兰陵县花庄拦河闸设计计算分析

姜晓勇，樊文杰

（临沂市水利工程处，山东 临沂 276000）

兰陵县花庄拦河闸除险加固工程设计于2019年1月10日动工，工期12个月，中标价1 077.33万元。该工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，其永久性主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级，临时性建筑物为5级，地震设防烈度为7度。本次工程设计对原有拦河闸进行拆除重建，以解决过流能力不足问题，满足燕子河下游800 hm2农田灌溉，并为兰陵县城及其下游周围村庄提供水源地、改善小区域的生态环境。

1 新建拦河闸设计分析

通过实地勘察，新建花庄拦河闸的可选择形式包括三种：平板闸、翻板闸、橡胶坝。但由于本项目对拦河闸的防洪及灌溉要求较高，因此本工程选择平板闸形式[1]。

1.1 拦河闸最大泄流能力计算

拦河闸最大泄流量必须满足防洪需要，同时直接影响了闸门各项参数设计，在此以燕子河洪水资料为基础来计算洪水数据（见表1），本项目取P=0.5%，最大洪水量为890 m3/s，以该值为基础设计拦河闸最大泄流能力为950 m3/s。

表1 兰陵县花庄拦河闸设计洪水成果表

1.2 拦河闸底板高程设计分析

原拦河闸位置主河槽和两侧滩地高差达到5.0 m左右，参照其他工程经验，对拦河闸的底板高程几个不同方案（2.0 m、1.0 m、-1.0 m）进行对比分析[2]，各方案具体优缺点见表2。

表2 拦河闸不同底板高程优缺点对比

从减少淤积、投资和便于管理等方面综合考虑，底板高程为2.0 m时，受淤积影响最小，而在洪水期淤积问题很严重，因此建议采用该方案。

1.3 最佳闸孔宽度设计分析

在确定了拦河闸泄流能力和底板高程后，计算拦河闸设计泄流总净宽B=48.0 m。闸门单孔宽度直接影响了工程量、设计、施工等各个环节，下面参照其他工程经验，对3种不同闸孔宽度（4.0 m、6.0 m、8.0 m）的经济性进行对比，具体见表3。

由表3可知，闸孔宽度8.0 m时，经济性最好，但是对拦河闸工程稳定性和后期管理维修提出了较高要求，因此本项目最终选择闸门单孔宽度6.0 m，共计8孔。

表3 不同闸孔宽度经济性对比 万元

1.4 边墩结构设计分析

拦河闸边墩连接着拦河闸与两岸，对其安全稳定性要求很高。本项目参照其他工程经验，设计边墩闸室为两孔一联，总宽度8.0 m（其中闸门宽3.0 m），上宽1.0 m，底部宽2.0 m，呈梯形状，总高度8.5 m，边墩底部和闸基（厚1.5 m）为整体浇筑结构。按照最不利工况设计：上游水位4.2 m，下游无水，上部载荷3.0 kN/m。

2 新建水闸闸基稳定性复核计算

2.1 拦河闸闸基稳定性计算

1）闸基加固措施分析。本项目为了保证拦河闸闸基稳定性，利用“钢筋灌注桩+预制桩”对基础进行了加固，其中灌注桩设计在拦河闸和两岸过渡处，直径D=0.4 m，长度范围5.1~8.6 m，极限承载力180~300 kN；预制桩排列在拦河闸主体工程面上，其截面为方形，边长设计0.5 m，长度10.0 m，极限承载力82~151 kN。桩体间排距均设计为1.5 m，共设计4排，桩头深入底板不少于0.5 m，并用钢筋混凝土固结[3]。

2）闸基稳定性分析。为保证闸基安全稳定性，在此选取承载力最小、变形量最大5根预制桩作为复核基数。根据本项目要求最大应变不超过6.0 mm情况下，单桩水平承载力试验值为68 kN。安全系数k计算见公式（1）[4]，经计算得k=1.35，闸基稳定性满足要求。

2.2 闸基渗透稳定性计算

本项目设计采用“分段阻力系数法”来计算拦河闸闸基渗透稳定性，将整个拦河闸工程分为：进出口段、水平段、垂直段三部分，3种设计工况：①正常水位：上游2.0 m，下游-1.0 m；②设计洪水位：上游3.5 m，下游1.5 m；③校核水位：上游1.5 m，下游2.8 m。

1）各分段阻力系数计算。各分段阻力系数δ0、δx、δy计算分别见公式（2）~（4）[5]，各分段水头损失值hi见公式（5），计算成果见表4。

表4 不同工况下渗压计算成果表（部分）

式中：S为齿墙入土深度，m；T为地基有效深度，m；Lx为水平段长度，m；S1为进口段桩体入土深度，m；S2为出口段桩体入土深度，m。

式中：ΔH为上下游水头差，m。

2）闸基渗透稳定性计算成果（部分）。在此以拦河闸水平段和出口段的渗透坡降值作为评价闸基渗透稳定性的依据，其中水平段坡降Jx和出口段迫降J0计算成果见表5。由表5可知，本项目闸基渗透稳定性完全满足规范要求。

表5 闸基渗透稳定计算成果表（部分）

3 结语

兰陵县花庄新建拦河闸工程目前已经投入使用一年时间，各方面表现均达到设计标准，尤其是在2020年夏季汛期，圆满完成了防洪排涝任务。拦河闸在设计时要根据河流实际情况确定规模，本项目在确定底板高程时考虑充分，虽然增加了基础强化工程量，但是后续运行管理确实方便很多，该经验可为中小型水利工程拦河闸建设提供借鉴。