松北水城天璣湖進水閘應力分析與結構計算

姜 楠

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

1 工程概況

為實現哈爾濱市委、市政府提出的重點發展“濕地水城”的戰略構想及城市空間“北躍、南拓、中興、強縣”的發展策略，秉承“以水定城”的指導方針，通過沿岸綠化、濕地保護、制度建設、人工水系湖泊建設來引清補源，增強城市防洪排澇安全，為生產、生活提供“人水和諧”的生態水環境，發展城市經濟，打下堅實的基礎，為此，需興建哈爾濱市松北灌排體系及水生態環境建設工程。

天璣湖位于發生渠與松浦支渠交匯處，天璣湖的進水渠與發生渠連接，出水渠與松浦支渠連接。天璣湖進水閘所在地貌單元屬松花江左岸漫灘，地勢平坦，地面高程115.0 m。揭露底層為第四系全新統沖洪積層。表層為耕植土，局部為填土，厚0.5～2.0 m性狀差;其下分布土黃色軟塑狀粉質黏土和松散狀細沙，下部為中砂和粗砂或礫砂，多呈中密狀態。地下水位埋藏較淺，含水層為細沙、中砂及粗砂礫砂，中等透水。

在天璣湖進水渠上布置進水閘和交通橋，進水閘中心線樁號為發生渠K20 +670.5。進水渠渠底高程112.23 m，進水閘上游設計水位114.00 m，相應正常運行水深1.77 m，上游最高水位114.50 m，最低水位113.43 m，進水閘共1 孔，單孔凈寬18 m，閘門采用底軸驅動式翻板閘門，具有雙向擋水功能，在發生渠行洪水時擋發生渠最高水位114.50 m，在發生渠檢修放空時擋天璣湖設計水位113.90 m。進水閘上游側布置天璣湖進水閘交通橋，交通橋連接發生渠巡河堤，橋梁長度23.4 m，橋梁凈寬7.0 m，凈寬18.0 m［1］。天璣湖進水閘主要建筑物由閘前混凝土鋪蓋、閘室段、海漫段及兩岸翼墻組成。建筑物特征水位見表1。

表1 水閘特征水位參數表 m

2 水閘總體布置

閘室段為現澆鋼筋混凝土結構，閘底板長14.5 m，閘門前部底板長度8.5 m，板厚3.30 m，閘底板頂高程為112.23 m;閘門后部底板長度6.00 m，板厚2.50 m，閘底板頂高程為111.43 m。閘室底板下部鋪設10 cm 素混凝土墊層，墊層下鋪設30 cm厚碎石墊層，底板前后分別設高1.0 m、寬0.5 m、坡比1∶1的齒墻。閘底板兩側啟閉機室兼做作閘墩，與閘底板為一整體結構。上游鋪蓋為鋼筋混凝土，鋪蓋頂高程112.23 m，順水流方向長度為10.0 m，厚0.5 m，其下設10 cm厚混凝土墊層，混凝土鋪蓋與兩側混凝土擋土墻、啟閉機室及閘底板間設一道紫銅片止水。啟閉機室長15.0 m，寬6.0 m，與閘底板整體連接，啟閉機室共設2 層，下層設有液壓啟閉設備，上層為配電室及管理層，下層底板頂高程111.43 m 和113.57 m，上層底高程為116.42 m。

經過消能防沖計算在進水閘下游設置海漫，用以控制閘后水深，改善水流條件。海漫段長14.1 m，寬度18.0 m，設1∶15 斜坡與渠底連接，海漫上部為40 cm厚混凝土，下部為10 cm素混凝土墊層、10 cm碎石墊層、10 cm中粗砂墊層、無紡布，底板上布置間排距2.0 m ×2.0 m的排水孔。海漫末端設防沖槽，長度4.5 m，深度2.0 m，寬度與海漫段寬度相同，拋填大塊石［2］。

閘室鋪蓋段上游側、海漫段兩側均設混凝土懸臂式擋土墻與渠道兩岸相接，墻后回填開挖棄渣料，兩岸翼墻分別連接左右岸綠地，并回填漫坡與左右岸道路相接。翼墻基礎處理方式同閘室底板。閘室橫剖面見圖1。

圖1 閘室橫剖面圖

3 基礎處理

本工程設計地震烈度為6 度，不考慮地震液化問題。由于節制閘所處位置地質條件較差，閘建基于覆蓋層中，基礎均為承載力很小的松散稍密細砂或中砂土層，強度不高，層厚不穩定，易產生滲透變形，對閘基礎穩定不利，故根據地質建議對閘底板基礎采用碎石樁進行基礎處理，碎石樁樁徑0.6 m，間排距2.0 m ×2.0 m，呈梅花形布置。橋臺基礎采用混凝土灌注樁進行基礎處理。

4 閘底板結構計算

4.1 不平衡剪力及荷載分布計算

經計算，閘底板不平衡剪力分配情況見表2。上、下游段各取單寬板條進行計算，求得板條上的荷載，見表3［3］。

表2 閘底板不平衡剪力計算成果

表3 閘底板荷載分布計算結果

根據荷載分布，分別對上、下游段底板頂部及底部進行結構配筋。

4.2 閘室底板裂縫寬度驗算

正截面裂縫寬度控制驗算:

式中:α 為荷載長期作用的綜合影響系數，取2.1;c為保護層厚度;d 為鋼筋直徑;ρte為縱向受拉筋有效配筋率，取0.03;Ate 為有效受拉混凝土截面面積;As為有效受拉區縱向鋼筋截面面積;σsk為按荷載標準值計算的構建縱向受拉鋼筋應力。

構件正截面的最大裂縫寬度計算值，按《水工混凝土結構設計規范》(SL 1911—2008)選取，當環境類別為二級時，最大允許裂縫寬度為0.3 mm。天璣湖進水閘結構配筋符合規范要求。

［1］中水東北勘測設計研究有限公司.哈爾濱市松北灌排體系及水生態環境建設一期工程初步設計報告［R］.長春:中水東北勘測設計研究有限公司，2010.

［2］江蘇省水利勘測設計研究院.SL265—2001 水閘設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［3］陳寶華，張世儒.水閘［M］.北京:中國水利水電出版社，2003.