万载县锦江抬水工程泄洪闸和冲砂闸的设计分析

丛 野

(江西省赣西土木工程勘测设计院，江西 宜春 363000)

万载县锦江抬水工程泄洪闸和冲砂闸的设计分析

丛 野

(江西省赣西土木工程勘测设计院，江西 宜春 363000)

抬水工程对促进社会经济的发展和改善人们的生活条件具有重要的作用，但是工程在建设的过程中，难免会遇到一些施工技术方面的难题，这需要我们结合工程实际情况和相关技术标准来进行施工处理。文章以万载县锦江抬水工程为例，对工程建设中泄洪闸和冲砂闸进行了详细的计算，并结合计算结构采取科学的施工设计方案，保障了工程的质量，取得了较好的效果。

抬水工程；泄洪闸；冲砂闸；设计分析

0 引 言

本次拟建的锦江抬水工程是为了抬高万载自来水厂与一水厂之间河段水位。该工程旨在通过抬高城区河道水位达到美化城市环境，建设水体景观，提高城市品位。本工程的抬水规模由既满足城区河道美观要求，且工程淹没不影响现有城防工程来确定。但是由于工程施工项目多，且施工环境复杂， 所以我们需要对具体施工项目进行详细的核算，从而确保工程质量[1]。

1 工程概况

万载县锦江抬水工程拟建闸址位于鹅峰乡洲仔上村，背靠锦江酒业集团厂址，闸址地理位置位于E114°26′34.6″，N28°07′58.8″，闸址以上控制流域面积1155km2。万载县锦江抬水工程位于赣江流域锦江上游(万载县二水厂取水口下游260m处)，本工程是锦江干流上一座以城区抬水美化城市环境为主，兼顾发电的水利枢纽工程。本工程为中型工程，正常蓄水位80.20m，抬水坝由泄洪闸、电站进水口，呈“一”字型布置，电站装机容量4×320kW=1280kW。

2 泄洪闸和冲砂闸设计

2.1 泄洪闸和冲砂闸布置

锦江抬水工程布置应满足抬水、过流、冲砂、行洪、运行管理方便等综合要求，枢纽建筑物包括泄洪闸、冲砂闸、电站、两岸上、下游防护工程等[2]。

泄洪闸总宽115.50m，共10孔，为卷扬直升钢闸门控制，每孔10.0m，泄洪净宽100.0m，中敦厚1.30m，边墩厚度为0.90m。闸门尺寸均为5.0m×10.0m(高×宽)。泄洪闸消能段由衔接段、消力池、和海漫组成。闸室底板为宽顶堰结构型式，顺水流方向长10.80m，闸底板顶高程为75.50m。泄洪闸下游设有长10.50m的C25钢筋混凝土衔接段和20.0m长的C25钢筋混凝土消力池，底板厚0.80m、池深1.0m。后接9.50m长C25钢筋混凝土护坦，底板顶高程74.0m，底板厚0.50m；后再接11.0m长干砌石海漫与下游河床衔接。

冲砂闸总宽23.10m，共2孔，为卷扬直升钢闸门控制，每孔10.0m，泄洪净宽20.0m，中敦厚1.30m，边墩厚度为0.90m。闸门尺寸均为6.0m×10.0m(高×宽)。泄洪闸消能段由衔接段、消力池、和海漫组成。闸室底板为宽顶堰结构型式，顺水流方向长10.80m，闸底板顶高程为75.50m。泄洪闸下游设有长7.30m的C25钢筋混凝土衔接段和22.0m长的C25钢筋混凝土消力池，底板厚0.80m、池深1.0m。后接9.50m长C25钢筋混凝土护坦，底板顶高程74.0m，底板厚0.50m；后再接11.0m长干砌石海漫与下游河床衔接。

2.2 闸坝基础处理

经现场工程地质勘探，坝址处上部为壤土、砂壤土、粉细砂、砂卵石层，下伏基岩为泥质粉砂岩夹砂砾岩，以砂砾岩为主，壤土厚约0-4.2m，分布于两岸阶地；砂壤土层厚1.8-3.7m，分布于左、右两岸；粉细砂厚0-3.3m，分布于左岸、右两岸。砂卵石层厚度为1.9-3.1m，顶板高程为73.3-77.14m；全风化砂砾岩厚0-0.7m，底高程强风化泥质粉砂岩厚0.6-3.0m，底高程71.38-73.14m。砂壤土、粉细砂出露高程较高，且承载力较低，不宜作坝基持力层。由于砂卵石层具中等透水性，如选用砂卵石层作为基础持力层，需对砂卵石层进行防渗处理[3]。全、强风化泥质砂砾岩承载力较低且均一性稍差，建议选用强风化泥质粉砂岩夹砂砾岩为坝基持力层，坝基伸入强风化岩体以下0.5m，可以满足工程安全需要。

2.3 泄洪闸和冲砂闸水力计算

2.3.1 闸底板高程、闸孔及总净宽确定

闸坝上游正常蓄水位为80.20m，下坝线河床平均底高程为74.50m，根据坝址抬水影响以及建成后运行管理及检修等方面的综合考虑，冲砂闸闸底板高程为74.50m，泄洪闸闸底板高程为75.50m，宽度根据水力计算确定泄流净宽为120m。

