钢坝闸在北京市西郊砂石坑蓄洪工程中的应用

尚常清，韩亚超，崔瑞香

(1.北京合生润泽工程设计有限公司，北京 100089；2.北京市首都规划设计工程咨询开发有限公司，北京 100045)

北京市西郊砂石坑蓄洪工程是将永引渠杏石口节制闸上游洪水，通过新建永引渠杏石口分洪闸、新建分洪暗涵引入阜石路砂石坑、西黄村砂石坑滞蓄的工程，同时利用砂石坑回补地下水。

新建永引渠节制闸是北京市西郊砂石坑蓄洪工程的一项重要内容。新建杏石口节制闸与新建阜石路砂石坑分洪闸(现状杏石口节制闸上游50.0m)布置在同一条轴线上。北京市西郊砂石坑蓄洪工程等别为Ⅱ等，节制闸为主要建筑物，级别为2级。节制闸工程规划标准为100a一遇。新建节制闸采用1孔钢坝闸，净宽18m。

1 方案比选

1.1 方案一：新建分洪闸，保留利用现状杏石口节制闸

新建永引渠分洪闸布置在现状永引渠杏石口节制闸上游右岸，与现状闸紧邻布置。如图1所示。

杏石口节制闸位于永定河引水渠2号跌水上游，建于20世纪90年代初，为3孔平板闸，单孔净宽6m，总宽18m。节制闸上游为东水西调工程2号泵站调节池。

本方案为减少改移电信、电力等管线数量，给永引渠南侧滨河大道路下管线综合留出空间，新建分洪闸及分洪暗涵跌落井不占滨河路，分洪闸及分洪暗涵跌落井均布置在现状渠坡位置。为了减少侵占渠道河底，西黄村分洪闸与阜石路分洪闸分开布置。

图1 永引渠分洪闸平面图(方案一)

1.2 方案二(推荐方案)：新建分洪闸，拆除现状杏石口节制闸，统一整体布置

根据北京市水务局京水务建管〔2013〕195号《北京市水务局关于研究西郊蓄洪工程进口闸布置与管理相关问题的会议纪要》，为管理方便，本设计方案将现状杏石口节制闸拆除，与3处分洪口建成整体枢纽，总体紧凑布置。如图2所示。

永引渠渠道建成于1969年，该段渠道底宽20m，边坡1∶3，永引渠1号跌水(刘娘府)到2号跌水(杏石口)长2267m，渠底高程62.65～62.19m，纵坡i=0.0002，该段渠道原设计引水流量50m3/s，设计水深2.25m。

现状杏石口节制闸建成于1990年，为3孔平板闸，单孔净宽6m，总宽18m。

新建节制闸采用1孔钢坝，净宽18m，规模同原闸，经闸室过流能力计算，最大过流能力为95m3/s。阜石路砂石坑分洪闸为2孔，单孔净宽4m，采用合页活动坝；西黄村砂石坑分洪闸为1孔，净宽2.5m，位于渠道南岸，垂直渠道布置，与北岸东水西调进水闸对称布置，采用铸铁闸门。

图2 永引渠分洪闸平面图(方案二)

图3 钢坝闸平面布置

图4 钢坝闸纵剖面

2 钢坝闸设计

新建节制闸采用1孔钢坝，闸室净宽18m，闸室底板高程62.20m，墩顶高程65.70m。

节制闸顺水流向总长64.30m，其中铺盖段长20m，闸室段12m，消力池段长15m，海漫段长17.3m。采用C30W6F150钢筋混凝土。钢坝两端液压井室净宽2m，井室壁厚0.5m。设计正常蓄水位同原永引渠作为东水西调工程的调节池最高水位65.00m，闸门顶高程65.20m。设计100a一遇洪水位64.78m。钢坝闸平面布置如图3所示。

钢坝闸纵剖面图如图4所示。

3 节制闸过流能力计算

永定河引水渠起点为三家店进水闸，经模式口、杏石口、八一湖至西便门，全长25.38km，建成于20世纪50年代末，杏石口节制闸位于1号跌水和2号跌水段之间，该段渠道断面输水设计流量50m3/s。

计算结果表明新建杏石口节制闸净宽18m(详见表1)，满足输水过流能力的需要。

4 节制闸闸室稳定计算

根据SL265-2001《水闸设计规范》，复核橡胶坝底板的抗滑、抗浮稳定，地基承载力复核。

地基承载力计算公式为：

(1)

表1 过流能力计算

闸室底板抗滑计算公式为：

(2)

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，0.3；∑H—作用在闸室上的全部水平向荷载，kN；其他变量含义同前。

闸室底板抗浮计算公式为：

(3)

式中，Kf—沿闸室基底面的抗浮稳定安全系数；∑V—作用在闸室基底面上的扬压力，kN。

基本计算数据见表2。

表2 节制闸基本数据

经计算，钢坝闸各种工况组合计算结果均满足要求，钢坝闸基底应力均小于地基允许承载力，见表3。

表3 闸室稳定计算成果

5 结论

钢坝闸自2015年建成后经受住大雨的考验，运行良好，无变形和破坏。钢坝闸泄洪能力强、自动化程度高，是一种大大改善河道景观的新型挡蓄水建筑物。虽然行业尚未发布设计规范，但结构简单、无上部结构、施工工期短，而且升坝挡水、降坝行洪，运行效果好，必将在以后的河道治理及景观设计中越来越得到广泛的应用。