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【摘 要】本文对南崴子灌区渠首进水闸进行了改建设计，通过严格的计算确定其规模。
【关键词】渠首进水闸；改建设计；水力计算
南崴子灌区为吉林省中型灌区之一，农业总产值占当地生产总值的90%。在当地农业生产及国民经济中占有十分重要的地位。灌区目前存在的问题严重制约本地效益农业的发展，解决这些问题已成为发展本地经济的重中之重，因此，进行南崴子灌区节水配套改造项目建设是非常必要的。建筑物年久失修，因冻融、水蚀、老化等原因，破坏严重。
本次进行渠首进水闸改建设计。
1）工程现状
渠首进水闸现状为3孔1.8×2.0m，引水流量5.75m3/s，进水闸闸室倾斜，消能工已被水毁，整体结构已遭破坏。需拆除改建。且总一进水闸位于渠首进水闸进口翼墙左侧，现状为1孔1.0×1.0m。
2）工程设计
本次设计渠首进水闸桩号0+000，原位左移2m改建。
引水渠护砌长20.5m，采用C20现浇砼板砌护，板厚：底0.2m、边坡0.15m，下铺长丝无纺布（300g/m2）。进口钢筋砼八字墙段采用砼U型槽结构，墙顶宽0.3m，底宽0.6m，墙高4.25～2.2m，U型槽底宽11.0～7.2m，底板厚0.5m，长10.5m，底板高程185.35m。
闸室采用开敞式宽顶堰型式，胸墙闸孔尺寸3孔2.0×2.0m，闸门为2×2m铸铁闸门,启闭机为10吨手电两用启闭机。闸底板座落在含细粒土砂层上，高程185.35m，闸室长8.5m，底板厚0.7m，闸墩厚0.6m。
启闭平台4.0×9.3m，高程189.90m。启闭机室面积21.6m2。
设置交通桥，桥面高程189.60m，长8.4m，宽4.0m。
消力池采用底流式消能，消力池为砼U型槽，消力池与闸室段设0.5米水平段，后接1：4斜坡段过渡，长3.2m，消力池池长10.0m，池底板高程184.55m。底宽7.2-13.0m，底板厚0.6m，池深0.8m。
海漫段长度20m，前4.8米底宽13.0-15.0m，其余底宽15m，边坡1:1.5。海漫底、边坡采用C20现浇砼板砌护，板厚：底0.2m、边坡0.15m，下铺长丝无纺布（300g/m2）。海漫末端设砼防冲齿墙，宽0.3m、深1.2m。
总一进水闸布置：总一进水闸闸室段与总干渠首进水闸为一整体，整浇于渠首进水闸进口八字墙左侧墙身上，长2.0m，底高程为185.83m，闸孔尺寸为1.0×1.0m，闸门为1×1m铸铁闸门,启闭机为2吨手摇式启闭机。洞身段为一孔钢筋砼方涵，断面尺寸1.0×1.0m，底板厚0.4m，顶板、壁厚0.3m，洞长17m。消力池长度为5m，底宽1m，底板为钢筋砼U型槽结构，梯形断面。海漫长度为10m，底宽1m，边坡1:1.5，PP纤维砼板护砌，板厚：底0.1m、边坡0.08m，下铺长丝无纺布（300g/m2）。
3）水力计算
（1）过流能力计算
计算公式：
式中：Q—过闸流量（m3/s）；
m—流量系数；
b—闸孔宽度（m）；
n—孔数；
H0—闸前水头（m）；
ε—侧收缩系数；
σs—淹没系数。
（2）消能防冲计算
a、消力池深度计算
计算公式：
式中：—消力池池深（m）；
—水跃淹没系数（1.05）；
—收缩断面及跃后水深（m）；
—出池水面落差（m）；
—消力池底板顶面算起的总势能（m）；
—消力池出流流速系数（0.95）；
—池内单宽流量（m3/s）；
