薛 麗
(遼寧省營口水文局,遼寧 營口 115003)
黃旗閘位于東港市黃土坎鎮(zhèn)大洋河左岸大堤與串心溝交叉處,是一座集防洪、排澇、灌溉等功能為一體的綜合性建筑物。修建于1983—1984年,為涵洞式,由進(jìn)口段、涵洞閘體、出口段組成,全長66.80m。
進(jìn)口段由黏土鋪蓋和干砌石護(hù)坡組成,全長18.00m,底寬22.00m。黏土鋪蓋全長12.00m,鋪蓋厚為0.80~1.35m,鋪蓋上設(shè)粗砂墊層厚200mm,表層150mm厚C15素混凝土防沖層,末端設(shè)漿砌石齒墻一道。鋪蓋兩側(cè)為重力式漿砌石擋土墻,墻體外側(cè)設(shè)有200mm厚C15素混凝土防滲層,基礎(chǔ)為C10素混凝土結(jié)構(gòu)。鋪蓋前為防止河道被沖刷,設(shè)梯形干砌石護(hù)坡段長6.00m,底寬22.00m,邊坡坡比1∶2.50,干砌石層厚300mm,干砌石層下為三級反濾層,總厚350mm,末端設(shè)漿砌石齒墻一道。
涵洞及閘臺全長20.80m,共分5孔,每孔為4.00m(寬)×5.50m(高),中墩厚0.50m,總寬22.00m。采用鑄鐵閘門,2×12t雙吊點(diǎn)螺桿式啟閉機(jī)。
出口段由消力池及海漫組成,全長28.00m,底寬22.00m。消力池深0.50m,全長15.00m,底板寬22.00m,兩側(cè)為重力式漿砌石擋土墻,消力池末端設(shè)C10素混凝土齒墻一道。消力池底板厚800mm,底層為600mm厚漿砌石,上層為200mm厚C15素混凝土防沖層;外為漿砌石,基礎(chǔ)為C10素混凝土;消力池后為干砌石海漫,全長13.00m,底寬22.00m,梯形斷面,邊坡坡比為1∶2.50。干砌石厚500mm,干砌石層下為三級反濾層總厚為400mm,末端為拋石防沖槽。
閘址處上游串心溝集雨面積為59.80km2,由丹東市水利設(shè)計(jì)研究院編制的《大洋河流域規(guī)劃》得知大洋河位于串心溝位置處的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。串心溝的防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇,閘址處的洪峰流量按無資料法求得,10年一遇洪峰流量為276m3/s。20年一遇洪峰流量為328.37m3/s。串心溝溝底寬22.00m,邊坡坡比1∶2.50,河道平均比降為2/5000,閘址處溝底高程為-1.00m,20年一遇洪水位3.24m,水深4.24m。
《大洋河流域規(guī)劃》中大洋河串心溝位置處20年一遇洪峰流量為10100m3/s,相應(yīng)洪水位為5.85m,20年一遇潮水位4.10m。大洋河防洪堤原堤頂高程為8.20m,頂寬3.00m,內(nèi)外邊坡坡比各為1∶3.50,1∶3.00,維持原狀不變。
由勘察資料知該閘址處堤基坐落在輕粉質(zhì)黏土層,含水量25.5%,濕容重1.54×103kg/m3,孔隙比1.15,比重2.64,內(nèi)摩擦角10°,摩擦系數(shù)取為0.3,黏結(jié)力為25kN/m2,地基允許承載力設(shè)計(jì)值采用100kN/m2。該區(qū)地震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g,設(shè)計(jì)地震分組的第一組。場地類型為中軟場地土,場地類別為Ⅱ類。場地標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.00m。
黃旗閘是一座集防洪、排澇、灌溉為一體的綜合性建筑物,是東港市友誼灌區(qū)骨干工程。其串心溝排澇10年一遇洪峰流量為276m3/s。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2016)規(guī)定最大過閘流量1000~100m3/s為中型水閘;《大洋河流域規(guī)劃》中該處堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇;綜合分析確定該閘為洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇,但根據(jù)過閘流量確定為中型水閘,工程等別為Ⅲ等工程。該次需改造的主要建筑物:涵閘、管理房相應(yīng)級別為3級,次要建筑物為4級,臨時(shí)建筑物為5級。
根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2016)的有關(guān)規(guī)定,黃旗閘為Ⅲ等水閘,對應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)潮水位重現(xiàn)期均應(yīng)采用大洋河20年一遇標(biāo)準(zhǔn)。
