河闸工程方案设计论文

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1水闸规模

捞刀河综合治理方案，该段河道位于星沙新城区的规划范围内，河道堤防洪水设计标准为100年一遇，因此，拟建拦河构筑物行洪标准为100年一遇，相应设计流量4　326．7m3／s。

2蓄水

从对农田排水、河道供水、河道水质等多方面综合分析不同水位的影响，本次设计选取两种蓄水位，即32m及33m分别进行分析论证。农田排水：设计蓄水位抬升至32m及33m时，上游三合垸将增加受涝面积1．18km2，增加排渍面积共6．41km2，通过新建排水箱涵和排涝泵站，可使建成区治涝标准达到2年一遇，使非建成区农村达到10年一遇1d暴雨1d排至地面无积水的排水标准。河道供水：经计算，水渡河～赤石河坝段的水位容积曲线如下表1所示，水渡河坝现状正常蓄水位30．5m，相应库容为338．3万m3。如水位抬高到32m，增加库容220．4万m3；水位抬高到33m，增加库容442．2万m3。另外，星沙水厂的取水口位于捞刀河支流雅河，水位抬高到32m雅河增加调蓄库容48万m3，水位抬高到33m雅河库容增加80万m3。通过抬高水渡河坝，可以达到提高星沙水厂供水保证率的目的。　河道水质：由表2，蓄水水位分别为32m和33m时，雅河对应的交换频率分别为0．31和0．27d／次，即交换一次分别需要7h和6h。抬高水位后，通过控制雅河的进出水闸门，干流上游来水通过自流进入雅河，较大地提高了星沙自来水厂前池（雅河）的交换频率。　通过上述分析比较，确定水渡河河坝蓄水位为33m。

3闸址

比选本工程选址，主要从施工、对环境影响、经济性这几个方面来考虑，共选择了4个闸址进行方案比较。方案一：水渡河橡胶坝原址重建。利用雅河导流，不需要征地；建闸后蓄水位抬高，不利于星沙水厂雅河水体交换；三合垸雨水引排箱涵最长达2　500m，单项工程费用最大；工程造价约11　442万元。方案二：在雅河进出口之间异地新建。河道开阔，主槽右岸为滩地，本水闸施工期导流渠布置在堤防内滩地上，不需要征地；新建水闸蓄水位抬高后，有利于星沙水厂雅河段水体交换；工程造价约9　800万元。方案三：雅河入口与松雅湖取水口之间异地新建。施工导流明渠布置在右岸大堤外空地上，需开挖导流渠，填筑导流堤。需临时征地6．8万m2；不利于星沙雅河水体交换，向星沙水厂输水，另建1　000m输水箱涵，费用较大。工程造价约11　338万元。方案四：改造赤石河坝。该坝址不利于星沙雅河水体交换，向星沙水厂、松雅湖输水，需建10km输水箱涵，自流困难，工程复杂，投资巨大；赤石河坝控制流域面积小，难以同时满足星沙水厂和松雅湖需水量。综合考虑上述因素，方案二在施工导流、经济性方面占优势，并且能够促进雅河水体交换，提高星沙自来水厂的水质，故选择方案二为推荐方案，既新坝址选在雅河进出口之间。

4闸型

比选本工程水闸底板高程24．5m，闸门挡水高程33m，闸门高8．5m，100年一遇洪水位39．33m，从防洪、景观、运行维护的角度，几种闸型进行了分析比较，综合确定闸型。由表3比选结果，选择升卧式平面钢闸门＋固定卷扬机作为本工程的闸型。

5布置方案

比选本工程提出两种方案：方案一：水闸＋溢流堰。闸室横向轴线与河道水流方向正交，结合地形，在河道主槽新建闸室，保留右岸滩地且新建溢流堰。方案二：船闸＋水闸＋溢流堰。在方案一的基础上，右岸增设一孔船闸，其余布置同方案一。现状捞刀河由于水渡河橡胶坝，不具备航运能力。新水渡河闸竣工后，拆除橡胶坝，若在新的水渡河闸上加设船闸，可使捞刀河河口至赤石河坝20km的航道全线贯通。但新水渡河闸上游为星沙自来水厂取水的水源保护区，船只通航后可能会对水体造成污染。因此，将方案一作为推荐方案。

