遼中縣蒲河于家臺自動翻板閘門設計方案

燕洪軍

(遼寧省遼中縣水利局，遼寧 遼中 110200)

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遼中縣蒲河于家臺自動翻板閘門設計方案

燕洪軍

(遼寧省遼中縣水利局，遼寧 遼中 110200)

沈陽市遼中縣蒲河于家臺自動翻板閘為鋼筋混凝土結構，10孔每孔1.5m×7m自動翻轉閘門。依據設計規范，根據氣象水文資料分析設計洪水；根據防洪規劃科學確定工程等別和防洪標準。根據水閘設計要求結合實際計算各部結構尺寸，和水力要素，保障自動翻板閘門的科學性。

工程概況 ；設計洪水 ； 設計依據； 設計方案

1 工程概況

沈陽市蒲河于家臺自動翻板閘始建于2002年，位于沈陽市蒲河下游遼中縣潘家堡鄉于家臺村西河道內，為鋼筋混凝土結構，10孔平板自動翻轉閘門，每孔寬7 m高1.5 m，堰頂過水流量257.7 m3/s。主要工程量土方3.1 萬 m3,石方1.5 萬 m3，混凝土1.2萬 m3，鋼筋285 t，設備間120m2，翻板閘門105 m2，批準投資1650萬元，工期2002年9月15日—2003年4月25日。主要攔蓄蒲河河道地表水徑流，常年5月1日前蓄水200 萬 m3。灌溉養士堡、潘家堡、伍佰牛等3個鄉鎮的12村110 hm2水田。同時兼顧遼中縣蒲河城區的景觀生態蓄水。

2 氣 象

工程所在地區降水量正常年為690mm。年降水大部分集中在7、8月份，這兩個月的降水量占全年的49%左右。4、5月份降雨量只占全年的13.3。年平均氣溫為7.4℃，1月份平均氣溫為-12.8℃，7月份平均為24℃，年最低氣溫-33.1℃，年最高氣溫為39.3℃。

3 工程地質

工程地處蒲河沖積平原，地勢平坦。根據地勘報告確定建筑物所在地區地層巖性為第四紀松散層。其中地基由粉質黏土、粉土、細砂混合土組成。地基地層主要為河流沖積形成的粉質黏土、粉土和細砂。團結水庫圍堤堤身土質不均，呈可塑、軟塑、流塑狀態土很多，局部還夾有硬塑狀態土，同時混有松散狀態粉細砂，天然孔隙比為0.33～0.45，含水量為12.1%～42.5%，干密度為1.62g/cm3。

4 工程等別和防洪標準

根據《蒲河防洪工程設計規劃》工程等級確定為Ⅲ等工程。

設計洪水標準：防洪標準按50a一遇設計，100a一遇校核。

5 翻板壩設計方案

翻板壩在低水頭的河道及景觀工程中廣泛應用，利用作用在閘門上的水壓力與閘門的自重力作為啟閉閘門的動力，無需外加其它能源和啟閉機械。翻板壩平時攔水，形成蓄水水面和一定庫容，大流量時自動開啟閘門行洪泄水。

初步擬定翻板壩進口堰高0.5m，進口修圓，翻板閘門尺寸1.5m×7.0m(高×寬)，壩前正常水深2.0m，翻轉閘門上游布置防護墩，下游布置支墩和工作橋，翻板壩后緊接消力池，消力池前端為1∶4的斜坡，后部為水平段，消力池后為海漫。翻板閘水力要素見表1。

翻板閘水力要素表

5.1 擋水建筑物各部尺寸確定

根據河道現狀地形情況，擬定翻板壩壩頂寬70m。翻板壩由進口段、翻板壩段、消力池、海漫組成。

5.1.1 進口段

進口段長10.0m，采用鋼筋混凝土底板，底板厚80cm，底板上下游各設寬80cm、深100cm的齒墻，底板下設10cm厚碎石墊層。為了順接上游梯形斷面和下游矩形斷面，進口段邊坡為扭面型式，亦為鋼筋混凝土結構，護坡厚250cm，下設10cm厚碎石墊層和無紡土工布[1]。護底順水流方向每隔14m設置一道縱縫，底板與兩側邊墻為分離式結構，其間設伸縮縫，縫內填充瀝青砂板。

