某双向挡水节制闸工程的方案设计分析

杨艳军

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

某双向挡水节制闸工程的方案设计分析

杨艳军

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

南运河捷地节制闸为双向挡水，且闸基坐落在粉土地基上，根据工程这一特点，结合实际情况，方案设计进行了优化比较，取得了较好的成果。

节制闸；双向挡水；方案设计

1 工程说明

南运河捷地节制闸是引黄济津潘庄线路应急输水工程永久性闸涵建设工程之一。引黄济津潘庄线路应急输水工程，由山东省德州市黄河潘庄渠首新建倒虹吸穿岔河后入河北省南运河，至天津市九宣闸，线路全长约390km。

根据1971年《捷地减河扩建工程设计》，为保证南运河分洪安全，结合考虑沧州市区两岸工农业用水及市区美化，修建了由节制闸、船闸组成的北陈屯枢纽。近30a来，由于沧州地区地下水的超量开采造成附近地面严重下沉，其中北陈屯节制闸沉降量达到2.5m，基本上已丧失挡水功能。因此结合南运河安全输水整治，新建南运河捷地节制闸，位于捷地分洪闸和捷地船闸之间，与捷地分洪闸共同组成捷地枢纽工程，两者统一调度、联合运用，便于洪水调度。

由河道规划，南运河四女寺～捷地分洪闸行洪180m3/s，捷地分洪闸～冀津界行洪90m3/s。南运河捷地节制闸工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，50a一遇设计洪水位9.73m，过闸流量90m3/s。考虑沧州市市区美化，闸下游设计洪水位8.0m。

借助相邻的捷地泄洪闸地质勘探报告，附近建基面以下10m范围内地层为第四系全新统冲积相形成的粉土和粉质粘土。粉土层层底标高1.56～2.46m，平均2.01m。粉质粘土层厚度7.4～7.9m，平均7.6m；层底标高-5.44～-5.84m，平均-5.64m。 该区域标准冻结深度0.6m。工程地震动峰值加速度0.1g，相应地震基本烈度7度区。

2 设计条件分析

（1）从地形图看，南运河捷地枢纽河段河势弯曲呈“S”形，新建节制闸位于弯道拐点附近。该处河底宽上游为30m，下游为20m。由于新建节制闸过水断面较小，在总体布置上应注意和上下游河道的连接。

（2）南运河河道横断面呈“U”字形，河槽底高程4.0m，右岸堤顶高程12.0m左右，左岸滩地高程10.50m左右，两岸坡比1∶2.0～1∶3.0。

（3）从地质条件看，河道底部及两岸为粉土层。该土层渗流稳定性较差，在防渗设计上应采用适当的加强措施。

（4）从水位条件看，该闸修建后南运河下游市区段由于景观生态环境的要求将处于长期蓄水状态，当上游无水时工程即出现反向挡水情况。在闸室稳定分析和闸门设计时应重点考虑这一工况。

（5）南运河工程所在河段无交通要求，节制闸上部可不设交通桥。

3 工程设计方案确定

3.1 闸底板高程的确定

根据实测地形图，南运河在原捷地分洪闸和捷地闸之间河底高程为4.0m左右，按照河道不冲不淤原则确定闸底板高程与河底齐平为4.0m。

3.2 闸室结构设计

闸室设计涉及闸型、孔宽、闸墩和两岸连接结构的选型。

（1）闸型。一般水闸闸型有开敞式和封闭式，新建捷地闸闸底板高程4.0m，设计水位9.73m,设计水头较高，且该为节制闸，兼有行洪要求，故采用开敞式。

（2）闸室结构。闸室结构采用三孔一联整体式结构。经水力计算，新建节制闸若通过设计流量，闸室过水断面宽度为18m，拟布置3孔。单孔宽度采用6.0m。

（3）闸墩。闸墩的厚度根据门槽的布置和结构受力的要求，中墩采用1.0m，边墩0.8m，墩顶高程为12.5m。闸墩的长度根据上部结构包括检修便桥、工作门及检修门布置要求，定为长10.0m。闸室段长度采用12.0m。