設(shè)計(jì)依據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2016)。沿閘基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)基本組合不小于1.25,地震情況不小于1.05,,其他特殊組合不小于1.10。消力池護(hù)坦抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)1.00;閘基底應(yīng)力最大值與最小值比基本組合允許值1.50,特殊組合允許值2.00。翼墻基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)同閘基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。
黃旗閘修建于1983—1984年,運(yùn)行年久。原有干砌石護(hù)坡年久損毀嚴(yán)重;原有混凝土強(qiáng)度較低,加之運(yùn)行年久,碳化嚴(yán)重;閘門銹蝕嚴(yán)重;啟閉設(shè)備露天布置,銹蝕嚴(yán)重;無水閘觀測設(shè)施及自動(dòng)化控制設(shè)施。
該次改造內(nèi)容包括:?水閘全部拆除重建;?更換閘門、啟閉設(shè)備及電氣設(shè)備;?重建管理房;?增設(shè)觀測及自動(dòng)化控制設(shè)施。
a. 重建水閘由進(jìn)口段、涵洞閘體、出口段組成,全長66.80m。進(jìn)口段由鋼筋混凝土鋪蓋和干砌石護(hù)坡組成,全長18.00m,底寬22.00m。鋪蓋全長12.00m。鋪蓋兩側(cè)為重力式素混凝土擋土墻。鋪蓋前設(shè)梯形干砌石護(hù)坡段長6.00m,底寬22.00m,邊坡坡比1∶2.50。涵洞及閘臺全長20.80m,共分5孔,每孔為4.00m(寬)×5.50m(高),中墩厚0.50m,總寬22.00m。啟閉平臺高程12.50m,寬5.00m,長24.70m,采用彩鋼板啟閉機(jī)房,平臺與堤頂采用900mm寬鋼樓梯連接。出口段由消力池及海漫組成,全長55.00m,底寬22.00m。消力池深1.05m,全長18.00m,底板寬22.00m,兩側(cè)為重力式素混凝土擋土墻;消力池后為干砌石海漫,全長36.00m,底寬22.00m,梯形斷面,邊坡坡比1∶2.50。
b. 采用雙面擋水鑄鐵閘門,孔口為4.00m(寬)×5.50m(高),2×12t雙吊點(diǎn)手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。
c. 重建管理房位于原有管理房邊,單層,面積65.74m2。
d. 新增控制測量儀器、水下測量儀器、水文觀測儀器、自動(dòng)控制系統(tǒng)。更換動(dòng)力配電系統(tǒng)。
a. 串心溝涵閘進(jìn)口水位計(jì)算。計(jì)算情況串心溝P=10%洪水與大洋河10%潮水位遭遇。P=10%時(shí),串心溝洪峰流量276m3/s,大洋河相應(yīng)潮水位3.09m。P=20%時(shí),串心溝洪峰流量328.37m3/s,大洋河相應(yīng)潮水位4.10m。
按無壓短洞計(jì)算:
式中Q——流量,Q=328.37m3/s;m——流量系數(shù),m=0.32;B——短洞寬,B=20m。
計(jì)算得
H0=4.24m
再按《水力計(jì)算手冊》中短洞計(jì)算公式最后計(jì)算得:涵閘進(jìn)口斷面水位4.24m,涵內(nèi)收縮斷面水位1.24m,出口斷面水位1.35m。
b. 涵閘出口消能計(jì)算。消力池深度計(jì)算:
計(jì)算得消力池深1.05m,水躍長度20.93m,消力池長度17.80m,海漫長度35.66m;采用消力池長度18.00m,海漫長度采用36.00m。
按照直線比例法的勃來法求滲徑長度,計(jì)算公式:
L理=C×H
式中C——地基土的滲徑系數(shù)(輕粉質(zhì)黏土取c=8);
H——最大作用水頭(5.85-3.24=2.61m)。
經(jīng)計(jì)算L理=20.88m。實(shí)際L=53.60m>L理。
基底應(yīng)力按下式計(jì)算:
∑G——作用在閘室上的全部豎向荷載,N;
∑M——作用在閘室上的全部豎向和水平向荷載對于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩,N·m。
抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計(jì)算:
式中f——閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù),取0.3;
Kc——沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);
∑G——作用在閘室上的全部豎向荷載,N;
∑H——作用在閘室上的全部水平向荷載,N。
計(jì)算工況:?設(shè)計(jì)工況(大洋河水位7.00m,串心溝水位3.24m);?剛建成(上下游無水);?設(shè)計(jì)工況加地震。