6结构形式比选

6．1水闸孔数的确定

闸址处河道主槽宽128m，河道主槽右岸有160m宽滩地，结合现状地形，闸室总净宽为96m，与河道主槽宽度的比值为0．75。为优化工程调度方案，较少拦河闸启闭的频率，利用小洪水冲砂，水闸布置采取大小闸结合的方式，即较大宽度的泄洪闸与较小宽度的冲砂闸结合布置。根据水闸地勘成果，闸底板坐落在岩基上，故闸室的单块长度不超过20m，初步拟定泄洪闸单孔净宽为16m，冲砂闸单孔净宽为8m，对称布置。根据《水闸设计规范》（SL265－2001），当闸孔数少于8孔，宜采用单数孔，当闸孔数超过8孔时，也可采用双数孔。泄洪闸设计初拟5孔、7孔、9孔、10孔4种孔数方案进行比选。通过表4的比选结果，方案一投资最省，因此水闸闸孔采用泄洪闸5孔，每孔净宽16m；冲沙闸2孔，每孔净宽8m，布置采用1孔泄洪闸＋1孔冲沙闸＋3孔泄洪闸＋1孔冲沙闸＋1孔泄洪闸的形式。

6．2分缝形式的确定

水闸闸型采用开敞式，平底板布置。闸室总净宽96m，共设闸门7孔，其中冲沙闸2孔，单孔净宽8m，泄洪闸5孔，单孔净宽16m。考虑水闸底板坐落在岩基上，故闸室的分缝长度不宜超过20m，为合理选择水闸分缝位置，提出两种方案进行比选。方案一：永久缝设在闸墩上，闸墩与底板固结在一起形成Π型结构，水闸的中墩均为缝墩，每一孔闸作为独立整体，边墩厚2．0m，各缝墩厚度均为1．70m，计入逢宽20mm，拦河闸总长度120．52m。方案二：永久缝设在每孔闸闸底板中间，闸墩与底板形成T或L型结构，边墩厚1．8m，中墩厚为2．2m，拦河闸总长度112．8m。通过表5的比选结果，方案二较方案一节省投资453．3万元。拟建闸基坐落在强风化砾岩上，下部为弱风化砾岩，地基承载力较好，各闸块基底弹性模量相近、地基沉降量相同。因此选择方案二布置水闸顺水流向永久缝，永久缝设在每孔闸闸底板中间，闸墩与底板形成“T”或“L”型结构。

7水闸总体布置

水闸工程顺水流方形总长144．58m，自上而下为上游连接段20m民，上游铺盖段15m，闸室段21m，下游消力池段38．5m，下游铺盖段10m，下游海漫段40m。闸室由5孔泄洪闸和2孔冲砂闸组成，总净宽96m。结合现状地形，闸底板高程26m。闸室右岸溢流堰宽160m。闸门采用下游升卧式钢闸门，下游侧闸墩顶高程主要由闸门开启过洪时闸门不脱槽来确定，闸址处捞刀河100年一遇水位为39．33m，为防止漂浮物撞击，闸门开启后闸门底缘或桥板底缘与洪水位净空高取1．5m，取拟闸门开启后底缘高程为41m，闸墩顶面高程为42．5m。为了减小工程量，上游侧闸墩顶高程用正常蓄水位33m加波浪计算高度0．42m与相应安全超高0．5m确定，计算为33．92m，取上游侧闸墩顶高程为34．0m。

8结语

通过工程实例，从水闸功能、水文地质、施工管理、工程投资等角度，介绍了水闸方案设计阶段，在水闸闸址选择、闸型选择、总体布置、结构形式等方面的方案比选过程，为类似工程提供一定的参考价值。

作者：胡亭 单位：深圳市水务规划设计院