1、水工建筑物结构设计关键问题初探 摘要：水工建筑物是水利工程中得重点研究课题之一。论文以苏州地区的水工建筑物为例，从工程总体布置及水工建筑物设计两方面重点对文陵河闸及商贸区套闸的设计进行了探讨，旨在为类似工程提供一个参考和借鉴作用。 关键词：水工建筑物河闸 结构设计 Abstract: The hydraulic structure in water project is one of the key research projeexample, the project layout and design of hydraulic structure two aspects of WenLing
2、 HeZha and key business of the design of the gate is discussed in the paper, for similar project aims to provide a reference for the rdesign 中图分类号： TV6 文献标识码： A 文章编号： 引 言 近几年，随着我国城市化进程的不断完善，水工建筑物对于改善城市水环境，提高防洪能力保障社会经济的可持续发展有着不可替代的作用。论文以苏州平原地区的水工建筑物为例，探讨了水工建筑物结构设计关键问题。根据用地布局及现状水系特点，采用分组团联圩并圩设大包围的方案，即
3、分区分片设防洪包围区，以缩短防洪战线，外围新建及加固堤防和控 制建筑物，提高防洪能力；包围内水系调整，河道整治，使排水畅通，增、改建排涝泵站。 1 工程概况 文陵河闸及商贸区套闸均位于苏州市相城区中央商贸区。工程任务是：一是防洪，通过此工程及后续工程的实施，结合中央商贸区整体规划，使城区达到百年一遇的防洪能力；二是航运，商贸区套闸需满足水上旅游游船通航功能。 工程规模为：文陵河闸工程实施二孔 8.50m 节制闸一座；商贸区套闸按等外级航道建筑物设计，闸首宽 12.00m，闸室宽 12.00m，闸室长 60.00m。根据区域河道规划，闸身顺水流中心线与 规划的河道中心线基本重合。为缩短防洪岸线，
4、闸身尽可能靠近外河口布置。 （ 1）文陵河闸 文陵河闸位于相城区中央商贸区东部，文陵河与元河塘交界处，新建罗蒙索夫桥梁东侧 8m 处置处。闸为整体式钢筋砼结构，设三孔，其中二边孔为闸室，中孔封闭其上作平台。底板垂直水流总宽 28.40m，顺水流向总长8.00m。每个闸室（边孔）宽 8.50m，中孔宽 4.00m，中墩厚 2.50m，边墩厚1.20m，底板面高程 0.00m，底板厚 1.20m，墩顶高程 6.50m。节制闸孔径8.50m，计二孔，闸门采用下卧式钢闸门结 构形式。门顶高程 5.20m，闸门启闭采用卷扬式启闭机（配减速机）。 （ 2）商贸区套闸 商贸区套闸位于相城区中央商贸区中部，元
5、和塘新开河支河与沈思桥河交界处，为 12m 套闸，闸室与闸首同宽，宽 12m，闸室长 60m。 上闸首垂直水流总宽 17.20m，顺水流向总长 20.00m，闸室宽 12.00m，底板面高程 0.00m，底板厚 1.20m，消力槛高程 1.00m，墩顶高程 6.50m。西侧墩墙厚 1.20m，东侧边墩墩墙厚 4.00m，其内布置输水廊道，闸门采用下卧式钢闸门结构形式。门顶高程 5.20m，闸门启闭采用卷扬式启闭机。下闸首垂直水流总宽 17.20m，顺水流向总长 20.00m，闸室宽 12.00m，底板面高程 0.00m，底板厚 1.20m，消力槛高程 1.00m，墩顶高程 5.80m。西侧墩墙
6、厚1.20m，东侧边墩墩墙厚 4.00m，其内布置输水廊道闸门采用下卧式钢闸门结构形式。门顶高程 4.50m，闸门启闭采用卷扬式启闭机。 2 工程布置及水工建筑物结构设计 2.1 设计依据 （ 1）工程等级 根据城市防洪工程设计规范 (CJJ50-92)、水利水电工程等别划分及 洪水标准 (SL252-2000)、苏州市城市防洪规划报告，苏州市城市中心区和工业园区的城市等别为 等，工程规模为大 (2)型；相城区和其他几个区的城市等别为 等，工程规模为中型。相城区防洪标准为 100年一遇，根据堤防工程设计规范 (GB50286-98)，外河堤防及堤防上的水闸、泵站等建筑物工程级别为 级。主要建筑