5.1.2 翻板壩段

翻板壩壩段長6.5m，其中壩上游段長2.5m，緊接斜坡段長1.2m，壩下游段長2.8m。壩上游頂面高程0.50m(假定翻板壩河段設計河床高程為0.00m)，即進口坎高0.5m，壩上游段厚1.5m，進口修圓為半徑0.5m的1/4，壩下游頂面高程0.11m，厚1.11m；壩底設齒墻，其中上游齒墻寬0.8m、深1.0m，下游齒墻寬0.5m、深0.5m。壩上布置10扇翻轉閘門，每扇閘門寬7.0m，高1.5m。壩上游段設防護墩，墩頂高程1.40m；壩下游設支墩和工作橋。壩體為C25鋼筋混凝土結構。翻板壩兩岸為懸臂式鋼筋混凝土擋土墻，墻頂高2.60m，墻頂寬0.3m，底寬0.5m，迎水面直立，墻底基礎厚0.8m，前趾長0.5m，前趾長1.3m。

5.1.3 消力池

過壩水流經底流式消能，消力池為下挖式。緊接翻板壩段為消力池的斜坡段，長2.04m，縱坡1∶4，消力池水平段長7.5m，池底板厚0.5m，底板上布置排水孔，孔徑10cm，間排距1.5m，梅花型布置，底板下鋪設反濾層，反濾層厚0.15m。

消力池底板順水流方向每隔14m設置一道縱縫，底板與兩側邊墻為分離式結構，縫間設止水，縫內填充瀝青砂板。

為了消力池在平面上需具有擴散的形式以及順接上游矩形斷面和下游梯形斷面，消力池段邊坡為扭面型式，鋼筋混凝土結構，厚20cm，下設10cm厚碎石墊層和無紡土工布。

5.1.4 海漫

水流經過水躍消能后，仍具有一定的剩余動能，流速也較大，分布也不均勻，而且水流紊動較厲害，故在消力池后面仍要繼續采取防沖加固措施，即設置海漫[2]。海漫結構要粗糙，便于消除水流余能；要能透水，使滲透水流順利排出，以增強海漫的穩定性；要有一定的柔性，以適應地基變形。海漫全長做成水平的。由于水躍的紊動余能是逐漸向下游衰減的，故海漫的結構也應相應逐漸減弱。經計算，海漫長22.0m，采用砌石結構型式，其中前8.0m為漿砌石結構(即前1/3)，后14m為干砌石結構。砌石厚度均為0.4m，下設10cm碎石墊層，漿砌石段和干砌石段上下游均設齒墻，齒墻寬50cm，池深40cm。翻板閘結構要素見表2。

表2 翻板閘結構要素表 m

5.2 水力學計算

首先計算50a一遇防洪標準下，堰頂過洪峰流量257.66m3/s，閘門全開平臥時的堰前水深：

(1)

(2)

式中：H為堰前水頭，m；H0為包括行近流速水頭的堰前水頭，m；v0為堰前行近流速，m/s；Q為設計流量，257.66m3/s；σc、σs、m為側收縮系數、淹沒系數、流量系數，計算時擬定綜合流量系數σc×σs×m為0.35；b為總溢流凈寬，擬定布置10扇7m寬的翻板閘門；經計算得，洪峰流量257.66m3/s時，堰前水頭1.780m，堰高0.5m，故堰前最大水深2.280m。

5.3 消能計算

本工程采用底流式消能工——消力池，按下式計算：

(3)

(4)

d=σh2-ht-△Z

(5)

(6)

L=6.9(h2-hc)

(7)

Lk=0.8L

(8)

式中：E0為由消力池底板算起的總勢能，m；hc為收縮斷面水深，m；q為單寬流量，m2/s；φ為流速系數；h2為水躍躍后共軛水深，m；Frc為收縮斷面弗勞德數；d為消力池池深，m；σ為水躍淹沒度，取1.05；ht為消力池出口下游水深，m；Δz為消力池尾部出口水面落差，m；L為自由水躍長度，m；Lk為消力池水平段池長，m。

經計算，翻板壩過50a一遇洪峰流量257.66 m3/s時，堰后消力池水平段長7.0m，池深0.4m。

5.4 海漫計算

消力池后緊接海漫段，海漫長按下式計算：

(3)

式中：Ks為海漫長度計算系數，中粗砂、粉質壤土的Ks取值11～12；qs為消力池末端單寬流量，m2/s；ΔH為翻板壩上下游水位差，m。

經計算，海漫長度22.0m。

6 運行果評價

翻板閘門建成后經過13a的灌溉及生態蓄水，建筑物的滲透線下游無水逸出點。特別是2005年、2010年蒲河汛期的發生中等量級洪水，建筑物的主體結構無沉降變形和消能設施無破壞，自動翻板閘門啟閉運行良好。和固定啟閉閘門和橡膠壩相比降低運行保養費用。

[1]楊在乾,方成.水力自控翻板閘門在西海水庫擴容中的應用[J].水利水電科技進展，2000(02)：48-49.

[2]羅周,曾憲岳,蘇祥勉.大型水力自控翻板閘門在花竹水電站閘壩工程中的應用[J].廣東水利水電，1997(06)：65-68.

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