□林秀鳳（喀什地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

節(jié)制分水閘設(shè)計(jì)與穩(wěn)定計(jì)算

□林秀鳳（喀什地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

節(jié)制分水閘設(shè)計(jì)與穩(wěn)定計(jì)算在灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程中較為關(guān)鍵，文章針對(duì)工程特性，進(jìn)行了閘室基底應(yīng)力的計(jì)算、閘室設(shè)計(jì)工況與穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)果表明，閘室設(shè)計(jì)遇到問(wèn)題較多，為平衡地基應(yīng)力并提高閘室抗滑安全系數(shù)，可以采用加大閘底板橫向尺寸，也可以采用其他可行方式，但是必須充分考慮地下水位上升對(duì)閘室基底穩(wěn)定所帶來(lái)的影響。

灌區(qū)；節(jié)制分水閘；基底應(yīng)力；穩(wěn)定計(jì)算

1 工程概況

新疆喀什噶爾灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程渠道總長(zhǎng)度為7 138.15 km，其中總干渠116.07 km，干渠1 426.25 km，分干渠420.20 km，支斗渠5 175.63 km。根據(jù)喀什噶爾灌區(qū)骨干渠道原規(guī)劃、完成、實(shí)施方案續(xù)改建情況統(tǒng)計(jì)表，1996（1998）-2010年喀什噶爾灌區(qū)骨干渠道完成的主要內(nèi)容為：總防滲長(zhǎng)度163.42 km，其中總干渠42.77 km，干渠69.38 km，分干渠30.10 km，支斗渠21.17 km。

工程節(jié)制分水閘設(shè)計(jì)流量為18 m3/s，閘底板高程均為1215.73 m。節(jié)制閘設(shè)2孔，孔口凈寬3 m，閘底板厚0.70 m，閘室全長(zhǎng)9.50 m，消力池長(zhǎng)20 m，池深2 m。右岸分水閘3孔，右1孔口寬2 m；右2、3孔口寬1.50 m，閘底板厚0.70 m，閘室全長(zhǎng)9.50 m，消力池長(zhǎng)8 m，池深0.50 m。左岸分水閘1孔，孔寬1.50 m，閘底板厚0.70 m，閘室全長(zhǎng)9.50 m，消力池長(zhǎng)8 m，池深0.50 m。節(jié)制閘底板和邊墻采用整體式混凝土澆筑，分水閘底板與邊墻采用整體式混凝土澆筑，分水閘后設(shè)農(nóng)橋一座，農(nóng)橋橋面寬度5 m，兩側(cè)設(shè)0.25 m橋臺(tái)。閘底換填碎石墊層，換填深度70 cm。節(jié)制閘后因縱坡調(diào)整，閘后設(shè)跌水消力池，保護(hù)渠道。

2 節(jié)制分水閘設(shè)計(jì)

2.1 復(fù)核進(jìn)水閘水力計(jì)算

本次渠道改造后，和夏瓦提鄉(xiāng)干渠設(shè)計(jì)引水流量為18 m3/s，加大流量為22 m3/s。現(xiàn)狀年和夏瓦提鄉(xiāng)干渠進(jìn)水閘為1孔，閘孔凈寬為3.40 m，采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001中的公式核算過(guò)閘流量。

式中：B0——閘孔總凈寬，m；Q——過(guò)閘流量，m3/s；δ——淹沒(méi)系數(shù)，由hs/H0=0.63，查表得δ＝1；m'——綜合流量系數(shù)，m'＝0.36；g——重力加速度；H0——計(jì)入行進(jìn)流速的堰上水深。

根據(jù)以上公式，和夏瓦提鄉(xiāng)干渠進(jìn)水閘過(guò)流能力列表計(jì)算見(jiàn)表1：

表1 和夏瓦提鄉(xiāng)干渠進(jìn)水閘（英阿瓦提渠首）水力計(jì)算表

從表1可以看出，現(xiàn)有1孔，孔寬為3.40 m。閘孔寬度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)流量要求，不滿(mǎn)足校核流量要求，需對(duì)閘室進(jìn)行擴(kuò)建。

