德惠新河大胡樓干溝涵閘工程設計分析

朱俊杰

（德州市水利局水利施工處，山東 德州253014）

德惠新河位于徒駭河與馬頰河之間，1968—1970 年開挖完成，河道全長203.5 km，其中在德州境內長126.6 km。大胡樓干溝是慶云縣骨干排水河道之一，起點為尚堂鎮的李含賁，終點為大胡樓干溝涵洞，全長28.6 km，流域面積201.5 km2。原大胡樓干溝涵閘位于德惠新河樁號（112+815）處，已有40 多年歷時，閘門、機架橋損壞嚴重。2013 年5 月，相關部門決定對德惠新河包括大胡樓干溝涵閘在內的6 座涵閘進行徹底重建。

1 大胡樓干溝涵閘設計排澇流量計算

大胡樓干溝是慶云縣境內一條重要的排灌河道，設計采用《山東省海河流域防洪規劃報告》馬頰河流域排水模數，數據見表1。

表1 馬頰河河流域排水模數表

本項目利用排水模數M 與流域面積F 的關系推求涵閘設計排澇流量Q，見式（1）。

慶云縣大胡樓干溝李含賁～入德惠新河河口處（設計樁號為0+000～28+600）流域面積為36.0～201.5 km2，設計排澇流量為16.65～41.04 m3/s，具體數值見表2。

表2 大胡樓干溝排澇流量表

根據以上成果分析，確定慶云縣大胡樓干溝的治理標準為“64 雨型”排澇標準，即入德惠新河河口處大胡樓干溝涵閘設計排澇流量為41.04 m3/s。

2 大胡樓干溝涵閘工程設計分析

新建大胡樓干溝涵閘設計位于原涵閘位置，設計溝底高程2.05 m，底寬15 m，邊坡1∶3，比降1∶20 000，主要設計指標見表3。大胡樓干溝涵閘主要功能有兩個：一是承擔大胡樓干溝向德惠新河的排澇任務；二是防止德惠新河洪水倒灌。

表3 大胡樓干溝涵閘流量計算成果表

2.1 涵閘過流計算

根據涵洞流態判別標準：當h≤D 時，為無壓流；當h≥D 時，為淹沒壓力流。由進口水深H 與洞高D 之比3.5/3=1.16＜1.2，且h=3.2 m＞D=3 m，故洞中水流按有壓淹沒流計算Q，見公式（2）。根據計算結果，擬定涵閘尺寸（高4 m，寬3 m）滿足要求。

式中：m 為淹沒出流的流量系數；H0為計入行近流速水頭的堰上水深，m；A 為過水斷面總面積，36 m2；L 為洞身長度，m；g 為重力加速度，取9.81 m/s2；h 位出口水深，m；i 為涵洞底坡。

2.2 涵閘消能防沖計算

依據水流及地形條件，新建大胡樓干溝涵閘的消能防沖設施采用挖深式消能。閘下消能設計水力條件：在設計條件下，閘上、下游水頭差很小，對沖刷影響??；運行過程中可能出現閘上、下游水位相差較大工況，此時水流對下游沖刷影響較大。

1）消力池尺寸設計。消力池深度d 采用公式（《水閘設計規范》SL265-2016），計算得出d=0.69 m，設計值確定為0.7 m。消力池長度L 采用公式（《水閘設計規范》SL265-2016），計算得出L=12.31 m，設計值確定為12 m。海漫長度計算得LP=17.75 m，參考其他工程經驗，設計值確定為18 m。大胡樓干溝涵閘消力池計算成果見表4。

表4 消能計算成果表 m

2）沖刷深度計算。沖刷深度d′采用公式（《水閘設計規范》SL265-2016），計算得出d′=1.98 m，最終設計值取1.98 m。

2.3 涵閘工程布置設計

1）閘室、箱涵、閘墩結構布置。本閘為3 孔箱涵式涵閘，配3 扇雙向止水鑄鐵閘門。箱涵單節長度為8 m，共2 節，全長16 m；閘室部分底板厚度1 m，順水流方向長8 m；閘墩高5.5 m，涵閘邊墩厚0.8 m，中墩厚0.8 m，凈寬4 m。

2）防滲排水布置。本工程防滲排水布置以水平防滲為主，有防滲要求的護坡下設300 g/m2復合土工膜。閘室底板與消力池之間設651 型PVC止水橡皮和閉孔泡沫板水；在消力池與砌石鋪蓋和砌石護坡之間設閉孔泡沫板，在砌石鋪蓋與砌石護坡之間設閉孔泡沫板沉降縫。消力池下游設三級反濾，通過直徑5 cmPVC 管溢出滲透水。

3）兩岸連接布置。上、下游均為漿砌石扭坡連接，上游段護坡長10 m，扭坡長12 m，材料均為M10 漿砌石；下游段扭坡長12 m，海漫段護坡長18 m，分兩段，拋亂石段護坡長8 m，材料均為M10 漿砌石。

4）上、下游連接布置。閘室上游段護底依次為10 m 長（300 mm 厚）M10 漿砌石鋪蓋，12 m長（500 mm 厚）C25 鋼筋混凝土鋪蓋；下游段布置依次為12 m 長（500 mm 厚）鋼筋混凝土消力池，18 m 長（300 mm 厚）漿砌石海漫（2 段），8 m長（2 m 厚）漿砌石防沖槽。

5）地基處理。為保證大胡樓干溝涵閘整體結構牢固，本項目設計采用“水泥攪拌樁”技術對閘室和涵洞基礎進行加固。設計樁長8 m，直徑0.5 m，樁距1.5 m，梅花樁布置，要求地基經處理后承載力能達到130 kPa，樁基與地基之間鋪設30 cm 厚水泥土墊層。

6）安全監測點設計。本項目主要對新建大胡樓干溝涵閘垂進行直位移觀測，目的是監測建筑物沉降量和沉降差，判斷運用安全穩定性。設計將沉降觀測點布置在兩邊墩墩頂，共設2 個沉降觀測點。標點以φ16 鋼筋制作，頂部焊不銹鋼磨圓，外露混凝土基面1 cm。

3 結 語

涵閘工程是中小型河道最主要的控制調節水流設備，通過對德惠新河上新建大胡樓干溝涵閘設計進行分析說明，為后續施工提供了堅實基礎。該新建涵閘投入使用后，徹底解決了原涵閘問題，且涵閘過流能力、消力池消能效果、地基承載穩定性等參數均經過了數年檢驗和監測，均滿足設計標準。