仙桃市水利水电建筑勘测设计院 湖北省仙桃市 433000
摘要：节制闸是水闸的一种常见形式，可以起到防洪蓄水的能力。本文主要结合黄林闸工程，对黄林闸设计进行探讨，以提高设计水平，充分发挥水闸的作用，并且希望能够为相关工作者提供借鉴。
关键词：黄林闸设计；节制闸；防洪
在水闸设计过程中，节制闸形式被广泛应用，为了保证节制闸的质量，还应做好节制闸的设计工作，保证节制闸设计质量，为节制闸的施工奠定良好基础，使得节制闸能够达到防洪灌溉等能力，促进我国区域经济的不断发展，满足人们发展要求。
1工程概况
仙桃市位于江汉平原的汉南地区，由长江、汉江和东荆河环绕。总人口158.96万人，国土面积2538km2，其中耕地面积148.029万亩。仙桃市交通十分便利，既有318国道、宜黄高速公路穿越，又有汉江水运。可谓四通八达。拦截城区洪水，阻止洪水向仙下河下游排泄，减轻下游防洪压力，改道由通过新建的跨洪南闸排入杜家台分蓄洪区，在改道河与仙下河交汇处新建节制闸黄林闸。黄林闸的主要任务是节制上游来水，当洪水期，上游来水较大时，关闭黄林闸，使洪水通过跨洪南闸排入杜家台分蓄洪区；灌溉期，关闭跨洪南闸，开启黄林闸，灌溉下游农田。
2水文地质条件
根据地下水的埋藏条件和含水岩组的特征，本区地下水可划分为孔隙潜水、孔隙承压水两种基本类型。孔隙潜水含水层主要分布在第四系全新统冲积层（Q4al）中，由砂壤土、壤土及粉细砂组成含水岩组，多分布在可漫滩、溃口冲积扇等地段。孔隙承压水位于粘性土下覆的粉细砂层中，透水性较好，含水较丰富。孔隙潜水以下大气降水补给为主，还有承压水的越流补给。蒸发是潜水排泄主要方式，向河湖低洼地区的径流排泄处于次要地位。承压水的补给来源于上下含水岩组的越流补给和河流的侧向补给。枯水季节，汉江水位低时，此层水向江中排泄，洪水期相反。承压水与江水水力联系密切。本区地下水承压水出露高程为26.0m左右。据有关资料表明，区内地下水化学类型为重碳酸钙镁水，地下水对混凝土无侵蚀性。黄林闸是老灌溉河上，起着节制和分流作用，这次钻探，共布置钻孔4个，总进尺101m，取原状土样14 个，标贯试验10次，通过钻孔揭露：各土层岩性自上而下为：第一层（Q4s）：第四全新统人工填土层。第二层：粘土（Q4al+l）。第三层：粘土（Q4al）。第四层：粘土夹粉砂。
3挡水灌溉方案及工程布置
为解决城区排涝，即从西桥疏挖仙下河至黄林，然后向东改道经改建跨洪南闸排入洪道，并在老仙下河至黄林兴建黄林节制闸解决下游农田灌溉。为兼顾仙下河下游灌溉，在仙下河10+850m处兴建黄林节制闸一座。黄林闸为Ⅲ级建筑物，洪水期关闭闸门，使洪水通过跨洪南闸排出杜家台分蓄洪区；灌溉期，打开闸门灌溉下游农田。根据洪水期挡水，改道河出洪道最高水位为闸上游最高水位，内垸多年平均枯水位为最低水位；灌溉期，根据内垸农田灌溉需水水位推算得出闸前灌溉水位。
4工程设计
4.1设计规模标准
仙下河以城区排涝为主，兼顾老仙下河黄林下游地区25万亩灌溉供水任务，由于仙下河在黄林改道东行至洪道河，因而，需在老仙下河黄林处兴建一座节制闸，该闸在仙下河汛期排涝时将闸门关闭，肩负防洪任务，在下游灌溉时，开启闭门满足下游需水，根据《水利水电枢纽工程等级划分标准及设计标准》，定为Ⅲ级建筑物。节制闸的设计标准采用《水闸设计规范》SL265-2016及其它有关现行规程、规定设计。
4.2设计参数
1.设计灌溉流量Q＝26.48m3/s
2.设计水位：⑴设计灌溉水位：上游27.00m，下游26.85m；⑵校核洪水位：上游27.50m，下游25.00m。
3.容重指标：⑴回填土容重：γ湿＝1.8t/m3 γ饱和＝2.0t/m3 γ浮＝1.0t/m3 ⑵建筑材料容重：钢筋砼2.5t/m3 素砼2.4t/m3 浆砌石2.3t/m3