7、物级别为 2 级，次要建筑物为 3 级。 （ 2）通航标准 中央商贸区河道无航道等级要求，为满足水上旅游通航功能，拟建商贸区套闸工程按等外级航道上建筑物设计。 2.2 工程 总体布置 2.2.1 工程控制高程 （ 1）堤防。外河防洪设计水位 4.80m，加上安全超高 0.40m，外河侧堤防高程不低于 5.20m；内河最高控制水位 3.80m，加上安全超高 0.30m，内河侧堤防高程不低于 4.10m。 （ 2）闸顶高程。闸顶高程不低于堤顶高程。本次二闸工程主要任务是挡水（商贸区套闸兼顾通航）。挡水时闸顶高程不低于水闸设计 (校核 )洪水位加波浪计算高度和相应安全超高值之和。 （ 3）设计控制高
8、程。根据以上两条基本要求，文陵河闸顶高程、商贸区套闸上闸首闸顶高程及 各外河堤顶高程取 5.20m ；商贸区套闸下闸首闸顶高程取 4.50m；结合中央商贸区地面使用情况，内河侧堤顶及闸室挡墙顶高程取 5.00m。 2.2.2 闸位选择 闸位选择遵循以下原则：（ 1）工程总体布置与苏州市相城区城区防洪规划、元和塘以西地区控制性详细规划等要求相一致，建筑物外形与周边环境相协调；（ 2）满足防洪、航运和改善城市水环境的综合功能要求；（ 3）工程总体布置与规划河道相一致；（ 4）平面布局紧凑合理，满足规范要求。 文陵河闸位于相城区中央商贸区东部，文陵河与元河塘交界处，新 建罗蒙索夫桥梁东侧 8m 处置
9、处。文陵河规划河道宽度 30m，是商贸区东西向骨干河道，根据该片区防洪规划，本工程实施 28.5m 节制闸一座。闸孔分别布置两侧，二闸孔间的中孔为封闭孔，此形式同新建桥梁外形相协调一致，目前闸址南北侧为规划绿地，施工场地可布置于闸南侧，交通较为方便。闸站顺水流向轴线与桥梁中心线重合。 商贸区套闸位于相城区中央商贸区中部，元和塘新开河支河与沈思桥河交界处，西侧为御窑路，北侧为活力岛。所在河道规划河道宽度 20m，根据该片区防洪规划，本工程实施 12m 套闸一座，闸首与闸室同宽，宽 12m，闸室长 60m。目前闸址西侧为规划公路绿化带，东侧为规划小岛，施工场地可布置于闸东侧，位置相对来说较为开阔，
10、交通也较为方便。套顺水流向轴线与规划河道中心线重合。 2.3 水工建筑物设计 2.3.1 文陵河闸 （ 1）闸结构及主要尺寸 闸为整体式钢筋砼结构，设三孔，其中二边孔为闸室，中孔封闭其上作平台。底板垂直水流总宽 28.40m，顺水流向总长 8.00m。每个闸室（边孔）宽 8.50m，中孔宽 4.00m，中墩厚 2.50m，边墩厚 1.20m，底板面高程 0.00m，底板厚 1.20m，墩顶高程 6.50m。节制闸孔径 8.50m，计二孔，闸门采用下卧式钢闸门结构形式。门顶高程 5.20m，闸门启闭采用卷扬式启闭机（配减速机）。 （ 2）上下游翼墙 a 结构型式 对于挡土高度不太大的挡墙，常用结
11、构型式主要有重力式、钢筋砼悬臂式和钢筋砼扶壁式等。重力式挡墙在苏州河道护岸中应用较多，结合相城区以往挡墙施工形式，本闸工程翼墙均采用重力式挡墙结构。考虑景观要求，所有新建翼墙均采用石材贴面。 b 主要结构尺寸 上游翼墙底板采用采用 C20 砼，面高程 0.00m，厚 0.50m，宽 4.20m，背水侧设砼齿坎，坎底高程 -0.90m；底板上砌筑 C20 砼（夹石 20%）墙身至高程 5.00m，压顶为花岗石压顶；墙顶后以 1:3 绿化护坡至高程 5.20m。墙身在高程 2.50m以上采用 3cm厚花岗板贴面。墙后高程 4.00m以下采用 3%灰土回填，控制压实度 93% ；高程 4.00m以上
12、采用粘土回填，控制压实度 90% 。下游翼墙实为闸与桥梁之间的连接段，翼墙底板采用 C20 砼，面高程 0.00m，厚 0.50m，宽 4.00m，背水侧设砼齿坎，坎底高程 -0.90m；底板上砌筑 C20砼（夹石 20%） 墙身至高程 5.00m，压顶为花岗石压顶；墙身在高程 2.50m以上采用 3cm厚花岗板贴面。墙后高程 4.00m以下采用 3%灰土回填，控制压实度 93% ；高程 4.00m 以上采用粘土回填，控制压实度 90% 。 （ 3）上下游护底 受闸位限制，闸底板上游侧设 5m 长 40cm 厚钢筋砼护底；下游侧 5m 长40cm 厚钢筋砼护底，后接结构为 35cm 厚浆砌石护