（4）闸底板厚度。根据断面受力和刚度相匹配的原则闸底板的厚度采用1.3m。

（5）两岸连接结构型式。水闸两岸连接结构型式有放坡式和圆弧翼墙式。圆弧翼墙优点是导流性能好，缺点是结构相对复杂，对地基承载力要求较高，且土方回填量较大，投资较高。放坡式优点是结构简单，缺点是闸前、闸后水流条件不好，但考虑能节省投资，故推荐采用。

4 工程布置

南运河捷地节制闸由上游防护段、闸室段和下游消能防冲段三大段组成。

（1）上游防护段长20m，由浆砌石护砌、钢筋混凝土防渗板两部分组成。

（2）闸室段长12m，底板高程4.0m，单孔净宽6m，共3孔。闸室采用三孔一联的整体式结构。闸底板宽21.6m，厚1.3m，中墩厚1.0 m，边墩厚0.8m。闸墩上设3座检修便桥，以及启闭机排架和闸门操作室。闸室安装检修闸门和工作闸门。工作闸门设3扇平面定轮钢闸门和3台固定卷扬启闭机，一门一机布置。在工作闸门下游侧设3孔检修闸门门槽和1扇检修叠梁闸门。采用移动式电动葫芦启吊检修闸门。闸室上游端底板下设一道高压定喷灌浆防渗墙，防渗墙重直水流方向长66m，墙底高程-8.30m。两岸连接结构型式采用放坡式。

（3）下游消能防冲段长度为64m，由消力池段、海漫段及抛石防冲槽段等部分组成。防冲槽后以1∶5的倒坡与下游河底相连。

全闸顺水流向总长101m。

5 防渗排水设计

由于南运河捷地节制闸为双向挡水，且闸基坐落在粉土地基上，故防渗排水设计是一个重点。根据SL265—2001《水闸设计规范》，当闸基为粉土时，闸室上游宜采用铺盖和垂直防渗体相结合的布置型式，垂直防渗体宜布置在闸室底板的上游端。故本工程采用水平和垂直防渗相结合的布置型式，闸室上游设10m长钢筋混凝土水平铺盖，闸底板上游端下部设一道高压定喷灌浆防渗墙，防渗墙重直水流方向长66m，墙底高程-8.30m。高压定喷灌浆防渗墙防渗效果较少，投资较低，且适宜在粉土地基中采用。

6 方案设计计算情况

结合工程布置情况，经水闸水力计算、闸室稳定计算、闸室沉降计算、闸室结构计算、水闸抗渗稳定计算及消能防冲计算等，计算结果均满足规范要求。

7 结语

通过对南运河捷地节制闸的水文、地质等基本资料进行分析，本着工程安全、实用且能节省投资的思路，对工程布置方案进行了设计比较。尤其是针对闸基坐落在粉土地基上，且为双向挡水这一特殊性，方案设计采取了特别的防渗排水措施。最终取得了合理的方案设计成果。

［1］李炜.水力计算手册［K］.北京：中国水利水电出版社,2006.

［2］陈宝华,张世儒.水闸［M］.北京：中国水利水电出版社,2003.

［3］SL265—2001,水闸设计规范［S］.

［4］河北省水利水电勘测设计研究院.引黄济津潘庄线路南运河捷地节制闸工程初步设计报告［R］.2010.

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［6］李崇智,等.跌水与陡坡［M］.北京：水利电力出版社,1982.

Two-way Retaining Controlling Sluice Analysis of Engineering Design

YANG Yan-jun
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin300250,China）

The South Canal Jie Di Sluice adopted the two-way retaining,and land-based powder falls on the base gate,according to the characteristics of project and the actual situation,optimizing the design to obtain good results.

sluice;two-way retaining;design

TV34

A

1672-9900（2011）05-0043-02

2011-07-22

杨艳军（1978—），男（汉族），河南滑县人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作，（Tel）13820201323。