b1、b2－消力池首端、末端宽度（m）；
ht—出池下游渠道水深（m）；
经计算，消力池深度为0.75m，设计采用0.8m。
b、消力池长度计算
计算公式：
式中：—水跃长度（m）；
—收缩断面及跃后水深(m)；
—消力池池长（m）。
c、海漫长度计算
计算公式：
式中：—海漫长度（m）；
—渠道土质系数；
qs—消力池出口单宽流量（m3/s）；
—水闸上下游水位差（m）。
4）稳定计算公式
（1）渗透稳定计算
参照现有建筑物结构尺寸及经验值，初拟地下轮廓线相关尺寸，采用直线比例法（勃莱法）验算其长度是否满足渗透稳定要求。
计算公式：
L=CH
式中：L—地下轮廓线计算长度（m）；
C—渗径系数；
H—最大水头差（m）。
（2）地基承载力计算
分完建期、运用期两种情况分别进行计算。
计算公式：
式中：－闸室底板受力偏心矩（m）；
—作用于闸室底面以上垂直力总和（KN）；
M—对闸底板上游端点力矩（KN-m）；
A—底板面积（m2）；
B—顺水流底板宽度（m）。
（3）抗滑稳定计算
計算公式：
式中：KC—抗滑稳定安全系数；
－建筑物基底与地基间摩擦系数 ；
—作用于闸室底面以上全部水平荷载（KN）。
水力计算成果如下：
设计流量为5.75m3/s，闸前水位为186.94m，闸底高程为185.35m，闸孔尺寸为2.0*1.8m，消力池深为0.8m，消力池长为10m，海漫长度为20m，下游水位为186.74m。
稳定计算成果如下：
运用期σmax=57.15KPa，σmin=47.93KPa，小于允许应力150 KPa；η=σmax/σmin=1.19，小于允许值2.0。
完建期σmax=59.88KPa，σmin=47.50KPa，小于允许应力150 KPa；η=σmax/σmin=1.26，小于允许值2.0。
【关键词】渠首进水闸；改建设计；水力计算
南崴子灌区为吉林省中型灌区之一，农业总产值占当地生产总值的90%。在当地农业生产及国民经济中占有十分重要的地位。灌区目前存在的问题严重制约本地效益农业的发展，解决这些问题已成为发展本地经济的重中之重，因此，进行南崴子灌区节水配套改造项目建设是非常必要的。建筑物年久失修，因冻融、水蚀、老化等原因，破坏严重。
本次进行渠首进水闸改建设计。
1）工程现状
渠首进水闸现状为3孔1.8×2.0m，引水流量5.75m3/s，进水闸闸室倾斜，消能工已被水毁，整体结构已遭破坏。需拆除改建。且总一进水闸位于渠首进水闸进口翼墙左侧，现状为1孔1.0×1.0m。
2）工程设计
本次设计渠首进水闸桩号0+000，原位左移2m改建。
引水渠护砌长20.5m，采用C20现浇砼板砌护，板厚：底0.2m、边坡0.15m，下铺长丝无纺布（300g/m2）。进口钢筋砼八字墙段采用砼U型槽结构，墙顶宽0.3m，底宽0.6m，墙高4.25～2.2m，U型槽底宽11.0～7.2m，底板厚0.5m，长10.5m，底板高程185.35m。
闸室采用开敞式宽顶堰型式，胸墙闸孔尺寸3孔2.0×2.0m，闸门为2×2m铸铁闸门,启闭机为10吨手电两用启闭机。闸底板座落在含细粒土砂层上，高程185.35m，闸室长8.5m，底板厚0.7m，闸墩厚0.6m。
启闭平台4.0×9.3m，高程189.90m。启闭机室面积21.6m2。
设置交通桥，桥面高程189.60m，长8.4m，宽4.0m。