13、坦至桥底板间护坦，下设10cm 碎石垫层。 2.3.2 商贸区套闸 （ 1）闸首结构及主要尺寸 上下闸首均采用钢筋砼整体坞式结构。其 中： 上闸首垂直水流总宽 17.20m，顺水流向总长 20.00m，闸室宽 12.00m，底板面高程 0.00m，底板厚 1.20m，消力槛高程 1.00m，墩顶高程 6.50m。西侧墩墙厚 1.20m，东侧边墩墩墙厚 4.00m，其内布置输水廊道，输水廊道尺寸为 2.002.00m ，设铸铁闸门控制。上闸首闸孔径 12.00m，闸门采用下卧式钢闸门结构形式。门顶高程 5.20m，闸门启闭采用卷扬式启闭机（配减速机）。下闸首垂直水流总宽 17.20m，顺水流向总
14、长 20.00m，闸室宽 12.00m，底板面高程 0.00m，底板 厚 1.20m，消力槛高程 1.00m，墩顶高程 5.80m。西侧墩墙厚 1.20m，东侧边墩墩墙厚 4.00m，其内布置输水廊道，输水廊道尺寸为 2.002.00m ，设铸铁闸门控制。下闸首闸孔径 12.00m，闸门采用下卧式钢闸门结构形式。门顶高程 4.50m，闸门启闭采用卷扬式启闭机（配减速机）。 （ 1）上下游导航墙 a 结构型式 套闸工程导航墙均采用重力式挡墙结构。考虑景观要求，所有新建翼墙均采用石材贴面。 b 主要结构尺寸 上游导航墙底板采用采用 C20 砼，面高程 1.00m，厚 0.45m，宽 3.30m，背
15、水侧设砼齿坎，坎底高程 0.10m；底板上砌筑 C20 砼（夹石 20%）墙身至高程 5.00m，压顶为花岗石压顶；墙顶后以 1:3 绿化护坡至高程 5.20m。墙身在高程 2.50m 以上采用 3cm 厚花岗板贴面。墙后高程 4.00m 以下采用 3%灰土回填，控制压实度 93% ；高程 4.00m 以上采用粘土回填，控制压实度90% 。 下游导航墙底板采用 C20 砼，面高程 1.00m，厚 0.45m，宽 3.20m，背水侧设砼齿坎，坎底高程 0.10m；底板上砌筑 C20 砼（夹石 20%）墙身至高程5.00m，压顶为花岗石压顶；墙身在高程 2.50m 以上采用 3cm 厚花岗板贴面。
16、墙后高程 4.00m 以下采用 3%灰土回填，控制压实度 93% ；高程 4.00m 以上采用粘土回填，控制压实度 90% 。 （ 1）闸室结构 闸室总长 60.0m，由与上下闸首连接的直线段组成，闸室净宽为 12.0m。 a 结构型式 直线段可采用整体式或分离式的结构型式。整体式为 “U” 型槽结构型式，分离式为重力式挡墙加浆砌石护底的结构型式。两种方案均为常规结构，施工难度均不大；经济上， “U” 型槽结构型式造价偏高。经 综合比选推荐分离式结构。 b 主要结构尺寸 闸室挡墙底板采用采用 C20 砼，面高程 1.00m，厚 0.45m，宽 3.20m，背水侧设砼齿坎，坎底高程 0.10m；
17、底板上砌筑 C20 砼（夹石 20%）墙身至高程 5.00m，压顶为 C20砼压顶；墙后高程 4.00m以下采用 3%灰土回填，控制压实度 93% ；高程 4.00m 以上采用粘土回填，控制压实度 90% 。 60m 直线段除钢筋砼护底外设 35cm厚浆砌块石护坦，下设 10碎石垫层及土工布一层。 （ 4）上下游护底 上闸首底板上游侧设 5m长 40cm厚钢筋砼护底，后接 7.50m浆砌石护坦；下游侧 5m长 40cm厚钢筋砼护底，后接闸室段浆砌石护坦，上下游护底末端均设反滤层及排水孔。 2.4 水工建筑物防冲设计 文陵河闸、商贸区套闸上下闸首均采用下卧式平面钢闸门，主要功能为挡水，参考类似工
18、程，考虑河床适当护砌，采用钢筋砼护底及浆砌石护坦，不另设防冲槽。商贸区套闸闸室设有输水廊道，考虑增设消力槛。 3 结语 总之，文陵河闸及商贸区套闸工程完成后，可以改善工程运行条件，确保工程在设计洪水位下的防洪安全，保证其安全、有效控制运 用。随着管理设施和各项管理制度的完善，还可以进一步提高管理水平。总之，文陵河闸及商贸区套闸工程具有明显的经济和社会效益。 参考文献： 陈德亮 ,王长德 .水工建筑物 M.北京 :中国水利水电出版社 ,2005 中华人民共和国水利部， SL 265-2001，水闸设计规范 Z，北京：中国水利水电出版社， 2001 邓涛 .浅谈某防洪控制闸设计 J.工业技术 .2009 （ 9） :83-84
