德惠新河大胡楼干沟涵闸工程设计分析

朱俊杰

（德州市水利局水利施工处，山东 德州253014）

德惠新河位于徒骇河与马颊河之间，1968—1970 年开挖完成，河道全长203.5 km，其中在德州境内长126.6 km。大胡楼干沟是庆云县骨干排水河道之一，起点为尚堂镇的李含贲，终点为大胡楼干沟涵洞，全长28.6 km，流域面积201.5 km2。原大胡楼干沟涵闸位于德惠新河桩号（112+815）处，已有40 多年历时，闸门、机架桥损坏严重。2013 年5 月，相关部门决定对德惠新河包括大胡楼干沟涵闸在内的6 座涵闸进行彻底重建。

1 大胡楼干沟涵闸设计排涝流量计算

大胡楼干沟是庆云县境内一条重要的排灌河道，设计采用《山东省海河流域防洪规划报告》马颊河流域排水模数，数据见表1。

表1 马颊河河流域排水模数表

本项目利用排水模数M 与流域面积F 的关系推求涵闸设计排涝流量Q，见式（1）。

庆云县大胡楼干沟李含贲～入德惠新河河口处（设计桩号为0+000～28+600）流域面积为36.0～201.5 km2，设计排涝流量为16.65～41.04 m3/s，具体数值见表2。

表2 大胡楼干沟排涝流量表

根据以上成果分析，确定庆云县大胡楼干沟的治理标准为“64 雨型”排涝标准，即入德惠新河河口处大胡楼干沟涵闸设计排涝流量为41.04 m3/s。

2 大胡楼干沟涵闸工程设计分析

新建大胡楼干沟涵闸设计位于原涵闸位置，设计沟底高程2.05 m，底宽15 m，边坡1∶3，比降1∶20 000，主要设计指标见表3。大胡楼干沟涵闸主要功能有两个：一是承担大胡楼干沟向德惠新河的排涝任务；二是防止德惠新河洪水倒灌。

表3 大胡楼干沟涵闸流量计算成果表

2.1 涵闸过流计算

根据涵洞流态判别标准：当h≤D 时，为无压流；当h≥D 时，为淹没压力流。由进口水深H 与洞高D 之比3.5/3=1.16＜1.2，且h=3.2 m＞D=3 m，故洞中水流按有压淹没流计算Q，见公式（2）。根据计算结果，拟定涵闸尺寸（高4 m，宽3 m）满足要求。

式中：m 为淹没出流的流量系数；H0为计入行近流速水头的堰上水深，m；A 为过水断面总面积，36 m2；L 为洞身长度，m；g 为重力加速度，取9.81 m/s2；h 位出口水深，m；i 为涵洞底坡。

2.2 涵闸消能防冲计算

依据水流及地形条件，新建大胡楼干沟涵闸的消能防冲设施采用挖深式消能。闸下消能设计水力条件：在设计条件下，闸上、下游水头差很小，对冲刷影响小；运行过程中可能出现闸上、下游水位相差较大工况，此时水流对下游冲刷影响较大。

1）消力池尺寸设计。消力池深度d 采用公式（《水闸设计规范》SL265-2016），计算得出d=0.69 m，设计值确定为0.7 m。消力池长度L 采用公式（《水闸设计规范》SL265-2016），计算得出L=12.31 m，设计值确定为12 m。海漫长度计算得LP=17.75 m，参考其他工程经验，设计值确定为18 m。大胡楼干沟涵闸消力池计算成果见表4。

表4 消能计算成果表 m

2）冲刷深度计算。冲刷深度d′采用公式（《水闸设计规范》SL265-2016），计算得出d′=1.98 m，最终设计值取1.98 m。

2.3 涵闸工程布置设计

1）闸室、箱涵、闸墩结构布置。本闸为3 孔箱涵式涵闸，配3 扇双向止水铸铁闸门。箱涵单节长度为8 m，共2 节，全长16 m；闸室部分底板厚度1 m，顺水流方向长8 m；闸墩高5.5 m，涵闸边墩厚0.8 m，中墩厚0.8 m，净宽4 m。

2）防渗排水布置。本工程防渗排水布置以水平防渗为主，有防渗要求的护坡下设300 g/m2复合土工膜。闸室底板与消力池之间设651 型PVC止水橡皮和闭孔泡沫板水；在消力池与砌石铺盖和砌石护坡之间设闭孔泡沫板，在砌石铺盖与砌石护坡之间设闭孔泡沫板沉降缝。消力池下游设三级反滤，通过直径5 cmPVC 管溢出渗透水。

3）两岸连接布置。上、下游均为浆砌石扭坡连接，上游段护坡长10 m，扭坡长12 m，材料均为M10 浆砌石；下游段扭坡长12 m，海漫段护坡长18 m，分两段，抛乱石段护坡长8 m，材料均为M10 浆砌石。

4）上、下游连接布置。闸室上游段护底依次为10 m 长（300 mm 厚）M10 浆砌石铺盖，12 m长（500 mm 厚）C25 钢筋混凝土铺盖；下游段布置依次为12 m 长（500 mm 厚）钢筋混凝土消力池，18 m 长（300 mm 厚）浆砌石海漫（2 段），8 m长（2 m 厚）浆砌石防冲槽。

5）地基处理。为保证大胡楼干沟涵闸整体结构牢固，本项目设计采用“水泥搅拌桩”技术对闸室和涵洞基础进行加固。设计桩长8 m，直径0.5 m，桩距1.5 m，梅花桩布置，要求地基经处理后承载力能达到130 kPa，桩基与地基之间铺设30 cm 厚水泥土垫层。

6）安全监测点设计。本项目主要对新建大胡楼干沟涵闸垂进行直位移观测，目的是监测建筑物沉降量和沉降差，判断运用安全稳定性。设计将沉降观测点布置在两边墩墩顶，共设2 个沉降观测点。标点以φ16 钢筋制作，顶部焊不锈钢磨圆，外露混凝土基面1 cm。

3 结 语

涵闸工程是中小型河道最主要的控制调节水流设备，通过对德惠新河上新建大胡楼干沟涵闸设计进行分析说明，为后续施工提供了坚实基础。该新建涵闸投入使用后，彻底解决了原涵闸问题，且涵闸过流能力、消力池消能效果、地基承载稳定性等参数均经过了数年检验和监测，均满足设计标准。