改良式驼峰堰在水闸除险加固中的应用

2012-10-23于桂云唐山君

山东水利 2012年9期

于桂云，唐山君，卞晶

（山东省水利勘测设计院，山东济南 250013）

水闸是水利工程中主要拦河建筑物之一，对于挡水较高，河道比降较大的拦河闸多采用曲线形低堰式水闸，尤其是驼峰堰，因其优美的流线形轮廓和较大的流量系数而广泛应用。笔者认为对于单向泄流的拦河闸，驼峰堰可在普通型式的基础上进行适当改良，使其更加切合实际工程应用，利于闸室的布置，特别对于曲线形低堰式拦河闸加固工程尤其如此。在此，笔者对改良式驼峰堰的型式及应用情况进行简要阐述，供同类工程参考。

1 结构概况

改良式驼峰堰与普通驼峰堰相比，上游堰面较下游堰面陡，如图1所示，适用于单向泄洪且河道比降较陡的拦河闸工程。

2 结构设计要点

2.1 堰高设计

驼峰堰的高度应根据闸址处的地势条件确定，对于比降较大的山区河道，闸室位置地势相对较高，可取较大值，在比较平坦的河道上建闸，不宜采用较大的堰高。在实际工程中，堰体高度的确定。一方面要考虑闸前和闸后的水流条件；另一方面还应考虑不使因建闸而产生闸前泥沙淤积。设计堰高一般取值为 P=（0.15～0.29）Hmax，其中 Hmax为校核泄量下的堰上水头。

2.2 堰面曲线设计

驼峰堰堰轴线下游部分（闸门后）的堰面轮廓必须与闸孔出流水舌下缘相吻合，使堰面不出现真空现象。如果堰面轮廓与闸孔出流水舌脱离，则脱离部分的空气将不断被水流带走而出现真空。由于堰面出现的真空现象是不稳定的，可能使堰面受到正负压力的交替作用，如果真空值过大，则堰面可能发生气蚀而遭破坏。如图1所示：设堰高为P，底部圆弧半径取R1为 4P（或 6P）；顶部圆弧半径取 R2为 1.05P（或2.5P）；堰轴线下游部分堰体长度L为3P（或4P）。

上游堰面曲线不受此约束，以方便埋设闸门底轨和方便施工为原则。

3 工程应用实例

3.1 峡山水库溢洪闸应用情况

3.1.1 设计条件

峡山水库位于山东半岛的潍河中下游，溢洪闸作为主要建筑物，级别为1级，防洪标准：1 000年一遇洪水设计，相应泄洪流量12 677 m3/s，设计洪水位40.60 m；10 000年一遇洪水校核，相应泄洪流量15 853 m3/s，校核洪水位42.34 m；正常挡水位37.40 m（水库兴利水位）。

峡山水库溢洪闸闸室总净宽为268 m，分15孔，单孔净宽16.0 m，闸室长26.0 m,闸底板高程28.30 m。峡山水库溢洪道渠底比降i=0.002（1/500）左右。

3.1.2 堰高确定

经综合计算和比较，峡山水库溢洪闸设计堰高取2.0 m，堰顶高程为30.30 m，校核泄量下的堰上水头为12.04 m。

3.1.3 堰面曲线设计

峡山水库溢洪闸堰型采用非真空改良（b）型驼峰堰。

1）下游段堰面曲线：底部圆弧半径R1=4P=8.0 m，顶部弧半径R2=1.05P=2.10 m，堰轴线下游部分堰长度L1=3P=6.0 m。

2）上游段堰面曲线：该闸属于单向溢洪，溢流堰上游段堰面曲线不存在堰面轮廓与闸孔出流水舌脱离问题，在工程设计中考虑保留原检修闸门底轨不变，因此上游段堰体长度受此限制，定为L2=5.65 m，相应底部圆弧半径R3=7.10 m，顶部圆弧半径R4=2.0 m；堰体的底部总长度11.65 m，如图2所示。

峡山水库溢洪闸除险加固应急工程于2008年11月开工建设，2009年7月水下工程通过验收并开始溢洪，至今已安全运行近3年。其水流条件平顺，上下游水面衔接良好。

峡山水库除险加固后的溢洪闸闸室纵断面如图3所示。

3.2 公家庄水库溢洪闸应用情况

3.2.1 设计条件

公家庄水库工程等别为Ⅲ等，溢洪道工程建筑物级别为3级，设计防洪标准为50年一遇，校核洪水标准为1 000年—遇；溢洪闸闸前设计洪水位为173.50 m，相应泄洪流量584 m3/s；校核洪水位为173.91 m，相应泄洪流量637 m3/s；闸址处渠底比降i=0.001（1/1 000）左右。

溢洪闸闸室设计长度14.0 m，闸孔总净宽19 m，分2孔，单孔净宽8 m，中墩厚度1.50 m，闸底板高程165.0 m。闸门为8 m×7.1 m平板钢闸门，采用2×160 kNQPQ卷扬式启闭机，机架桥面总宽6.16 m，桥面高程183.10 m，设4.2 m宽的启闭机房。

3.2.2 堰高确定

经综合计算和比较，公家庄水库溢洪闸设计堰高取P=0.156Hmax=1.20 m，堰顶高程为166.20 m，校核泄量下的堰上水头Hmax为7.71 m。

3.2.3 堰面曲线设计

公家庄水库溢洪闸堰型采用非真空改良（a）型驼峰堰。

1）下游段堰面曲线：底部圆弧半径R1=6P=7.20 m，顶部弧半径R2=2.50P=3.0 m，堰轴线下游部分堰长度L1=4P=8.0 m。

2）上游段堰面曲线：在工程设计中，一方面考虑该闸工程规模较小，所需闸室长度不大（14.0 m），工作闸门和检修闸门两底轨之间的距离仅为2.615 m；另一方面该闸又属单向溢洪，如前所述，溢流堰上游段堰面曲线不存在堰面轮廓与闸孔出流水舌脱离问题，因此上游段堰体长度定为L2=2.60 m，相应底部圆弧半径R3=2.22 m，顶部圆弧半径R4=1.20 m；堰体的底部总长度7.40 m，如图4所示。