消力池采用底流式消能，消力池为砼U型槽，消力池与闸室段设0.5米水平段，后接1：4斜坡段过渡，长3.2m，消力池池长10.0m，池底板高程184.55m。底宽7.2-13.0m，底板厚0.6m，池深0.8m。
海漫段长度20m，前4.8米底宽13.0-15.0m，其余底宽15m，边坡1:1.5。海漫底、边坡采用C20现浇砼板砌护，板厚：底0.2m、边坡0.15m，下铺长丝无纺布（300g/m2）。海漫末端设砼防冲齿墙，宽0.3m、深1.2m。
总一进水闸布置：总一进水闸闸室段与总干渠首进水闸为一整体，整浇于渠首进水闸进口八字墙左侧墙身上，长2.0m，底高程为185.83m，闸孔尺寸为1.0×1.0m，闸门为1×1m铸铁闸门,启闭机为2吨手摇式启闭机。洞身段为一孔钢筋砼方涵，断面尺寸1.0×1.0m，底板厚0.4m，顶板、壁厚0.3m，洞长17m。消力池长度为5m，底宽1m，底板为钢筋砼U型槽结构，梯形断面。海漫长度为10m，底宽1m，边坡1:1.5，PP纤维砼板护砌，板厚：底0.1m、边坡0.08m，下铺长丝无纺布（300g/m2）。
3）水力计算
（1）过流能力计算
计算公式：
式中：Q—过闸流量（m3/s）；
m—流量系数；
b—闸孔宽度（m）；
n—孔数；
H0—闸前水头（m）；
ε—侧收缩系数；
σs—淹没系数。
（2）消能防冲计算
a、消力池深度计算
计算公式：
式中：—消力池池深（m）；
—水跃淹没系数（1.05）；
—收缩断面及跃后水深（m）；
—出池水面落差（m）；
—消力池底板顶面算起的总势能（m）；
—消力池出流流速系数（0.95）；
—池内单宽流量（m3/s）；
b1、b2－消力池首端、末端宽度（m）；
ht—出池下游渠道水深（m）；
经计算，消力池深度为0.75m，设计采用0.8m。
b、消力池长度计算
计算公式：
式中：—水跃长度（m）；
—收缩断面及跃后水深(m)；
—消力池池长（m）。
c、海漫长度计算
计算公式：
式中：—海漫长度（m）；
—渠道土质系数；
qs—消力池出口单宽流量（m3/s）；
—水闸上下游水位差（m）。
4）稳定计算公式
（1）渗透稳定计算
参照现有建筑物结构尺寸及经验值，初拟地下轮廓线相关尺寸，采用直线比例法（勃莱法）验算其长度是否满足渗透稳定要求。
计算公式：
L=CH
式中：L—地下轮廓线计算长度（m）；
C—渗径系数；
H—最大水头差（m）。
（2）地基承载力计算
分完建期、运用期两种情况分别进行计算。
计算公式：
式中：－闸室底板受力偏心矩（m）；
—作用于闸室底面以上垂直力总和（KN）；
M—对闸底板上游端点力矩（KN-m）；
A—底板面积（m2）；
B—顺水流底板宽度（m）。
（3）抗滑稳定计算
計算公式：
式中：KC—抗滑稳定安全系数；
－建筑物基底与地基间摩擦系数 ；
—作用于闸室底面以上全部水平荷载（KN）。
水力计算成果如下：
设计流量为5.75m3/s，闸前水位为186.94m，闸底高程为185.35m，闸孔尺寸为2.0*1.8m，消力池深为0.8m，消力池长为10m，海漫长度为20m，下游水位为186.74m。
稳定计算成果如下：
运用期σmax=57.15KPa，σmin=47.93KPa，小于允许应力150 KPa；η=σmax/σmin=1.19，小于允许值2.0。
完建期σmax=59.88KPa，σmin=47.50KPa，小于允许应力150 KPa；η=σmax/σmin=1.26，小于允许值2.0。