平原区某蓄水建筑物设计方案选择

贺淑全 侯立刚 马兴高 成志超

（1.宿迁市水务勘测设计研究有限公司 宿迁 223800 2.宿迁市市区河道管理中心 宿迁 223800）

1 基本资料

平原地区某河道蓄水建筑物的功能：①蓄水，保持上游水生态环境；②排泄涝水。蓄水建筑物所在河道上游处河底设计高程10.60m，河道底宽18.00m，下游处河底设计高程10.60m，河道底宽18.0m，上、下游右岸河槽边坡均为1 ∶2.5，堤顶高程为18.0m，在高程15.6m 位置设置平台，宽3.0m，左岸河槽坡比为1 ∶2.0，堤顶高程为17.70m。设计10年一遇排涝流量为82.60m3/s，20年一遇校核流量为104.22m3/s，上游设计蓄水位14.50m。

1.1 设计标准

根据《水闸设计规范》（SL265-2016），其建筑物级别为3 级。

1.2 水位组合

蓄水建筑物设计流量、水位参数见表1。

2 方案比选

目前，平原地区蓄水建筑物应用较为广泛的有水闸、橡胶坝等。通过对水闸和橡胶坝两种结构形式进行方案比选，确定建筑物形式。

2.1 方案一：水闸

2.1.1 闸孔总净宽确定

已知上游设计水深（设计10年一遇排涝工况，包括行进流速）Ho=4.68m，下游设计水深hs=4.58m，hs/Ho=0.978>0.90，属于高淹没度堰流。按照下式计算孔径：

式中：Bo—闸孔总净宽，m；

Q—设计流量，为82.60m3/s；

Ho—计入行进流速水头的堰上水深，m；

hs—由堰顶算起的下游水深，m；

μo—淹没堰流的综合流量系数。

各个计算参数与计算结果见表2。

由表2知，蓄水闸计算净宽为11.50m，取12.00m，满足设计要求。拟做3 孔，单孔净宽4m。

按照20年一遇行洪工况复核，在设计净宽12.00m 情况下，水闸可通过流量106.24m3/s，大于104.22m3/s，满足要求。

2.1.2 总体布置

水闸闸中心线与河道中心线重合，闸室采用平底板宽顶堰开敞式结构，闸单孔净宽4.00m，共3 孔，总净宽12.00m，底板顶高程为10.60m，闸顶高程为16.60m，底板厚0.80m，底板顺水流方向长度为11.00m，垂直水流向宽15.40m，边墩厚0.80m，中墩厚0.90m。

闸室上部采用钢筋混凝土工作桥排架，“π”型工作桥梁，工作桥顶高程为21.60m，工作桥上设启闭机房15.40m×4.50m；交通桥桥面净宽3.5m，两侧设置防撞墙（每侧宽0.5m）。

表1 蓄水建筑物设计流量、水位参数表

表2 过闸流量计算成果表

闸室上游设置钢筋混凝土铺盖，厚0.50m，顺水流向长9.98m。闸室下游设置钢筋混凝土下挖式消力池，池深0.80m，池长12.48m，池底顶高程9.80m，消力池末端设置反滤层和冒水孔。池后设有混凝土海漫，海漫全长30m，顶面高程10.60m。海漫后设深2.0m 的抛石防冲槽。

闸室上、下游设圆弧形扶壁式挡土墙+悬臂式挡土墙与河岸连接，闸室上游第一级翼墙采用圆弧形钢筋混凝土扶壁式挡土墙结构，顺水流长度9.30m；闸室下游第一级翼墙采用圆弧形钢筋混凝土扶壁式挡土墙结构，顺水流长度为12.48m，闸室上、下游第二级左侧翼墙为4.7m 钢筋混凝土悬臂式挡土墙，第二级右侧翼墙为8.7m 钢筋混凝土悬臂式挡土墙。上下游河道均采用底部120mm 厚C20 素混凝土护坡+上部联锁块护砌。

本闸设直升式钢闸门，为使水重有利于闸室稳定，将闸门设于下游侧，闸门规格为3.96m×4.30m，共3 扇，配3 台套QP-2×125kN-8 卷扬式启闭机。

2.2 方案二：橡胶坝

2.2.1 橡胶坝净宽确定

橡胶坝在河道河底宽18m，河底高程10.60m，设计常水位14.50m。需要最高挡水高度2.80m。根据河道现状，考虑到河道20年一遇行洪流量，设计橡胶坝长度定为20m，采用充水式橡胶坝。

2.2.2 总体布置

橡胶坝中心线与河道中心线重合，橡胶坝布置由铺盖、坝体、消力池、进出口护坡护底、上下游翼墙、取水口和泵室组成。橡胶坝闸室采用平底板宽顶堰型式，净宽20m，闸身顺水流向长12.50m，垂直水流向宽20.0m；上下游连接段均采用八字型翼墙连接；上游钢筋混凝土铺盖长12.00m，下游钢筋混凝土消力池长18.00m，池后设有混凝土海漫，海漫全长30m，顶面高程10.60m。海漫后设深2.0m 的抛石防冲槽。橡胶坝位置河底高程为10.6m，设计坝体顶高程为11.70m。高差渐变位置分别设置在上游护坦和下游消力池段，采用1 ∶4.0 斜坡顺接。橡胶坝10年一遇过流量为89.13m3/s，20年一遇过流量为104.61m3/s，满足河道10年一遇、20年一遇行洪要求。

橡胶坝取水口设置在进水侧护坦上，取水口长×宽×深规格为2.0m×2.0m×0.8m，为钢筋混凝土结构；机房为干式型泵房，结构为钢筋混凝土形式，泵室长×宽为6.1m×5.5m，深5.3m，底板、侧墙厚为0.5m，泵室结构钢筋混凝土结构；消力池为挖深式，结合坝底顶高程和河底高差，下游消力池深1.9m、长17.98m。海漫采用C20 混凝土结构，长20m。泵室中设2 台套200HWG-8 卧式混流泵（一用一备），配11kW 异步电动机。橡胶坝上、下游设直线型翼墙与河岸连接，采用“八”字型布置，与河道衔接。

2.3 工程投资

水闸和橡胶坝工程投资见表3。

表3 水闸和橡胶坝工程投资对比表

2.4 水闸和橡胶坝优缺点

水闸和橡胶坝的优缺点对比详见表4。

表4 水闸和橡胶坝的优缺点对比表

考虑到蓄水闸和橡胶坝总体投资相差不多，但橡胶坝坝带使用寿命短，易损坏，更换相对复杂，且费用较高，升坝和塌落坝时间较长，不便于控制水位，本次推荐方案一，选用水闸方案。

3 结语

本文通过分析水闸和橡胶坝结构形式、工程投资、运行管理，分析其优缺点，确定选取采用水闸蓄水、排涝这一方案，可为平原地区蓄水建筑物的设计提供参考■