2.2 高淹沒(méi)出流

對(duì)于平底閘，當(dāng)堰流處于高淹沒(méi)度（hs/H0≥0.90）時(shí)，閘孔總凈寬按以下公式計(jì)算。

式中：μ0——淹沒(méi)堰流的綜合流量系數(shù)。

根據(jù)以上公式，已建、改建節(jié)制分水閘過(guò)流能力見(jiàn)表2。

對(duì)其余分水閘因分水流量為0.10 m3/s，為降低閘門(mén)高度及控制引水，分水閘上設(shè)胸墻，流量計(jì)算采用閘孔出流計(jì)算。

根據(jù)計(jì)算可知，在設(shè)計(jì)水深時(shí)，閘門(mén)開(kāi)啟10～60 cm即能滿(mǎn)足分水閘引水流量，考慮到閘室淤積、枯水期引水及閘門(mén)設(shè)計(jì)等因素，分水閘孔口凈高為0.80 m，即胸墻底邊距閘底板距離為0.80 m。由于該7處節(jié)制分水閘均能滿(mǎn)足過(guò)流能力，可14+000、15+700、20+230閘室斷裂、消力池破損，閘門(mén)及啟閉機(jī)丟失。故本次5+415、14+000、15+700、20+230處節(jié)制分水閘拆除改建，24+540、27+762處節(jié)制閘過(guò)流滿(mǎn)足設(shè)計(jì)過(guò)流量，節(jié)制閘完好，故保留。

表2 已建、改建節(jié)制分水閘過(guò)流能力復(fù)核表

3 節(jié)制分水閘穩(wěn)定計(jì)算分析

3.1 閘室基底應(yīng)力計(jì)算

閘室基底應(yīng)力根據(jù)結(jié)構(gòu)布置及受力情況利用以下公式計(jì)算：

式中：Pmax——閘室基底應(yīng)力最大值（kPa）；Pmin——閘室基底應(yīng)力最小值（kPa）；∑G——作用在閘室上的所有豎向荷載；A——閘室基底面積（m2）；e——合力距閘底中心的偏心距（m）；B——底板沿流水方向的寬度（m）。

式中：∑M——作用在閘室上所有豎向力及水平荷載對(duì)基礎(chǔ)底面的垂直水流方向的形心軸的力矩（kN·m）。

實(shí)測(cè)工程場(chǎng)址處的地基承載力為80 kPa，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，閘室基底應(yīng)力滿(mǎn)足規(guī)范要求，具體計(jì)算詳見(jiàn)表3、表4。

表3 完建期閘室力與力矩計(jì)算表

表4 運(yùn)行期閘室基底壓力計(jì)算表

3.2 閘室抗滑安全系數(shù)計(jì)算

土基上沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)利用以下公式計(jì)算：

式中：Kc——沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f——閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)，f＝0.40；∑G——作用在閘室上的所有豎向荷載；∑H——作用在閘室上的所有水平荷載。

經(jīng)計(jì)算，沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc為4.62，滿(mǎn)足抗滑穩(wěn)定要求。

4 結(jié)語(yǔ)

文章針對(duì)工程節(jié)制分水閘閘室穩(wěn)定計(jì)算中的特殊問(wèn)題，進(jìn)行了閘室基底應(yīng)力計(jì)算、閘室設(shè)計(jì)工況及所對(duì)應(yīng)問(wèn)題的處理，結(jié)果表明閘底板橫向尺寸增大方式對(duì)于節(jié)制分水閘基底應(yīng)力穩(wěn)定及抗滑安全系數(shù)的提高積極作用顯著，如遇地下水位升高，隨著節(jié)制分水閘結(jié)構(gòu)自重的增加，閘底板托浮力相應(yīng)增加，則會(huì)對(duì)抗滑安全系數(shù)起到削減作用，為此設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮地下水位升高時(shí)的排水問(wèn)題。

［1］張志方，分水閘工程在友誼灌區(qū)節(jié)水改造工程中的應(yīng)用［J］，黑龍江水利科技，2010，38（6）：74-75.

［2］李翔，張英英，灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造分析探討［J］，建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015（10）：104-105.

［3］魏澤，阿庫(kù)木引水樞紐左岸進(jìn)水閘閘室基底應(yīng)力復(fù)核計(jì)算［J］，水利科技與經(jīng)濟(jì)，2016，22（12）：82-85.

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1673-8853（2017）10-0066-02

2017-7-15

編輯：符 蕾