桦南新富涵闸设计计算分析

刘彦财

(黑龙江省引嫩工程管理处，黑龙江 大庆163000)

0 前 言

涵闸设计，初拟涵洞尺寸(依据自排流量)，根据堤顶高程、堤防边坡确定洞长，按自排水位和自排流量无压涵进行计算［1－2］。

本文以桦南县新富闸为例，说明涵闸设计计算。新富闸坐落于桦南县铁东堤防，堤防位于大山头山至哈佳铁路路堤之间，堤长16.40 km。新富闸桩号位置12 +500 处，设计流量5.22 m3/s。

1 建筑物布置

桦南县新富闸总体布置主要由进口引渠、进口U 型槽、涵洞、出口闸室、消力池及出口海漫组成。进口护砌引渠长10 m，底宽为3.0 m，衬砌边坡为1∶1.5，采用干砌块石护砌厚30 cm，下设碎石垫层15 cm，砾砂石垫层15 cm。

进口U 型槽长5 m，底宽1.0，底板厚0.6，边墙厚0.40 m;涵洞总长22 m，共3 节，第1、2 节长7.0 m，第三节长8.0 m。

涵洞断面尺寸1.5 m ×1.8 m(宽×高)，2 孔，为钢筋混凝土方涵;出口闸室段长2.0 m，上部设启闭架，平板钢闸门，手动螺杆启闭机启闭;消力池长16.0 m，消力池深0.80 m，采用钢筋混凝土U 型槽结构，底宽3.80 m;海漫段长18 m，底宽3.80 m，边坡为1∶1.5，采用干砌块石护砌厚30 cm，下设碎石垫层15 cm，砾砂石垫层15 cm［3－4］。

2 过流能力计算

根据闸设计流量，新富闸初拟涵洞尺寸为1.5 m×1.8 m×2(宽×高×孔数)。

无压涵洞过流能力计算公式为:

式中:σ 为淹没系数，取0.95;m 为流量系数，取0.36;bk为过流断面计算宽度，m，取1.0m;H0为计入行进流速水头的上游洞底以上水头，m;H0= H +

经计算Q =6.81 m3/s ＞5.22 m3/s，自排工况涵洞过流能力满足要求，涵洞尺寸选择合适。

3 消能防冲计算

消力池水力计算公式:

式中:Fr1为收缩断面弗劳德数;h1为收缩断面水深，m;h2为自由水跃共轭水深，m;v1为收缩断面流速，m/s。

水跃长度、池深计算公式为:

式中:d 为池深，m;σ 为水跃淹没度;h2为池中发生临界水跃时的跃后水深，m;h1为消力池出口下游水深，m;△Z 为消力池尾部出口水面跌落;Q 为流量，m3/s;b 为消力池宽度，m;φ 为消力池出口段流速系数;L 为自由水跃的长度，m。

海漫长度计算公式为:

式中:q 为消力池出口处的单宽流量，m3/s;H 为上下游水位差，m;k2为河床土质系数。

排水闸站消力池水力计算结果见表1。

经计算，倭肯河两侧堤防新建涵闸及排水闸均不需要设消力池，但为防止闸孔小流量泄流时引起的冲刷破坏以及寒区特殊地理位置对水工建筑物结构要求，设置消力池，池深取0.5 m［5－6］。

表1 消力池、海漫段水力计算成果表

4 基础防渗稳定计算

渗径系数计算公式为:

式中:L 为防渗长度，考虑止水有效;⊿H 为最大水头差，m;C 为渗径系数，依地基土的性质而定，m。

根据《水闸设计规范》(SL265—2001)规定，为保证排水闸站安全，所需的防渗长度应≥计算L值［7－8］。水头差采用外江20 a一遇水位，内渠5 a一遇水位计算。

通过计算，该排水闸的实际防渗长度、计算需要的防渗长度、最大水头差、渗径系数详见表2。计算结果满足规范要求。

表2 渗径长度计算成果表

5 涵闸孔口尺寸的确定

根据不同设计流量，分别采用DN750、DN1000钢筋混凝土圆涵和1.0m ×1.8m ×1(宽× 高× 孔数)、1.5m×1.8m×2(宽×高×孔数)的钢筋混凝土方涵。

涵闸过流能力计算及孔口尺寸见表3。

表3 涵闸过流能力计算表

6 结 语

能否正确的选择涵闸的建筑结构，是涵闸设计的关键因素，涵闸的防洪标准要和堤防的防洪标准一致，涵闸设计标准的成败，也直接关系到整个区域防洪体系的安全。因此，对于涵闸结构形式的选择就有着十分重要的意义。

［1］黑龙江省水利水电勘测设计研究院. 黑龙江省倭肯河治理工程可行性研究报告［R］. 哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2013.

［2］李海岗，刘玉花. 涵闸设计中应注意的几个问题［J］. 中国水运，2011，11(06):241 －242.

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［5］中华人民共和国水利部.SL482—2011 灌溉与排水渠系建筑物设计规范［S］. 北京:中国水利水电出版社.2011.

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