m為干砌石護底結構,后8.00 m為干砌石防沖槽,底板高程為22.40 m。為了方便閘門運行管理,在節(jié)制閘的右側設有1.5 m寬樓梯。

（2）方案二：新建涵洞式水閘

方案二工程總體布置方案于與方案一大致相同,但水閘結構形式變化為箱涵式水閘布置,其余工程布置與方案一相同。節(jié)制閘進口處布置泄洪閘,出口布置防洪閘,水閘采用五孔布置,箱涵孔徑B×H=5 m×4 m,泄洪閘及防洪閘閘室結構尺寸相同,閘室垂直水流方向長為30 m,閘墩頂高程28.75 m,中墩厚1.20 m,邊墩厚1.20 m,閘室底板高程22.40 m,底板厚1.50 m,箱涵頂高程26.80 m,啟閉機排架柱,順水流方向寬3.35 m,啟閉機房頂高程為m。為了方便閘門運行管理,在節(jié)制閘的右側設有1.5 m寬樓梯。

根據(jù)以上兩種方案的布置,經計算,各方案主要工程量、投資及優(yōu)缺點比較見表1。

表1 節(jié)制閘方案比較表

續(xù)表1

根據(jù)以上兩種方案的布置,經比較,兩種方案泄流能力一致,方案二施工工序較復雜,且穩(wěn)定性比方案一差,方案一運行方便,解決了混凝土質量及構建尺寸問題,穩(wěn)定性比方案二更高。故本階段設計推薦方案一。

4 水力設計

4.1 溪源節(jié)制閘下游斷面水位流量關系

本設計擬新建溪源節(jié)制閘,需要計算閘址下游水位流量關系,草溪河上無水文測站,屬無實測水文資料地區(qū)。其水位流量關系采用曼寧公式,由起始斷面水力要素推算[1]。起始斷面橫斷面資料采用本階段實測成果。糙率的選取根據(jù)河槽地形地貌、河床質的組成綜合分析選定,n 值取0.020~0.040,比降根據(jù)本階段河道縱斷面、實測該河段同時水面線綜合確定,水閘下游水位流量關系計算成果見表2。

表2 溪源節(jié)制閘址下游水位流量關系成果表

4.2 過流能力計算

水閘過流能力計算目的是計算在各種水頭和水閘開啟情況下水閘的泄流能力,并由此推出設計洪水[2]。

節(jié)制閘閘孔共5 孔,節(jié)制閘有多種閘門開啟調度方案可供選擇,現(xiàn)計算閘前正常蓄水位為26.40 m,閘門擋水高度為4.0 m,不同孔數(shù)及不同開度下,孔口出流情況見表。

節(jié)制閘閘不同水位閘門不同開度時對應泄流能力計算結果見表3~表6。

表3 節(jié)制閘水位-開度-流量關系表

表6 節(jié)制閘水位-開度-流量關系表

續(xù)表3

表4 節(jié)制閘水位-開度-流量關系表

表5 節(jié)制閘水位-開度-流量關系表

4.3 消能防沖設計

（1）消能形式

節(jié)制閘閘址位置,河床及岸坡抗沖能力較低,且承受水頭不高,閘下躍前水流佛勞德數(shù)較低,宜采用底流式水躍消能,消能形式選用底流式消能[3]。

（2）工況確定

節(jié)制閘僅在上游水位高于下游水位時過流,消能防沖的設計標準與水閘下泄流量標準一致,并考慮閘孔出流的時候能可能出現(xiàn)最不利情況。

在節(jié)制閘流量下泄工況下,淹沒出流時,下游水深較大,水閘出口水躍為淹沒水躍,無需設置消力設施；因此,節(jié)制閘消能工況應考慮水位較低時的閘孔出流工況,節(jié)制閘自由出流可能出現(xiàn)的最不利情況。

（3）消能計算成果

結合表7 計算結果,并參考相關規(guī)范,防沖槽設計深度取1.5 m。

表7 消能計算成果表

5 結語

新建溪源節(jié)制閘工程的實施,解決了薌水倒灌草溪河的問題,減少了主城區(qū)的排澇壓力,節(jié)制閘上游段的草溪河水可通過擬建的新梨園灣電排站進行排澇。本文經過方案比選,最終確定節(jié)制閘采用胸墻式水閘,通過過流能力復核計算以及消能防沖計算,均滿足規(guī)范要求,設計方案可行。