濉河节制闸设计方案

陈业芹 王艾艾

（1.江苏嘉源建设项目管理有限公司 宿迁 223800 2.上海宏波工程咨询管理有限公司上海 201700）

1 工程概况

1.1 基本情况

濉河节制闸是濉河入洪泽湖控制性水闸，是一座集排涝、挡洪、蓄水、引水、通航功能于一体的建筑物。濉河节制闸工程于1993年完工，闸孔为5孔，单孔净宽8m，总净宽40m，现已不满足社会经济发展的要求，拟对其扩建。目前项目正在实施，能够提高水闸的行洪除涝标准，兼顾提升通航能力，根据水文计算，濉河节制闸扩建部分的10年一遇排涝流量为154.5m3/s、20年一遇排涝流量为193.6m3/s（濉河节制闸10年一遇总排涝流量为540.8m3/s、20年一遇总排涝流量为677.5m3/s）。

濉河在濉河节制闸上游350m 处分为两岔，濉河节制闸现位于左岔河道上，右岔河道现已封堵并修建了环湖公路。

1.2 设计基本资料

濉河节制闸扩建工程水位及流量资料见表1。

表1 濉河节制闸的水位及流量参数表

结合濉河航运要求，濉河节制闸扩建工程考虑新建一通航孔，通航孔按5 级船闸的标准确定，其水位见表2。

表2 通航孔设计特征参数表

1.3 设计标准

根据《水闸设计规范》，濉河节制闸主要建筑物级别为3 级，交通桥荷载等级为公路-Ⅱ级。

2 闸址及布置比选

濉河节制闸经过20 多年的运行，目前除规模偏小外，运行尚好，无必要拆建老闸。同时考虑到濉河节制闸有通航要求，现有8m 宽通航孔不满足要求。为解决过流能力不足，确定以下三种方案进行比选。

2.1 方案一

扩建的水闸位于右岔河道中，如图1所示。该方案工程内容为扩建节制闸。方案的缺点是在老河槽拦河建设，回填量较大、两侧连接翼墙较长。优点是与老闸分开，无拆除量，对老闸影响较小，工程投资略大。

图1 濉河节制闸扩建工程闸址方案一布置图

2.2 方案二

扩建节制闸在老闸左侧布置，如图2所示。该方案工程内容为拆除濉河节制闸左侧翼墙、岸墙及上下游连接段，新建翼墙、节制闸及附属设施。方案的缺点是节制闸中心线与河道中心线有偏差，水流不顺畅，扩建部分压占左侧堤防，需向左侧搬堤5～6m。方案优点是新老闸并列布置，调度运行较为方便。相较于方案一，增加左侧翼墙拆除量，减少右侧翼墙新建工程量，投资相对较低。

图2 濉河节制闸扩建工程闸址方案二布置图

2.3 方案三

扩建节制闸在老闸右侧布置，如图3所示。该方案工程内容为拆除濉河节制闸右侧翼墙、岸墙及管理所部分道路和房屋，新建翼墙、节制闸。方案的缺点是节制闸中心线与河道中心线有偏差，水流不顺畅；相较于方案二拆除量更大、破坏现有管理所布置。方案优点是新老闸并列布置，调度运行较为方便。相较于方案一，增加右侧翼墙拆除量，减少左侧翼墙新建工程量；相较于方案二，增加管理所拆除量，投资相对最大。

图3 濉河节制闸扩建工程闸址方案三布置图

从整体空间布置协调性、对老闸及管理所影响程度、安全运行、投资等方面分析，方案一的工程布置更为合理，本次工程推荐采用方案一。

3 结构设计

3.1 总体布置

濉河节制闸扩建工程共设置1 孔水闸，布置在右岔河道中，为单孔净宽16m 开敞式节制闸，兼有通航功能。闸室顺水流向长30.00m，垂直水流向宽18.40m。闸室底板顶高程9.00m，消力池顶高程7.90m，河道底高程9.00m。上游底为混凝土护底（长40.00m）+钢筋混凝土铺盖（长25.00m），下游消力池长19.00m。采用钢筋混凝土工作桥排架，“π”型工作桥梁，工作桥上设启闭机房18.00m×5.50m。工作闸门选用1 扇16.00m×6.00m（宽×高）平板式升卧钢闸门，配QP-2×5000 双吊点卷扬式启闭机1 台套。

3.2 特征高程及相关尺寸确定

本次濉河节制闸扩孔部分兼有通航功能，闸孔净宽按5 级船闸的标准确定。

根据当地多年的过船统计，此次船闸设计采用的代表船型为2 排1 列。船队尺寸为91.0m×9.2m×1.3m（长×宽×设计吃水）。船闸闸首和闸室有效宽度不应小于Bx。

Bx=∑bc+bf；bf=Δb+0.025（n-1）bc

式中：Bx—船闸闸首和闸室有效宽度（m）；

∑bc—同一闸次过闸船舶并列停泊于闸室的最大总宽度（m）；

bf—富裕宽度（m）；

Δb—富裕宽度附加值（m）；

n—过闸停泊在闸室的船舶的列数（m）。

将所选船队尺寸代入上述公式可得，通航孔有效宽度为10.40m；门槛最小水深为2.08m。同时参考《内河通航标准》（GB50139）表4.1.4，取值为16.00m。

有通航功能的过水建筑物各部分高程不仅要保证船舶能安全、顺利通过，而且要保证船闸运转操作的安全和方便。此次设计参照5 级船闸的标准确定。

①上游翼墙顶高程（参照上游导航建筑物顶高程）=上游设计最高通航水位+超高（空载干弦）=14.5+1.50=16.00m，结合周边地面及堤防高程取值为16.60m；

②下游翼墙顶高程（参照下游导航建筑物顶高程）=下游最高通航水位+超高（空载干弦）=14.50+1.5m=16.00m，结合周边地面及堤防高程取值为16.00m；

③闸室底高程=下游设计最低通航水位-闸室设计水深=11.50-2.50=9.00m；

④闸门顶高程（参照下闸首门顶高程）=下游校核防洪水位+超高=14.5+0.50=15.00m；

⑤交通桥底高程= 最高通航水位+ 净空=14.50+5.00=19.50m。

3.3 水力计算

3.3.1 孔径计算

节制闸拟采用1 孔，底板与河底高程同为9.00m。根据初步选定的闸孔形式，按照《水闸设计规范》相关公式计算闸孔宽度。

根据计算结果，计算净宽为56.28m，现状老闸闸孔为5 孔8m 宽，因此扩建的闸孔宽度为56.28-5×8=16.28m，本次水闸以过流能力定规模、兼顾通航要求，因此取16.00m。

3.3.2 消能计算

根据上下游水位、闸门开度和地形等条件，假定闸门不同的开度e、消力池底高程，然后进行水跃计算，求出跃前水深hc及跃后水深h"c，从而确定池深以及池底高程。

（1）消力池深度、长度计算

经计算得消力池深度d=0.90m，取1.10m；Lj=13.16m，衔接段的坡比为1 ∶4，则最终计算Lsj=14.27m，加上连接段及齿坎最终取值为19.00m。

（2）海漫长度计算

计算得：Lp=33.64m，海漫长度取值为40.00m。

4 结语

入洪泽湖河道有其特殊性，加上河道穿过城区，对河道及骨干节制闸的行洪除涝能力提出更高要求，结合河道下游的引水灌溉、通航等要求，该节制闸的建设控制因素更加复杂，为此在水闸的规模确定、布置比选及闸孔确定方面作了较为详细的描述，以期在同类项目设计中能够起到一定的借鉴作用■