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沟涵闸工程设计分析

学术杂志网   |   2020-10-20

【摘要】以德惠新河新建大胡楼干沟涵闸工程为实例,计算确定其排涝标准,以该数据为基础验定拟定尺寸的涵闸过流能力满足要求。

【关键词】德惠新河;涵闸;排涝;消力池

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203.5km,其中在德州境内长126.6km。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28.6km,流域面积201.5km2。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。201.5km2,设计排涝流量为16.65~41.04m3/s,具体数值见表2。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41.04m3/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2.05m,底宽15m,边坡1∶3,比降1∶20000,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。

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=3.2m>D=3m,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4m,宽3m)满足要求。(2)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,36m2;L为洞身长度,m;g为重力加速度,取9.81m/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=0.69m,设计值确定为0.7m。消力池长度L采用公式(《水闸设计规范》SL265-2016),计算得出L=12.31m,设计值确定为12m。海漫长度计算得LP=17.75m,参考其他工程经验,设计值确定为18m。大胡楼干沟涵闸消力池计算成果见表4。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′=1.98m,最终设计值取1.98m。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8m,共2节,全长16m;闸室部分底板厚度1m,顺水流方向长8m;闸墩高5.5m,涵闸边墩厚0.8m,中墩厚0.8m,净宽4m。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300g/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5cmPVC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10m,扭坡长12m,材料均为M10浆砌石;下游段扭坡长12m,海漫段护坡长18m,分两段,抛乱石段护坡长8m,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10m长(300mm厚)M10浆砌石铺盖,12m长(500mm厚)C25钢筋混凝土铺盖;下游段布置依次为12m长(500mm厚)钢筋混凝土消力池,18m长(300mm厚)浆砌石海漫(2段),8m长(2m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8m,直径0.5m,桩距1.5m,梅花桩布置,要求地基经处理后承载力能达到130kPa,桩基与地基之间铺设30cm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1cm。

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。

参考文献

[1]周宏,黄腾,胡金杰.对蓄滞洪区设计及蓄滞洪区安全区涵闸设计的建议[J].水利技术监督,2015,(1):34-39.

[2]李自明,曹惠提.黄河下游渠村引黄涵闸引水能力变化分析[J].水电能源科学,2019(12):29-34.

作者:朱俊杰 单位:德州市水利局水利施工处

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