閘體穩(wěn)定計(jì)算成果見表1。
表1 閘體穩(wěn)定計(jì)算成果
閘體穩(wěn)定計(jì)算成果滿足《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。
翼墻為素混凝土重力式擋土墻結(jié)構(gòu),按墻高7.73m、7.30m、5.80m三種墻高斷面分別計(jì)算。
計(jì)算工況:?設(shè)計(jì)工況(墻前無水)、剛建成(墻前無水);?設(shè)計(jì)工況加地震。
邊墻沿建基面的抗滑穩(wěn)定按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算:
式中f——邊墻與地基接觸面的抗剪摩擦系數(shù); ∑W——作用于邊墻上的全部荷載對計(jì)算滑動(dòng)面的法向分量,N;
∑P——作用于邊墻上的全部荷載對計(jì)算滑動(dòng)面的切向分量,N;
翼墻穩(wěn)定計(jì)算成果見表2。
表2 邊墻穩(wěn)定計(jì)算成果
邊墻穩(wěn)定計(jì)算成果滿足《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。
沉降位移觀測,一般埋設(shè)沉降標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行觀測。沉降標(biāo)點(diǎn)可布置在閘室和岸墻、翼墻底板的端點(diǎn)和中點(diǎn)。施工期可埋設(shè)在底板上,后期引接至上部結(jié)構(gòu)。水位、潮位觀測設(shè)備的選型,布置及水尺零點(diǎn)高程的校測,改正等技術(shù)要求,應(yīng)按照《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50138—2010)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。測壓斷面布置兩個(gè),分別位于涵洞的兩端,且在翼墻后。地下輪廓線每個(gè)斷面布置3個(gè)測點(diǎn),側(cè)向繞滲每個(gè)斷面布置2個(gè)測點(diǎn)。為了便于管理增設(shè)自動(dòng)化控制系統(tǒng),用于該閘防洪、排澇、灌溉的運(yùn)行管理。
黃旗閘工程始建于1983~1984年,于2014年對該次改造進(jìn)行了設(shè)計(jì),從2015年年初開始按照該設(shè)計(jì)進(jìn)行改造,并于當(dāng)年年底結(jié)束,在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265-2001)規(guī)定最大過閘流量1000~100m3/s為中型水閘及《大洋河流域規(guī)劃》中該處堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇;綜合分析確定該閘洪水標(biāo)準(zhǔn)采用二十年一遇,通過此次總體布置及計(jì)算,極大地改善灌區(qū)的工程條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境條件,對發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù),提高水的有效利用率,促進(jìn)節(jié)水高效農(nóng)業(yè)發(fā)展,確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收起到了重要作用,同時(shí)對防洪、排澇、灌溉、治污等方面起到了積極的作用。
[1] 賀斌,周立忠,許正舉.澧縣小渡口水閘改造工程涔水圍堰的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].湖南水利水電,2005(2):16-17.
[2] 龍巧玲.青山水輪泵站水閘工程防洪安全評價(jià)[J].湖南水利水電,2002(4):6-8.
[3] 郭蓉.小型水電站前池退水閘改造設(shè)計(jì)[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2013(8):40-41.
[4] 尹如飛.關(guān)于明秀水閘除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)的探討[J].沿海企業(yè)與科技,2011(6):91-92.
[5] 朱春陽,胡正福,徐威.修山水閘消能防沖試驗(yàn)研究[J].中國農(nóng)村水利水電,2010(11):104-106.
[6] 高杏根.自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在河道水閘防洪排澇中的應(yīng)用[J].水利水文自動(dòng)化,2009(1):26-30.