节制分水闸设计与稳定计算

□林秀凤（喀什地区水利水电勘测设计院）

节制分水闸设计与稳定计算

□林秀凤（喀什地区水利水电勘测设计院）

节制分水闸设计与稳定计算在灌区续建配套与节水改造工程中较为关键，文章针对工程特性，进行了闸室基底应力的计算、闸室设计工况与稳定性计算，结果表明，闸室设计遇到问题较多，为平衡地基应力并提高闸室抗滑安全系数，可以采用加大闸底板横向尺寸，也可以采用其他可行方式，但是必须充分考虑地下水位上升对闸室基底稳定所带来的影响。

灌区；节制分水闸；基底应力；稳定计算

1 工程概况

新疆喀什噶尔灌区续建配套与节水改造工程渠道总长度为7 138.15 km，其中总干渠116.07 km，干渠1 426.25 km，分干渠420.20 km，支斗渠5 175.63 km。根据喀什噶尔灌区骨干渠道原规划、完成、实施方案续改建情况统计表，1996（1998）-2010年喀什噶尔灌区骨干渠道完成的主要内容为：总防渗长度163.42 km，其中总干渠42.77 km，干渠69.38 km，分干渠30.10 km，支斗渠21.17 km。

工程节制分水闸设计流量为18 m3/s，闸底板高程均为1215.73 m。节制闸设2孔，孔口净宽3 m，闸底板厚0.70 m，闸室全长9.50 m，消力池长20 m，池深2 m。右岸分水闸3孔，右1孔口宽2 m；右2、3孔口宽1.50 m，闸底板厚0.70 m，闸室全长9.50 m，消力池长8 m，池深0.50 m。左岸分水闸1孔，孔宽1.50 m，闸底板厚0.70 m，闸室全长9.50 m，消力池长8 m，池深0.50 m。节制闸底板和边墙采用整体式混凝土浇筑，分水闸底板与边墙采用整体式混凝土浇筑，分水闸后设农桥一座，农桥桥面宽度5 m，两侧设0.25 m桥台。闸底换填碎石垫层，换填深度70 cm。节制闸后因纵坡调整，闸后设跌水消力池，保护渠道。

2 节制分水闸设计

2.1 复核进水闸水力计算

本次渠道改造后，和夏瓦提乡干渠设计引水流量为18 m3/s，加大流量为22 m3/s。现状年和夏瓦提乡干渠进水闸为1孔，闸孔净宽为3.40 m，采用《水闸设计规范》SL265-2001中的公式核算过闸流量。

式中：B0——闸孔总净宽，m；Q——过闸流量，m3/s；δ——淹没系数，由hs/H0=0.63，查表得δ＝1；m'——综合流量系数，m'＝0.36；g——重力加速度；H0——计入行进流速的堰上水深。

根据以上公式，和夏瓦提乡干渠进水闸过流能力列表计算见表1：

表1 和夏瓦提乡干渠进水闸（英阿瓦提渠首）水力计算表

从表1可以看出，现有1孔，孔宽为3.40 m。闸孔宽度满足设计流量要求，不满足校核流量要求，需对闸室进行扩建。

2.2 高淹没出流

对于平底闸，当堰流处于高淹没度（hs/H0≥0.90）时，闸孔总净宽按以下公式计算。

式中：μ0——淹没堰流的综合流量系数。

根据以上公式，已建、改建节制分水闸过流能力见表2。

对其余分水闸因分水流量为0.10 m3/s，为降低闸门高度及控制引水，分水闸上设胸墙，流量计算采用闸孔出流计算。

根据计算可知，在设计水深时，闸门开启10～60 cm即能满足分水闸引水流量，考虑到闸室淤积、枯水期引水及闸门设计等因素，分水闸孔口净高为0.80 m，即胸墙底边距闸底板距离为0.80 m。由于该7处节制分水闸均能满足过流能力，可14+000、15+700、20+230闸室断裂、消力池破损，闸门及启闭机丢失。故本次5+415、14+000、15+700、20+230处节制分水闸拆除改建，24+540、27+762处节制闸过流满足设计过流量，节制闸完好，故保留。

表2 已建、改建节制分水闸过流能力复核表

3 节制分水闸稳定计算分析

3.1 闸室基底应力计算

闸室基底应力根据结构布置及受力情况利用以下公式计算：

式中：Pmax——闸室基底应力最大值（kPa）；Pmin——闸室基底应力最小值（kPa）；∑G——作用在闸室上的所有竖向荷载；A——闸室基底面积（m2）；e——合力距闸底中心的偏心距（m）；B——底板沿流水方向的宽度（m）。

式中：∑M——作用在闸室上所有竖向力及水平荷载对基础底面的垂直水流方向的形心轴的力矩（kN·m）。

实测工程场址处的地基承载力为80 kPa，根据规范规定，闸室基底应力满足规范要求，具体计算详见表3、表4。

表3 完建期闸室力与力矩计算表

表4 运行期闸室基底压力计算表

3.2 闸室抗滑安全系数计算

土基上沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数利用以下公式计算：

式中：Kc——沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；f——闸室基底面与地基之间的摩擦系数，f＝0.40；∑G——作用在闸室上的所有竖向荷载；∑H——作用在闸室上的所有水平荷载。

经计算，沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数Kc为4.62，满足抗滑稳定要求。

4 结语

文章针对工程节制分水闸闸室稳定计算中的特殊问题，进行了闸室基底应力计算、闸室设计工况及所对应问题的处理，结果表明闸底板横向尺寸增大方式对于节制分水闸基底应力稳定及抗滑安全系数的提高积极作用显著，如遇地下水位升高，随着节制分水闸结构自重的增加，闸底板托浮力相应增加，则会对抗滑安全系数起到削减作用，为此设计时必须充分考虑地下水位升高时的排水问题。

［1］张志方，分水闸工程在友谊灌区节水改造工程中的应用［J］，黑龙江水利科技，2010，38（6）：74-75.

［2］李翔，张英英，灌区续建配套与节水改造分析探讨［J］，建筑工程技术与设计，2015（10）：104-105.

［3］魏泽，阿库木引水枢纽左岸进水闸闸室基底应力复核计算［J］，水利科技与经济，2016，22（12）：82-85.

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1673-8853（2017）10-0066-02

2017-7-15

编辑：符 蕾