辽中县蒲河于家台自动翻板闸门设计方案

2016-11-16燕洪军

黑龙江水利科技 2016年8期

关键词：段长翻板消力池

燕洪军

(辽宁省辽中县水利局，辽宁辽中 110200)

辽中县蒲河于家台自动翻板闸门设计方案

燕洪军

(辽宁省辽中县水利局，辽宁辽中 110200)

沈阳市辽中县蒲河于家台自动翻板闸为钢筋混凝土结构，10孔每孔1.5m×7m自动翻转闸门。依据设计规范，根据气象水文资料分析设计洪水；根据防洪规划科学确定工程等别和防洪标准。根据水闸设计要求结合实际计算各部结构尺寸，和水力要素，保障自动翻板闸门的科学性。

工程概况；设计洪水；设计依据；设计方案

1 工程概况

沈阳市蒲河于家台自动翻板闸始建于2002年，位于沈阳市蒲河下游辽中县潘家堡乡于家台村西河道内，为钢筋混凝土结构，10孔平板自动翻转闸门，每孔宽7 m高1.5 m，堰顶过水流量257.7 m3/s。主要工程量土方3.1 万 m3,石方1.5 万 m3，混凝土1.2万 m3，钢筋285 t，设备间120m2，翻板闸门105 m2，批准投资1650万元，工期2002年9月15日—2003年4月25日。主要拦蓄蒲河河道地表水径流，常年5月1日前蓄水200 万 m3。灌溉养士堡、潘家堡、伍佰牛等3个乡镇的12村110 hm2水田。同时兼顾辽中县蒲河城区的景观生态蓄水。

2 气象

工程所在地区降水量正常年为690mm。年降水大部分集中在7、8月份，这两个月的降水量占全年的49%左右。4、5月份降雨量只占全年的13.3。年平均气温为7.4℃，1月份平均气温为-12.8℃，7月份平均为24℃，年最低气温-33.1℃，年最高气温为39.3℃。

3 工程地质

工程地处蒲河冲积平原，地势平坦。根据地勘报告确定建筑物所在地区地层岩性为第四纪松散层。其中地基由粉质黏土、粉土、细砂混合土组成。地基地层主要为河流冲积形成的粉质黏土、粉土和细砂。团结水库围堤堤身土质不均，呈可塑、软塑、流塑状态土很多，局部还夹有硬塑状态土，同时混有松散状态粉细砂，天然孔隙比为0.33～0.45，含水量为12.1%～42.5%，干密度为1.62g/cm3。

4 工程等别和防洪标准

根据《蒲河防洪工程设计规划》工程等级确定为Ⅲ等工程。

设计洪水标准：防洪标准按50a一遇设计，100a一遇校核。

5 翻板坝设计方案

翻板坝在低水头的河道及景观工程中广泛应用，利用作用在闸门上的水压力与闸门的自重力作为启闭闸门的动力，无需外加其它能源和启闭机械。翻板坝平时拦水，形成蓄水水面和一定库容，大流量时自动开启闸门行洪泄水。

初步拟定翻板坝进口堰高0.5m，进口修圆，翻板闸门尺寸1.5m×7.0m(高×宽)，坝前正常水深2.0m，翻转闸门上游布置防护墩，下游布置支墩和工作桥，翻板坝后紧接消力池，消力池前端为1∶4的斜坡，后部为水平段，消力池后为海漫。翻板闸水力要素见表1。

翻板闸水力要素表

5.1 挡水建筑物各部尺寸确定

根据河道现状地形情况，拟定翻板坝坝顶宽70m。翻板坝由进口段、翻板坝段、消力池、海漫组成。

5.1.1 进口段

进口段长10.0m，采用钢筋混凝土底板，底板厚80cm，底板上下游各设宽80cm、深100cm的齿墙，底板下设10cm厚碎石垫层。为了顺接上游梯形断面和下游矩形断面，进口段边坡为扭面型式，亦为钢筋混凝土结构，护坡厚250cm，下设10cm厚碎石垫层和无纺土工布[1]。护底顺水流方向每隔14m设置一道纵缝，底板与两侧边墙为分离式结构，其间设伸缩缝，缝内填充沥青砂板。

