姚庄闸除险加固工程总体布置与设计

魏 玲 陈亚军

一、工程概述

姚庄闸是位于沂河支流白马河上重要的节制闸，承担上游441.29km2行洪、28.76km2排涝和周边5.03万亩农田的抗旱灌溉任务。该闸设计标准为10年一遇设计、20年一遇校核，最大流量为553m3/s，工程等别为Ⅲ等，规模为中型。水闸设计采用7孔6m升卧式闸门漫水闸结构，闸上及两侧采用高架桥与堤防连接。本文根据地质条件，结合施工、运行管理等方面进行综合设计：从设计角度，创造性地采用了升卧式漫水闸加高架桥总体布置方案；在设计细节上，采用工厂化生产的专利产品——止水接头，既能确保质量又方便施工。

二、地质情况

该工程场地位于郯庐断裂带西侧边缘地带，由于郯庐断裂带的影响，区域构造稳定性相对较差。根据《中国地震动参数区划图》，场地地震动峰值加速度为0.20g，相应场地基本地震烈度Ⅷ度。由于场地受郯庐断裂构造活动性的影响，抗震稳定性差，工程位于抗震不利地段。闸室地基持力层在②-1层砂壤土夹粉砂（Q4al+pl）局部为粉砂，允许承载力为90kPa，其下为②层中粗砂（Q4al+pl）夹壤土层，允许承载力为140kPa和③层含砂姜粘土（Q3al+pl）夹较多粗砂层，允许承载力为250kPa。

三、水闸总体布置

姚庄闸总体布置上顺水流向中心线基本与河道中心线一致，两侧连接段采用引桥与左右两岸相衔接。由于该闸所在河段河面开阔、排涝水位和行洪水位相差较大，且经调查该闸附近无较好、较多土源用来进行回填，需要征地或外购，难度较大。因此采用满足灌溉蓄水位和排涝水位要求，采用漫水闸方案，该方案行洪时可从水闸和滩面同时行洪，其最大优点是能超标准洪水行洪；同时考虑该地区处于地震高烈度区，为防止闸门阻水和降低工作桥高度，采用升卧式闸门。另外，考虑该闸处于紧邻镇政府所在地，是交通频繁地段，为保证该河道行洪期间的防汛抢险及不中断当地交通，闸两侧连接段采用高架桥方案。桥梁梁底高程按照20年一遇洪水位加0.5m安全超高确定。

四、水闸设计

姚庄闸闸室共7孔，每孔净宽为6m，共3联，其中中间3孔1联，两边侧2孔1联。工作桥、检修便桥布置在闸室上游侧，交通桥布置在闸室下游侧，闸室两侧设置管理房和控制室。

闸室底板顶高程23.50m（废黄河高程系，下同），底板底高程22.50m，闸顶高程28.70m，闸室底板顺水流方向长16.0m，垂直水流方向总长51.84m，检修桥桥面高程为28.70m，宽2m；闸上交通桥设计荷载标准：公路—Ⅱ级，桥面高程为32.07m，桥面宽度为净7.5m+20.5m，桥板采用预制混凝土空心桥板，桥板跨径随闸室尺寸，分别为7.06m、6.96m；闸两侧引桥设计荷载标准：公路—Ⅱ级，桥面高程为32.07m，桥面宽度为净7.5 m+20.5m，桥板采用10m跨预制混凝土空心桥板，双柱排架式结构，基础采用直径80cm灌注桩基础，桥台采用桩柱+挡土墙组合式桥台；上游铺盖采用钢筋混凝土铺盖，长13m，下游钢筋混凝土消力池，水平段共长20m，池深1.5m，下游混凝土海漫长50m；水闸末端设2m深防冲槽；闸上、下游河道护砌：护底为现浇混凝土，护坡为预制混凝土块；水闸范围内滩面及堤防内护坡采用植草砖进行护砌；闸上、下游翼墙平面布置采用直线加圆弧组合的布置型式，紧挨闸室第一、二、三节翼墙采用钢筋混凝土扶壁式翼墙，闸上翼墙底板底高程23.00m，闸下翼墙底板底高程20.90m，第四节翼墙采用钢筋混凝土悬臂式翼墙，闸上底板底高程23.00～26.00m，闸下底板底高程22.60～27.10m。

在闸室两侧设桥头堡，用作中控室兼管理房（赔偿原管理房），为板梁柱结构，平面尺寸为12.45m×6.0m，共两层。升卧式主闸门采用5.96m×4.4m平面闸门，配QPQ-280kN双吊点卷扬式启闭机7台，配套电机功率为7.5kW。另设检修钢闸门一套，配30kN双吊点电动葫芦1台。由于该闸底板坐落在第②-1层砂壤土夹粉砂层上，该层为地震液化土层。该工程采用换填12%水泥土进行换基处理，压实度不小于0.95。

水闸闸室纵剖面、半平面图见图1、图2。

姚庄闸工程闸室布置根据上部结构功能要求进行布置，根据计算，该建筑物的双向抗滑、地基应力和不均匀系数方面均满足规范要求，其最不利计算工况由地震期不均匀系数控制。

图1 水闸闸室纵剖面图

图2 水闸闸室半平面图

根据水闸上下游水位、下游Q～H曲线、闸门开度等，经计算，在小流量（65m3/s）时，消力池计算深度最深（1.35m）；在较大流量（451.7m3/s）时，消力池计算长度最长（18.9m）；在最大流量（553m3/s）时，消力池计算厚度最厚（0.8m）。根据闸单宽流量、上下游水位和地质情况等，经计算，海漫长度最长为48m，海漫末端河床冲刷深度计算最深为3.8m，均满足设计要求。

五、结语

姚庄闸紧邻镇区，是地震烈度较大、正常挡水和行洪水位相差较大的水闸，再加上山区可能超标准来水，因此水闸的总体布置要统筹考虑。该闸在设计时，考虑其位于8度地震区，采取升卧式闸门方案，可显著降低排架高度，有利于抗震；闸室底板段的检修门槽和主门槽间墩墙范围内，内侧由上往下渐变缩小了2cm，形成上大下小的楔形结构，止水效果较好且便于运行管理。在设计中，水平止水之间、水平与垂直止水连接均采用定型连接接头（类似于管路的三通接头），既能保证施工质量、止水效果好，又能提高施工效率。目前水平止水连接装置已取得国家实用新型专利；垂直止水与水平止水的连接装置，国家知识产权局已受理，正在办理中。该工程设计成果对今后徐州东北部沂蒙山区来水片区的水闸设计具有一定的借鉴意义■