泄洪闸总净宽主要考虑对行洪的影响和实际地形限制，最终确定泄洪闸和冲砂闸泄洪总净宽120m。

底板顺水流方向宽度根据满足闸底板稳定、闸门上下游施工检修及交通要求等因素确定泄洪闸顺水流向宽度为10.80m。

2.3.2 过流能力计算

各种情况泄流曲线推求根据水文提供的下游水位流量关系通过试算求得。根据《水闸设计规范》，计算公式如下说明。

(1)

式中：Q为过闸坝流量，m3/s；B为溢流断面宽度，m；ε为过流侧收缩系数；δ为过流淹没系数；m为堰流流量系数(宽顶堰时m=0.35)；H0为堰顶水头(包括行进流速)。

下坝线卷扬直升钢闸门全开时下泄流量见表1。

表1 下坝线卷扬直升钢闸门下泄流量表

2.3.3 消能工计算

根据类似工程经验及本工程的实际工况，本消能工采用消力池型式；为便于闸坝在各种工况下均保证在池内发生淹没水跃，设计对每种工况均进行计算；考虑从泄洪闸来的急流需又好又快消能来减少消力池的工程量，设计考虑水流的侧向扩散，增加泄洪闸消力池宽度，为水流更好的扩散，防止波状水跃，泄洪闸和泄洪闸间不设导墙。为减少消力池工程量，本处不考虑液压控制闸门开启过程中非稳定泄流工况消能，故要求闸门宜及时开启，但速度不宜过快。

消力池采用《水闸设计规范》公式计算，其中消力池深度需采用试算法计算。

泄洪闸1孔逐步开启开度为0.5是池深控制工况，1孔逐步开启开度为0.65是池长控制工况。计算结果如下：

消力池长度βLj=19.72m、池深d=0.98m ，t=0.71m，Lp= 20.46m 。

冲砂闸1孔逐步开启开度为0.5是池深、池长控制工况。计算结果如下：

消力池长度βLj=21.73m、池深d=1.08m ，t=0.73m，Lp= 24.32m 。

2.3.4 消能工设计

泄洪闸下游设有长10.50m的C25钢筋混凝土衔接段和20.50m长的C25钢筋混凝土消力池，底板厚0.80m的C25钢筋混凝土消力池，池深1.0m，后接9.50m长C25钢筋混凝土护坦，底板顶高程74.00m，底板厚0.50m；后再接11.0m长干砌石海漫与下游河床衔接。泄洪闸消力池与C25钢筋混凝土护坦间设永久缝、其分缝均采用沥青杉板止水。坝底板与消力池衔接段间采用铜片止水。消力池底板前半段设φ100PVC排水管，排水孔深入基岩2.0m，呈梅花形布置，孔距为2.0m，排距为2m，管末端均铺500mm×500mm反滤土工布(400g/m2)。

冲砂闸下游设有长7.30m的C25钢筋混凝土衔接段和22.50m长的C25钢筋混凝土消力池，底板厚0.80m的C25钢筋混凝土消力池，池深1.20m，后接9.50m长C25钢筋混凝土护坦，底板顶高程74.00m，底板厚0.50m；后再接11.0m长干砌石海漫与下游河床衔接。泄洪闸消力池与C25钢筋混凝土护坦间设永久缝、其分缝均采用沥青杉板止水。坝底板与消力池衔接段间采用铜片止水。消力池底板前半段设φ100PVC排水管，排水孔深入基岩2.0m，呈梅花形布置，孔距为2.0m，排距为2m，管末端均铺500mm×500mm反滤土工布(400g/m2)。

2.3.5 闸坝上部结构设计

因锦江抬水工程位于万载县主城区，除了水利功能外还需考虑城市文化和建筑景观，因此本设计采用汉唐建筑风格以提升建筑的文化和景观。一层工作桥采用开放式设计以利于人们休闲观景。为保证水闸部分的安全运行水闸检修平台采用封闭式设计，单独设出入口以实现不同功能的独立运行及安全防护。二层为水闸设备层，布置有水闸启闭机。三层为管理用房。

水闸总建筑面积2357m2。一层为检修平台和工作桥，高程为84.50m，二层为工作闸房设备间，高程为92.10m，三层局部为管理用房。闸房总长138.60m，建筑高16.5m。

3 结 语

大型水利工程项目受工程实地的地质情况影响较大，在施工前，必须对工程地的实际情况进行详细的勘察，并利用相关的计算方法， 制定详细的设计方案。只有这样，才能确保整个工程的顺利开展，保障每一个环节的工程质量。在万载县锦江抬水工程施工过程中，项目部结合工程实地，对泄洪闸和冲砂闸进行了详细的计算，并结合计算结构采取科学的施工设计方案，保障了工程的质量，取得了较好的效果。

[1]杨英.提勒克塔总闸除险加固工程泄洪冲砂闸水力设计[J].中国水运：下半月,2016,16(06):215-216.

[2]冯绍好,孙华云.山口岩水利枢纽工程拦河泄洪闸布置方案比选[J].陕西水利,2016(02):56-57.

[3]刘敏华.飞仙关水电站右岸泄洪冲砂闸工作门安装与施工[J].四川水泥,2015(07):274，332.

[4]梁雪瑾.大孤山水电站枢纽泄洪冲砂闸后消能防冲设计及优化[J].甘肃水利水电技术,2010,46(06):30-31.

1007-7596(2017)10-0124-03

TV66

B

2017-09-25

丛野(1984-)，男，内蒙古赤峰人，工程师。