南四湖湖东堤工程水闸的设计特点

李倩雯 贾永明

一、工程概况

南四湖湖东堤工程位于南四湖东侧，北起济宁市石佛村老运河东堤，南至韩庄镇老运河北堤，全长约124km。湖东堤工程中有大小支流30多条河道穿湖东大堤入南四湖没有进行封闭。为了防止南四湖洪水回灌，在较大支流的回水段进行堤防加固，在较小支流且具有通航要求的河口处建水闸进行河口封闭治理，共建水闸13座，分布在微山和滕州所辖两地，闸址均布置于大堤与河道的交汇处。水闸设计防洪标准根据所处的堤防位置分别采用50年一遇洪水和1957年典型洪水（相当于90年一遇洪水）设防。水闸工程建筑物级别为2级。

二、工程地质

湖东堤工程区地层以第四系松散堆积物为主，分布范围广，主要为冲积形成的浅棕色粘土、湖沼积形成的黑粘土以及冲积洪积形成的壤土夹姜石，局部夹砂薄层；粘土夹姜石、壤土、粘土，局部夹砾质粗砂、中粗砂层等。水闸闸底板底高程介于26.79～29.00m（1985年国家高程基准），所处地层主要为③-1层粘土、②层粘土、③层粘土夹姜石、⑤-1层粘土夹姜石、④层壤土夹姜石。水闸所处地层地基允许承载力在150kPa～200kPa之间，地基压缩模量4.0MPa～6.0MPa。

位于滕州段10座水闸地震设防烈度为Ⅶ度，位于微山段3座水闸地震设防烈度为Ⅵ度。

三、水闸的功能

防洪：在洪水期防止南四湖洪水回灌河道，保证南四湖湖内客水不外泄到湖东地区，减少湖东地区因客水而增加的防洪负担。

泄洪：排泄河道洪水入南四湖，提高湖东地区的防洪能力。

分洪：在高洪水期分泄南四湖洪水入滞洪区。

排涝、灌溉：大堤及入湖河道支堤培修后，在湖东地区就会形成大小不等的相对独立的封闭区域，汛期区内涝水及渗水不能及时排出，干旱时不能灌溉，必然影响工农业及煤矿业的正常发展。建闸后，既可使农田内涝水通过水闸排入南四湖，又可从南四湖内引水灌溉农田或工矿企业之用。

通航：满足湖东堤湖内、外侧的通航要求。

四、设计类型

闸室结构型式均采用开敞式，根据孔口尺寸和闸门型式的不同，将湖东堤水闸类型归纳为3类，如表1。

五、水闸布置

1.闸孔宽度10m水闸

该类水闸包括1孔、2孔、3孔3个孔数，单孔净宽均为10m，共有9座水闸。闸门采用双扉式平面钢闸门，闸门高7.3m或7.0m，设计水头6.79m。闸室边墩型式采用整体式钢筋混凝土“U”型槽结构，基础采用天然地基。

闸室布置在湖东大堤内侧，工作闸门吊点中心线与湖东大堤堤顶中心线距离为7.3m。闸室上部设有启闭机房、机架桥、排架柱、防汛交通桥（连接大堤交通）。启闭机房内置双吊点250kN卷扬启闭机一台。桥头堡（楼梯间）布置在闸室左侧，基础采用柱下钢筋混凝土钻孔灌注桩。

2.闸孔宽度15m水闸

该类水闸为单孔，闸孔宽度15m，包括塘子引河闸、老运河分洪道闸。闸门采用升卧式平面钢闸门，门高8.79m，设计水头7.99m。闸室边墩型式采用整体式钢筋混凝土“U”型槽结构，基础采用天然地基。

闸室布置在湖东大堤外侧，工作闸门吊点中心线与湖东大堤堤顶中心线距离为6.5m。闸室上部设有启闭机房、机架桥、机架桥墩、防汛交通桥。启闭机房内置双吊点250kN卷扬启闭机一台。闸门升起后平卧在闸墩顶部，机架桥墩两侧埋设闸门锁定装置，平卧后的闸门下部净空满足通航要求。