4 .闸基础土壤指标：⑴ 地基允许承载力[σ]＝110kpa。⑵地基土与砼之间摩擦系数f＝0.25。⑶土壤压缩系数a＝0.61，内摩擦角α＝10°，内凝聚力C＝15kpa。
5.设计指标：⑴抗滑稳定安全系数：基本结合1.25，特殊组合1.1。⑵地基应力不均匀系数：基本组合1.5，特殊组合2.0。⑶最大沉降量<15cm，相邻部位的沉降差<5cm
4.3工程布置
闸孔形式采用开敞式，闸室长11.6m，其断面为矩形，孔宽4m，底板高程23.35m，底板宽6m，厚1m，闸墩厚0.8～1.0m，闸顶高程28.5m，闸顶为连续T形梁结构，兼交通，顶宽6.8m，闸首布置胸墙，胸墙底高程为26.40m。闸门布置在距闸首1.85m处，采用平面钢闸门型式，配15T螺杆式启闭机1套，启闭机平台面高程32.50m。闸身上、下游采用重力式砼挡土墙加扇形护坡连接，进口段10.1m，出口段10.1m，再接护底护坡，进口段10m，出口段18m。
4.4水力计算
1.闸孔宽度计算
在设计排涝情况下，按照宽顶堰淹没公式计算
式中——跃后水深
hc——收缩水深
α——水流动能校正系数取α＝1.03
q——过闸单宽流量6.62m2/s
b1——消力池首端宽度4m
b2——消力池末端宽度10m
T0——由消力池底板顶算起的总势能
经试算，下游将产生远驱式水跃，跃后水深2.4m，收缩水深0.8m。
根据公式：
d——消力池深度
σ0——水跃淹没系数取σ0＝1.08
hs/——出池河床水深为2.15m
Δz——出池落差
计算为d＝0.3m，取消力池池深为0.6m。
池长计算：
Lsj＝Ls+βLj
式中：Lsj——消力池长度
Ls——消力池斜坡段的水平投影长度
β——水跃长度校正系数，采用0.75
Lj——水跃长度。
计算得Lsj——10.2m，取消力池长度为11m。
消力池底板厚度计算：
式中：ks——海漫长度计算系数，取ks＝10
qs——消力池末端单宽流量。
ΔH——闸孔泄水时的上、下游水位差。
计算得，Lp＝27.7m，取海漫长度为30m。
4.5防渗排水设计
闸室及涵洞的地基为粘土与粉砂层或粘土夹砂，采用简单的平底水平防渗形式，在上游铺盖下设置了三级反滤层，并设φ＝50mm排水孔，渗径长度根据
L＝CΔH
式中：L——闸基防渗长度
ΔH——最大水头差
C——勃莱渗径系数取7。
L实＝21.6m>L校＝14m
4.6稳定分析
1.荷载组合
基本组合：竣工期（内外无水工况）；外江设计洪水位27.50m，内垸25.50m。
2.计算公式
抗滑稳定安全系数
∑G——作用在闸室的全部竖向荷载
∑M——作用在闸室的全部竖向和水平荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩。
稳定计算计算结果表明：闸室平均地基应力为60KN/m2，小于地基承载力110 KN/m2，地基不均系数、抗滑稳定安全系数等均满足设计规范要求。
总结：
节制的形式较多，在具体设计过程中，应根据实际情况，科学、合理的选择节制闸形式，并按照国家标准以及工程要求进行节制闸设计，分析其经济效以及社会效益，从而建造出优质的节制闸工程。
参考文献：
[1]尤小强. 水利工程项目的水闸设计探讨[J]. 水资源开发与管理，2016（06）：74-77.
[2]支艳庆. 关于水闸设计要点方法探究[J]. 农业科技与信息，2016（01）：157-158.
[3]舒恒. 水利水电工程中水闸的设计及简析方法[J]. 建筑技术开发，2018，45（11）：28-29.
论文作者:张俊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
标签：下河论文; 下游论文; 水位论文; 水闸论文; 仙桃市论文; 洪水论文; 系数论文; 《防护工程》2018年第34期论文;