姚莊閘除險加固工程總體布置與設計

魏 玲 陳亞軍

一、工程概述

姚莊閘是位于沂河支流白馬河上重要的節制閘，承擔上游441.29km2行洪、28.76km2排澇和周邊5.03萬畝農田的抗旱灌溉任務。該閘設計標準為10年一遇設計、20年一遇校核，最大流量為553m3/s，工程等別為Ⅲ等，規模為中型。水閘設計采用7孔6m升臥式閘門漫水閘結構，閘上及兩側采用高架橋與堤防連接。本文根據地質條件，結合施工、運行管理等方面進行綜合設計：從設計角度，創造性地采用了升臥式漫水閘加高架橋總體布置方案；在設計細節上，采用工廠化生產的專利產品——止水接頭，既能確保質量又方便施工。

二、地質情況

該工程場地位于郯廬斷裂帶西側邊緣地帶，由于郯廬斷裂帶的影響，區域構造穩定性相對較差。根據《中國地震動參數區劃圖》，場地地震動峰值加速度為0.20g，相應場地基本地震烈度Ⅷ度。由于場地受郯廬斷裂構造活動性的影響，抗震穩定性差，工程位于抗震不利地段。閘室地基持力層在②-1層砂壤土夾粉砂（Q4al+pl）局部為粉砂，允許承載力為90kPa，其下為②層中粗砂（Q4al+pl）夾壤土層，允許承載力為140kPa和③層含砂姜粘土（Q3al+pl）夾較多粗砂層，允許承載力為250kPa。

三、水閘總體布置

姚莊閘總體布置上順水流向中心線基本與河道中心線一致，兩側連接段采用引橋與左右兩岸相銜接。由于該閘所在河段河面開闊、排澇水位和行洪水位相差較大，且經調查該閘附近無較好、較多土源用來進行回填，需要征地或外購，難度較大。因此采用滿足灌溉蓄水位和排澇水位要求，采用漫水閘方案，該方案行洪時可從水閘和灘面同時行洪，其最大優點是能超標準洪水行洪；同時考慮該地區處于地震高烈度區，為防止閘門阻水和降低工作橋高度，采用升臥式閘門。另外，考慮該閘處于緊鄰鎮政府所在地，是交通頻繁地段，為保證該河道行洪期間的防汛搶險及不中斷當地交通，閘兩側連接段采用高架橋方案。橋梁梁底高程按照20年一遇洪水位加0.5m安全超高確定。

四、水閘設計

姚莊閘閘室共7孔，每孔凈寬為6m，共3聯，其中中間3孔1聯，兩邊側2孔1聯。工作橋、檢修便橋布置在閘室上游側，交通橋布置在閘室下游側，閘室兩側設置管理房和控制室。

閘室底板頂高程23.50m（廢黃河高程系，下同），底板底高程22.50m，閘頂高程28.70m，閘室底板順水流方向長16.0m，垂直水流方向總長51.84m，檢修橋橋面高程為28.70m，寬2m；閘上交通橋設計荷載標準：公路—Ⅱ級，橋面高程為32.07m，橋面寬度為凈7.5m+20.5m，橋板采用預制混凝土空心橋板，橋板跨徑隨閘室尺寸，分別為7.06m、6.96m；閘兩側引橋設計荷載標準：公路—Ⅱ級，橋面高程為32.07m，橋面寬度為凈7.5 m+20.5m，橋板采用10m跨預制混凝土空心橋板，雙柱排架式結構，基礎采用直徑80cm灌注樁基礎，橋臺采用樁柱+擋土墻組合式橋臺；上游鋪蓋采用鋼筋混凝土鋪蓋，長13m，下游鋼筋混凝土消力池，水平段共長20m，池深1.5m，下游混凝土海漫長50m；水閘末端設2m深防沖槽；閘上、下游河道護砌：護底為現澆混凝土，護坡為預制混凝土塊；水閘范圍內灘面及堤防內護坡采用植草磚進行護砌；閘上、下游翼墻平面布置采用直線加圓弧組合的布置型式，緊挨閘室第一、二、三節翼墻采用鋼筋混凝土扶壁式翼墻，閘上翼墻底板底高程23.00m，閘下翼墻底板底高程20.90m，第四節翼墻采用鋼筋混凝土懸臂式翼墻，閘上底板底高程23.00～26.00m，閘下底板底高程22.60～27.10m。

在閘室兩側設橋頭堡，用作中控室兼管理房（賠償原管理房），為板梁柱結構，平面尺寸為12.45m×6.0m，共兩層。升臥式主閘門采用5.96m×4.4m平面閘門，配QPQ-280kN雙吊點卷揚式啟閉機7臺，配套電機功率為7.5kW。另設檢修鋼閘門一套，配30kN雙吊點電動葫蘆1臺。由于該閘底板坐落在第②-1層砂壤土夾粉砂層上，該層為地震液化土層。該工程采用換填12%水泥土進行換基處理，壓實度不小于0.95。

水閘閘室縱剖面、半平面圖見圖1、圖2。

姚莊閘工程閘室布置根據上部結構功能要求進行布置，根據計算，該建筑物的雙向抗滑、地基應力和不均勻系數方面均滿足規范要求，其最不利計算工況由地震期不均勻系數控制。

圖1 水閘閘室縱剖面圖

圖2 水閘閘室半平面圖

根據水閘上下游水位、下游Q～H曲線、閘門開度等，經計算，在小流量（65m3/s）時，消力池計算深度最深（1.35m）；在較大流量（451.7m3/s）時，消力池計算長度最長（18.9m）；在最大流量（553m3/s）時，消力池計算厚度最厚（0.8m）。根據閘單寬流量、上下游水位和地質情況等，經計算，海漫長度最長為48m，海漫末端河床沖刷深度計算最深為3.8m，均滿足設計要求。

五、結語

姚莊閘緊鄰鎮區，是地震烈度較大、正常擋水和行洪水位相差較大的水閘，再加上山區可能超標準來水，因此水閘的總體布置要統籌考慮。該閘在設計時，考慮其位于8度地震區，采取升臥式閘門方案，可顯著降低排架高度，有利于抗震；閘室底板段的檢修門槽和主門槽間墩墻范圍內，內側由上往下漸變縮小了2cm，形成上大下小的楔形結構，止水效果較好且便于運行管理。在設計中，水平止水之間、水平與垂直止水連接均采用定型連接接頭（類似于管路的三通接頭），既能保證施工質量、止水效果好，又能提高施工效率。目前水平止水連接裝置已取得國家實用新型專利；垂直止水與水平止水的連接裝置，國家知識產權局已受理，正在辦理中。該工程設計成果對今后徐州東北部沂蒙山區來水片區的水閘設計具有一定的借鑒意義■