3.闸孔宽度23m水闸

该类水闸为单孔，闸孔宽度23m，包括辛安河闸、小荆河闸。闸门采用叠梁式钢闸门，门高7.8m。闸室边墩和上、下游翼墙均采用空箱式挡土墙型式。

闸室布置在大堤湖内侧，工作闸门吊点中心线与湖东大堤堤顶中心线距离为10.2m。闸室上部不设机房，闸门启闭采用移动式台车和液压自动抓梁。闸室上部设有吊车框梁，便于布设台车移动轨道。闸室湖外侧设有交通桥和引路。闸室左岸设置门库放置叠梁闸门，门库上部布置桥头堡。

六、工程设计特点

1.广泛采用宽深式现浇钢筋混凝土“U”型槽结构

宽深式现浇钢筋混凝土“U”型槽结构，由于槽宽加大后引起底板厚度增大，容易造成工程量增加，所以，以往水利工程“U”型槽宽度多控制在8.0m以下。湖东堤水闸工程设计结合场地工程地质条件，对软基上现浇宽深式“U”型槽宽度进行了有益探讨。闸室及进、出水段均采用宽深式现浇钢筋混凝土“U”型槽结构，槽宽可达到15m，相比采用扶壁式挡土墙结构形式，宽深式“U”型槽结构布置简单，施工方便，解决了土基上高填土侧向挡土墙抗滑稳定问题，可节省混凝土量20%左右。

2.采用异形门槽双扉式平面钢闸门

湖东堤水闸闸门大多数情况下处于开启状态，只在防洪期进行关闭。闸门防洪工况挡水较深，净高度一般需要在7.3m以上，为了降低工程上部结构高度，其中9座水闸采用异形门槽双扉式平面钢闸门。设计充分利用了平面闸门闸室短、布置简单、使用方便、结构受力明确的特点，解决了单纯平面闸门启升高度偏大的缺点，水工结构抗震稳定性好，实现了一套启闭设备同时启闭上、下扉闸门。

表1 南四湖湖东堤水闸分类

3.国内已知单跨最大的升卧式闸门的应用

湖东堤塘子引河闸、老运河分洪道闸采用升卧式闸门方案，闸门宽度达15m，高度达8.7m，为国内已知单跨最大的升卧式闸门。在地震区闸门挡水较高且有通航要求的水利工程中，采用升卧式平面闸门，可以有效地降低排架柱、启闭机房高度，减少工程投资。闸门面板材料选用低合金结构钢，比采用普通钢材重量轻20%左右，闸门重量减轻后，启闭运行更灵活，减少了启闭机容量。

设计方案针对高水头、大跨度闸门存在受力不均匀情况下，设计主轮轴承型式采用自润滑球面滑动轴承，摩擦系数降至青铜轴瓦的1/3，解决了闸门主梁挠度引起的支承结构受力问题。

4.国内通航河道首次采用单孔23m宽，特大孔口叠梁式闸门

湖东堤辛安河闸、小荆河闸通航级别分别为Ⅱ级、Ⅲ级，航道船舶吨位已达1000t。根据《内河通航标准》（GB50139-2004），航道宽度不小于23m，净空高度按京杭运河续建工程统一要求确定为7.0m。由于水闸挡水较深，闸门高度接近8m，考虑到南四湖湖东地区百姓运输煤炭和芦苇较多等实际情况，弧形闸门、升卧式闸门和双扉式闸门已不适用于辛安河闸、小荆河闸。

针对南四湖汛期具有来水量大，短期内库区水位上升缓慢显著特点，设计方案比较后提出叠梁式闸门及移动式台车启闭设备方案。闸门采用 23×2.6×3—7.5/4.71m叠梁式平面钢闸门，共3节，单节高度2.6m，为目前国内最宽叠梁闸门