灯塔市小浑河水力自控翻板坝设计与分析

2016-06-01于巍巍

黑龙江水利科技 2016年3期

关键词：分析设计

于巍巍

(本溪市水利电力勘测设计研究院，辽宁本溪 117022)

灯塔市小浑河水力自控翻板坝设计与分析

于巍巍

(本溪市水利电力勘测设计研究院，辽宁本溪 117022)

摘要：结合小浑河流域概况、地质条件和工程区现状，介绍了灯塔市小浑河水力自控翻板坝的设计过程，包括坝址选择，地基处理，主要建筑物设计及相关计算分析。工程于2012年开始施工，同年竣工。几年来，翻扳坝经受住多次洪水考验，运行情况和水体景观效果至今良好。

关键词：水力自控翻板坝；小浑河；佟二堡镇；设计；分析

0引言

作为全国综合体制改革试点镇和全国小城镇建设示范镇，佟二堡镇的河道合理化建设相对滞后，难以满足当地群众对优质水环境的需求。为解决这一问题，佟二堡镇政府决定对小浑河等区域内中小型河道进行综合整治，灯塔市小浑河水力自控翻板坝工程即为其中较为典型的建设项目。

1工程概况

灯塔市小浑河水力自控翻板坝座落于辽宁省灯塔市佟二堡镇境内，小浑河佟兴桥下游1.06 km处。工程以上集水面积355 km2，河道长度34.3 km，河道平均比降J=0.55‰。设计洪峰流量(P=5%)为324 m3/s，校核洪峰流量(P=2%)为443 m3/s，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别3级，临时建筑物级别4级；地震设防烈度为Ⅶ度。

2坝址选择

拦河建筑物一般选择在河道平顺，对行洪影响较小的河道区段。小浑河该段河道为平原性河流，河道蜿蜒曲折，适宜修闸建坝坝址较少；此外，该工程位于佟二堡镇城区内，受道路交通、已建建筑物及城市规划等条件限制，最终确定：拦河坝坝址选在佟兴桥下游1.06 km处。

3地基处理

翻板坝工程基础座落在粉质黏土层上(局部为泥炭质土)，即粉质黏土上。粉质黏土地基承载力特征值为100 kPa，压缩模量为4.0MPa，为软弱性土；泥炭质土地基承载力特征值为50 kPa，压缩模量为2.0MPa。考虑到持力层基础地基土不均匀性和压缩模量较小，施工开挖困难，且地基易产生不均匀沉降，对基础进行换填。换填采用砂砾料。根据《水闸设计规范》(SL265—2001)8.4.5，翼墙和拦河坝部分换填至高程7.70m；考虑到施工方便，消力池换填至高程9.91m[1]。

此外，工程区土壤为黏土类土，易产生冻胀(本地区最大冻土深度为1.26m)，考虑到翼墙和拦河坝边墙的安全，翼墙和拦河坝边墙背水侧开挖线以内采用砂砾料回填[2]。

4翻板坝水位计算

拦河坝采用水力自控翻板闸。翻板坝过流能力计算以湖南省水电(闸门)建设工程有限公司提供的试验数据及计算公式为计算依据，计算公式为：

Q=nσεψWQ单

(1)

式中：Q为翻板坝泄流量；n为闸孔数；σ为淹没系数；ε为侧收缩系数；ψ为行进流态影响系数，“湖南水电公司”提供附表；W为行进流速折减系数，按“湖南水电公司”提供经验公式计算：

(2)

式中：Q单“湖南水电公司”提供试验单扇闸门泄流量。

翻板闸泄流曲线计算成果见表1。

表1　翻板闸泄流量计算成果表

经内插计算，拦河坝20 a一遇洪水标准时水位16.66m；50 a一遇洪水标准时水位17.70m。

5主要建筑物初步设计

翻板坝总长73.35m，宽53m，分为铺盖、翼墙、翻板坝、消力池、海漫五部分。铺盖宽长5m，宽72m，采用0.3m宾格网石笼，下设0.4m反滤层，顶端设置1.3m深防冲键槽。翼墙分为上游翼墙和下游翼墙，其中：上游翼墙长13.85m，下游翼墙长34.85m。翼墙顶宽0.3m宽，背水坡坡比1∶0.1，采用C25F200W4钢筋混凝土结构，上游翼墙沉降缝处设2道膨胀止水条，下游翼墙墙身设φ50PVC排水孔，间距2×2m，梅花型布置。翻板坝为C25F200W4钢筋混凝土结构，坝址处设计河底高程为11.91m，底板底高程10.60m，底板顶高程12.30m，蓄水高程14.30m。翻板坝分为水力自控翻板闸段和调节闸段，其中：水力自控翻板闸段长70.8m，宽11m，采用10扇7m宽闸板，闸板高2m；调节闸位于翻板坝左侧，长2.6m，宽11m，调节闸采用铸铁闸门，闸门尺寸为1×1m，配4t螺杆式启闭机。消力池为C25F200W4钢筋混凝土结构，长11m，宽72m。底板厚0.5～1m，设排水孔，排水孔间距1.5 m×1.5 m，梅花型布置。消力池下设0.4m厚反滤层。海漫长16m，宽72m，采用0.3m厚宾格网石笼，末端设1.3m防冲键槽；海漫下设0.4m厚反滤层[3-4]。

6计算复核与分析

6.1库区蓄水分析

灯塔市小浑河疏浚及拦河坝工程拦河坝蓄水位14.30m以下回水范围地基土为粉质黏土，该层基础渗透系数K=8.6×10-6cm/s，可达到《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)4.1.5中关于防渗土料渗透系数的要求，透水性差，保水性能可靠，可满足库区蓄水需要。

6.2拦河坝稳定分析及地基应力计算

本工程拦河坝采用水力自控翻板闸，根据《水闸设计规范》(SL265—2001)，水闸结构稳定计算一般进行抗滑稳定计算和地基应力计算。本工程拦河坝地基基础换填采用砂砾料。

6.2.1计算情况与允许安全系数

按《水闸设计规范》(SL265—2001)的有关规定，结合本工程的实际情况，选取以下五种工况进行计算，分别为完建情况、正常蓄水位情况、设计洪水位情况、校核洪水位和检地震情况。允许安全系数：根据规范中的有关内容，前3种工况下，拦河坝抗滑的允许安全系数kc1=1.25，基底应力最大值与最小值允许值η1=2；校核洪水位水情况下水拦河坝抗滑的允许安全系数kc2=1.10，地震情况下水拦河坝抗滑的允许安全系数kc2=1.05，基底应力最大值与最小值η1=2.5。

6.2.2计算公式

6.2.2.1抗滑稳定计算

(3)

式中：KC为闸室基底面的抗滑稳定安全系数；f为闸室基底面与地基之间的摩擦系数，取0.4；∑G为作用在闸室上的全部竖向荷载，kN；∑H为作用在闸室上的全部水平向荷载，kN。

6.2.2.2基底应力计算

(4)

式中：Pminmax为闸室基地应力的最大值或最小值，kPa；∑M为作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于地基底面垂直水流方向的形心轴的力矩，kN·m；A为闸室基底面的面积，m2；W为闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面距，m3。

6.2.2.3计算成果分析

根据以上计算公式计算，计算结果见表2、表3。