5.1.2 翻板坝段

翻板坝坝段长6.5m，其中坝上游段长2.5m，紧接斜坡段长1.2m，坝下游段长2.8m。坝上游顶面高程0.50m(假定翻板坝河段设计河床高程为0.00m)，即进口坎高0.5m，坝上游段厚1.5m，进口修圆为半径0.5m的1/4，坝下游顶面高程0.11m，厚1.11m；坝底设齿墙，其中上游齿墙宽0.8m、深1.0m，下游齿墙宽0.5m、深0.5m。坝上布置10扇翻转闸门，每扇闸门宽7.0m，高1.5m。坝上游段设防护墩，墩顶高程1.40m；坝下游设支墩和工作桥。坝体为C25钢筋混凝土结构。翻板坝两岸为悬臂式钢筋混凝土挡土墙，墙顶高2.60m，墙顶宽0.3m，底宽0.5m，迎水面直立，墙底基础厚0.8m，前趾长0.5m，前趾长1.3m。

5.1.3 消力池

过坝水流经底流式消能，消力池为下挖式。紧接翻板坝段为消力池的斜坡段，长2.04m，纵坡1∶4，消力池水平段长7.5m，池底板厚0.5m，底板上布置排水孔，孔径10cm，间排距1.5m，梅花型布置，底板下铺设反滤层，反滤层厚0.15m。

消力池底板顺水流方向每隔14m设置一道纵缝，底板与两侧边墙为分离式结构，缝间设止水，缝内填充沥青砂板。

为了消力池在平面上需具有扩散的形式以及顺接上游矩形断面和下游梯形断面，消力池段边坡为扭面型式，钢筋混凝土结构，厚20cm，下设10cm厚碎石垫层和无纺土工布。

5.1.4 海漫

水流经过水跃消能后，仍具有一定的剩余动能，流速也较大，分布也不均匀，而且水流紊动较厉害，故在消力池后面仍要继续采取防冲加固措施，即设置海漫[2]。海漫结构要粗糙，便于消除水流余能；要能透水，使渗透水流顺利排出，以增强海漫的稳定性；要有一定的柔性，以适应地基变形。海漫全长做成水平的。由于水跃的紊动余能是逐渐向下游衰减的，故海漫的结构也应相应逐渐减弱。经计算，海漫长22.0m，采用砌石结构型式，其中前8.0m为浆砌石结构(即前1/3)，后14m为干砌石结构。砌石厚度均为0.4m，下设10cm碎石垫层，浆砌石段和干砌石段上下游均设齿墙，齿墙宽50cm，池深40cm。翻板闸结构要素见表2。

表2 翻板闸结构要素表 m

5.2 水力学计算

首先计算50a一遇防洪标准下，堰顶过洪峰流量257.66m3/s，闸门全开平卧时的堰前水深：

(1)

(2)

式中：H为堰前水头，m；H0为包括行近流速水头的堰前水头，m；v0为堰前行近流速，m/s；Q为设计流量，257.66m3/s；σc、σs、m为侧收缩系数、淹没系数、流量系数，计算时拟定综合流量系数σc×σs×m为0.35；b为总溢流净宽，拟定布置10扇7m宽的翻板闸门；经计算得，洪峰流量257.66m3/s时，堰前水头1.780m，堰高0.5m，故堰前最大水深2.280m。

5.3 消能计算

本工程采用底流式消能工——消力池，按下式计算：

(3)

(4)

d=σh2-ht-△Z

(5)

(6)

L=6.9(h2-hc)

(7)

Lk=0.8L

(8)

式中：E0为由消力池底板算起的总势能，m；hc为收缩断面水深，m；q为单宽流量，m2/s；φ为流速系数；h2为水跃跃后共轭水深，m；Frc为收缩断面弗劳德数；d为消力池池深，m；σ为水跃淹没度，取1.05；ht为消力池出口下游水深，m；Δz为消力池尾部出口水面落差，m；L为自由水跃长度，m；Lk为消力池水平段池长，m。

经计算，翻板坝过50a一遇洪峰流量257.66 m3/s时，堰后消力池水平段长7.0m，池深0.4m。

5.4 海漫计算

消力池后紧接海漫段，海漫长按下式计算：

(3)

式中：Ks为海漫长度计算系数，中粗砂、粉质壤土的Ks取值11～12；qs为消力池末端单宽流量，m2/s；ΔH为翻板坝上下游水位差，m。

经计算，海漫长度22.0m。