成子河分洪閘水利樞紐工程消能防沖計算

殷憲柱 王婷婷 陳 亮

（1.宿遷市水務勘測設計研究有限公司 宿遷 223800 2.睢寧縣水務局 睢寧 221200）

1 概述

成子河分洪閘為黃河故道利用成子河航道向洪澤湖分洪的控制性建筑物，位于宿遷市泗陽縣境內樁號K87+100處，根據黃河干河治理工程初步設計成果可知：成子河分洪閘閘址處的黃河底高程為14.00m，但下游已建成的成子河航道底高程為8.30m，高差達5.70m。

2 設計參數

成子河分洪閘的水位組合及流量見表1。

3 工程布置

工程布置見圖1。

3.1 閘室段

成子河分洪閘共5 孔，單孔凈寬6.00m，總寬35.60m（堰面以下段為36.40m），閘室底板采用低堰空箱式結構，堰頂高程為14.50m，底板底高程為10.20m，空箱高度為2.00m。閘室縱向順水流向長16.10m，橫向垂直水流寬35.60m。閘墩頂高程同交通橋頂高程為20.00m。閘室上游設置檢修橋，總寬3.3m，兩側設置混凝土欄桿，中間采用混凝土蓋板覆蓋橋修門槽。下游設置交通橋，總寬6.00m（兩側設置0.5m防撞墻），橋面板厚0.70m，上設10cm厚鋪裝層，采用1.5%結構找坡。

工作橋墩均采用實體“T”型結構，底寬為3.60m，頂寬為5.00m。閘門槽上游部分的橋墩同中墩（邊墩）厚度，閘門槽下游部分的橋墩厚度為0.4m（邊墩處為0.5m）。上游懸挑處設置工字鋼并配備5t 電動葫蘆，以方便檢修閘門。

工作橋面板采用“π”型，長35.6m，寬5.00m。橋面由4根主梁、10根次梁組成。主梁間距1.35m，梁高0.70m，寬0.40m；次梁設置在中間兩根主梁的啟閉機吊點處，間距0.7m，高0.40m，寬0.30m。啟閉機吊點位置均預留邊長0.7m 的預留孔，方便啟閉操作。

表1 成子河分洪閘設計參數表

圖1 工程布置圖

表2 設計工況消能計算成果表

表3 校核工況消能計算成果表

3.2 上、下游連接段結構設計

閘室上游翼墻采用扶壁式擋墻+懸臂式擋墻與現狀灘面銜接。上游翼墻分為6 節，頂高程為20.00m。翼墻采用直線+圓弧平面+直線布置形式。直線段以9°的角度向兩側擴散，圓弧段圓心角81°，圓弧半徑為11.50m。

下游翼墻采用扶壁式擋墻+懸臂式擋墻與現狀灘面銜接。翼墻分為7 節，頂高程為16.50m。翼墻采用直線+圓弧平面+直線布置形式。直線段以8°的角度向兩側擴散，圓弧段圓心角82°，圓弧半徑為8.40m。

3.3 防護工程結構設計

為避免河道沖刷，現對閘室上下游進行護砌。上游鋪蓋前端設置30m 長灌砌塊石護底及40m 長灌砌塊石護坡，在護底前端設置1.5m 深防沖槽（考慮黃河沿線土質耐沖性較差）；下游消力池末端設置1 ∶30 的海漫，高程從10.40m 漸變至8.30m，長63.00m。海漫及兩側護坡（高程13.50m 以下）均采用灌砌塊石護砌。海漫末端設置防沖槽，槽深2.50m，寬10.60m。

防沖槽末端219.8m 河坡采用灌砌石+聯鎖塊的結構進行防護，余下至導流墻段總長為108.61m，考慮圍堰影響，采用拋石+聯鎖塊護砌結構。

4 消能防沖計算

4.1 消能計算

計算消能公式如下：

第一級消力池計算時根據不同的開度計算閘底坎為實用堰時的單寬流量，而下游水深則取末端坎頂的堰上水頭。其計算公式為：

上游水頭同第一級消力池末端的坎頂水頭。

根據成子河分洪閘設計參數表1可知其設計消能計算工況為：上游水位17.50m，下游水位11.30m；消能校核工況為：上游水位19.00m，下游水位12.00m。

根據閘門不同的開度，設計、校核工況的計算成果見表2、表3。

根據表2、表3，最終選擇閘下第一級消力池深1.80m，池長20.94m（含閘室堰下水平段2.938m，含消力坎寬0.7m），厚度為0.9m，滿足要求。第二級消力池深1.20m，池長13.60m（含末端坎寬0.5m），厚度為0.8m，滿足要求。

4.2 防沖設計

上游鋪蓋前端設置30m 長灌砌塊石護底及40m 長灌砌塊石護坡，在護底前端設置1.5m 深防沖槽；下游消力池末端設置1 ∶30 的海漫，高程從10.40m 漸變至8.30m，長63.00m。海漫及兩側護坡（高程13.50m 以下）均采用灌砌塊石護砌，河坡高程13.50～15.50m 之間采用聯鎖塊護砌。海漫末端設置防沖槽，槽深2.50m，寬10.60m。

防沖槽末端219.8m 河坡采用灌砌石+聯鎖塊的結構進行防護，余下至導流墻段總長為108.61，考慮圍堰影響，采用拋石+聯鎖塊護砌結構，高程8.30～13.50m 之間采用拋石，厚度為0.8m，高程13.50～15.50m 之間采用聯鎖塊護砌■