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［摘要］文章結合工程實例，分析了基于活水泵站運行控制的水閘工程設計，分析結果表明，立足活水泵站的工程標準，合理確定水閘工程安全超高下限，并以此為依據，開展誰在工程設計，可保證設計效果，滿足活水泵站持續穩定運行控制的要求，值得高度重視。
［關鍵詞］活水泵站;水閘工程;安全超高下限;地基處理
1工程概述
柯橋城區外圍南北活水工程位于紹興市柯橋區柯巖街道阮四村以西，104國道以南的大坂湖直江上，距離104國道約200m。工程位于柯橋主城區，沿管墅直江，由北向南穿越整個主城區，南至浙東古運河、北至杭甬運河、東鄰瓜渚湖直江、西接大坂湖直江，涉及柯橋和華舍兩個街道，總面積約30km2，水域面積1．18km2，受益人口25萬，工程取水口位于金柯橋大道與柯袍公路交叉口立交橋的西側附近。通過樞紐泵站(泵站最大流量18m3/s)提水，引杭甬運河水體入柯橋主城區，經科學的水量調度、水位調節和水流控制等手段，使城區內河道水體得到有效的流動與補充，同時起到“以清釋污、以動治靜”的作用。本工程泵站為堤身式中型排水泵站，所用水泵為1．8m口徑大型水泵，工程流道要求高;泵房主體直接擋水，要求泵房本身有足夠的抗滑、抗浮穩定性能;泵站站址均為軟土地基，需要進行基礎處理，應選擇基礎適應性好泵房結構。綜上所述，泵房結構采用塊基型結構。由于場地有限，水泵臺數不宜過多，但考慮到預留安全余地，宜采用3～4臺。本泵站采用3臺1800GZ－160潛水貫流泵。
2工程標準對水閘安全超高下限的要求
本工程的主要功能是將大坂湖直江鐵路以南水體進入大坂湖直江104國道北面，提升104國道北面水體的流動性，從而改善南片水環境，夏季雨季河道行洪的安全性。本活水泵站設計引水流量20m3/s，備用引水流量10m3/s，裝機功率為3X200kW，按照《泵站設計規范》、《防洪標準》中的要求，本活水泵站屬于Ⅲ等工程，多項永久性建筑的級別也是3級，臨時構筑物級別多為5級，主要構筑物包括:閘壩、上下游連接段、泵站主體、進出水池、管理房、變電設施等。按照《水閘設計規范》的要求，3級活水泵站水閘安全超高下限。
3基于活水泵站運行控制的水閘工程設計
3．1合理選擇水閘型式
為避免活水泵站在運行中發生回流問題，需要合理設計擋水閘，本工程共設置了2座水閘和泵站聯合布置，常用的水閘形式有2種，一種是平板鋼閘門，另一種水下臥倒鋼閘門。其中，前者雖然前期投資比較少，但后期運行控制復，且需要設置檢修平臺及啟閉機房。后者無需檢修平臺和啟閉機房，上部結構承受的荷載也比較小，可降低基底處理的復雜性，且位于水下，經過效果比較好，因此，本工程選擇了液壓臥倒門水閘。
3．2確定水閘頂部高程
在夏季洪水期，要將水閘提前防水臥倒，并保證壩頂高程不會影響行洪效果，但要充分考慮活水泵站在運行中擋水對泵站出水池壅高的影響，因此，壩頂高程要高出水池壅高4．2m左右，以降低投資成本，初步設計壩頂高程為4．5m。
3．3水閘過流能力設計
水下臥倒閘門過流能力通常按照寬頂堰進行計算，經過計算可知，過閘流量最大可到100m3/s，可滿足行洪能力的要求。
3．4水閘設計
水閘設計要和泵站相互結合，并靠近泵站布置，就案例工程水閘工程由閘室、護坦、上下游連接建筑物等共同組成，門頂高程為4．5m，共有8個單元門組成，每個單元門的靜水壓力都是460KPa，閘室通過液壓系統起閉，由三級液壓油缸為其提供動力，工作壓力為16MPa，為保證便于管理，將液壓泵站布置在泵站中，水閘閘門上游側底板的高程為1．0m，下游側底板高程為0．5m，順著水流方向的寬度為12．5m，厚度為1．0m，總壩長50m，邊墩和底板通過C30鋼筋混凝土施工。由于本水閘基層為淤泥質粘土，雖然土質抗沖流速比較，但水閘上下游的水位差比較小，只能作為構造效能設施，底板上下游分別設置長度為10m的長護坦，頂面高程控制在0．5m左右，并外接長度為5m以上的拋石防沖槽。
3．5節制閘設計
本工程水閘規模為1×8m，沿著水流的方向長度為10m，底板則采0．8m厚C30鋼筋混凝土制成，底板頂高程為0．5m，邊墩厚度為1．0m，閘墩頂高程為4．5m，在水閘中設置一道液壓水下臥倒閘門，通過液壓設備進行控制，邊墩選擇懸臂式擋墻結構，上下游側邊墩頂高程為4．5m。單孔跨度比較大，為便于后期維修，在設計時，閘室上下游都不設置檢修閘門。本水閘閘基雖為淤泥質粉質粘土，但由于本水閘上下游的水位差較小，因此上下游均只作構造消能設施，底板上下游分別設置5．0m長護坦，頂面高程0．50m，護坦由20cm厚C30混凝土面層和30cm厚M10漿砌塊石底層組成，底板頂高程0．50m。上下游護坦均外接5m長拋石防沖槽。
3．6閘站基礎防滲設計
由于本工程閘站位于軟土地基上，表層淤泥質粘土具有良好的抗滲性，因此，在設計中可以采用平展式地下輪廓設計方法，閘站下游側水位為4．2m，對應上游側最低運行水位3．6m，最大差值為0．6m，按照《水閘設計規范》中的規定。按照本工程地質資料顯示，閘站基礎為淤泥質粘土，閘站所需的防滲長度最小為2．4m，閘站設計時防滲長度站身段底板長度大約為28．5m，堰壩的防滲長度達到12．5m即可滿足要求。
3．7水閘穩定性分析
本工程水閘由擋水閘和節制閘組成，水閘邊墩和底板之間為分離式結構，考慮到邊墩的穩定性，在具體設計中，要對地板的抗滑穩定性進行分析。邊墩穩定性計算時，考慮到0．3m是內外水頭比較差，閘墩后采用粘土回填，墻后水上等效摩擦系數為28°，水下等效摩擦角為26°，現狀基底摩擦系數為0．25，邊墩穩定計算結果。
4結束語
水閘工程設計效果對活水本站運行控制的穩定性有很大影響。必須高度重視水閘工程設計，為保證設計效果，需要從合理選擇水閘型式、確定水閘頂部高程、水閘過流能力設計、水閘設計、節制閘設計、閘站基礎防滲設計、水閘穩定性分析等方面同時入手，才能設計出高品質的水閘工程，充分發揮活水本站的作用和價值。
參考文獻
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作者:劉彬 單位:紹興市水利水電勘測設計院