某某闸改建设计
一、概述
某某位于某某市境内，西起某某城区小东门，经藕渠、某某、支塘、徐市、何市、东张等乡镇（办事处），于姚家滩注入长江，全长41.3km，是阳澄区一条重要的引排通江水道，流域面积约582km2。
现有的某某闸位于某某市东张镇某某河道内，建于1936年，是兼水利、航运、交通及水产的综合性枢纽工程，有200万亩农田因此受益。该闸为5孔中型节制闸，每孔净宽7.46m，总净宽37.3m。 二、工程改建缘由
该闸建于时期，由于历史的原因和时间的变迁，经过65年的运行，工程老化严重，长期带病运行。为确保工程安全运行，2001年4月，苏州市水泥农机局组织省、市、县三级水利部门专家对该闸进行了安全鉴定，一致认为该闸由于设计标准低、不等沉陷等原因已引起防渗破坏，存在严重安全问题，且5孔闸门有3孔不能正常启闭，影响闸的功能，加固很难达到目的，按水利部《水闸安全鉴定规定》，应属四类闸，须报废重建。 三、设计标准
㈠、新标准特征水位
1、闸下游三百年一遇高潮位： 7.11m 2、闸下游一百年一遇高潮位： 6.72 m 3、闸下游一百年一遇低潮位： 0.41m 4、闸下游五十年一遇低潮位： 0.48 m 5、内河汛期正常低水位： 2.80 m 6、内河非汛期高水位： 3.00 m 7、内河汛期警戒水位： 3.50 m 8、灌溉期水位： 2.60 m
㈡、水位组合 设计水位组合 校核水位组合 计算情况 上游(m) 下游(m) 上游(m) 下游(m) 正向 稳定计算 反向 正向 消能计算 反向 3.5 2.0 / / 四、工程任务和规模 ㈠、工程任务
某某闸作为长江防洪工程的配套建筑物，其工程任务是以防洪挡潮、治涝为主，兼顾引潮灌溉、航运、交通，减轻流域范围的洪涝灾害，为该地区47.5万人民、55.8万亩耕地提供安全保障。
㈡、工程规模 1、总净孔
根据排涝标准二十年一遇最大三日暴雨、雨后一天排出，推算的最大排涝流量为452m3/s。
3.0 2.6 0.48 4.2 3.0 / 0.41 / 2.8 6.72 2.8 7.11 采用宽顶堰淹没出流公式可求得闸孔净宽B=44 m。 2、孔数的确定
考虑工程总体布置的合理性，以及工程前后的衔接，同时兼顾目前通航的要求，推荐方案为：设5孔，其中：节制闸2孔，每孔净宽8m，分别布置在两侧；通航孔3孔，1孔净宽12m，2孔净宽8m，布置在中间。 五、工程设计
㈠、闸址选择
因老某某闸造型美观、宏伟且有古老的历史，地方要求保留该闸；老闸距长江口偏远，因此新建闸位应适当外移，并对老河道进行裁弯取直，拓宽疏浚。经过方案比较，新开河道从盛家滩至龙王庙，新闸址选在新开河道与北新村老海塘交汇处。
㈡、闸址工程地质
场地区勘探深度范围内所揭示的土层均为第四系全新世冲积层，根据其成因，土质性状、力学强度自上而下可划分为6层，现分述如下：
1层：褐黄色重，中粉质壤土，表层杂有草根，局部地区夹粉质粘土薄层，软塑~流塑状态，揭示厚度2.3~3.6m，场地区普遍分布。
2层：灰色重粉质砂壤土，轻粉质壤土，偶夹中、重粉质壤土极薄层，饱和，稍密状态。闸址部位该层普遍存在，揭示厚度1.2~4.4m。
2’层：灰色轻粉质壤土，夹中、重粉质壤土薄层，含云母片。该层以透镜体存在，饱和，松软（软塑~流塑）状态，揭示厚度1.4~2.7m。
3层：灰色轻、重砂壤土局部极细砂，稍密~松散状态，中压缩性，夹中、重粉质壤土薄层，单层厚0.5~1.0cm，闸址部位该层普遍存在，河道沿线东北部位缺失该层，揭示厚度2.5~6.0m。
3’层：灰色淤泥层中、轻粉质壤土，流塑状态，局部夹极细砂薄层，局部地区该层以透镜体存在于3层中，揭示厚度大于0.8m。
41层：灰色淤泥粉质粘土，偶夹砂壤土极薄层，流塑状态，高压缩性。揭示厚度4.7~8.2m，场地区普遍存在，河道沿线未全部揭穿该层。
41’层：灰色极细砂和粉质粘土互层，该层仅以透镜体状态存在于4层底部。 42层：灰色淤泥质粉制粘土、重粉质壤土，夹砂壤土薄层，单层厚0.3~0.5cm，局部互层，流塑状态，高压缩性。该层场地区普遍存在，揭示厚度17.7~29.0m，在闸址下游翼墙部位偏厚。河道沿线未全部揭深至该层。
42’层：灰色极细砂和粉质粘土互层，单层厚0.3~0.5cm，该层以透镜体状存在42中。
5层：灰色重砂壤土，局部以极细砂为主，夹中、重粉质壤土薄层，局部互层。中密状态，中近低压缩性。场地区普遍分布，未揭穿，揭示厚度大于1.95m。
㈢、主要建筑物的布置、各部位高程
某某闸闸室采用钢筋砼开敞式结构型式，闸孔总净宽44m，共5孔，底板分三联，中联1孔，净宽12m，为主通航孔，两侧边联为每联2孔，每孔净宽8m，为辅助通航孔。闸中墩宽0.8m、缝墩1.0m、边墩为扶壁式结构。闸室顺水流向长18m，垂直水流向宽55.m。闸底板面高程-1.50m，中联底板厚1.3m，边联底板厚1.0m。闸门偏下游侧布置，为平面升卧式钢闸门，门顶高程7.6m，采用船闸用升卧们卷扬式启闭机启闭。门前段设检修门槽，检修门为浮箱式叠梁门，采用电动葫芦启闭。公路桥布置在上游侧，总宽9.50m，净宽7m，桥面高程9.30m，
设计荷载标准为汽-20、挂-100。闸门上方设工作桥，桥面高程15.20m，宽4.5m，上设启闭机房；上下游翼墙布置对称于闸纵向中心线，顺水流方向总长分别为27.65和30.06m，采用钢筋砼扶壁式结构，上游翼墙顶高程4.5m，上设1.0m挡浪墙，下游翼墙顶高程7.5m，上设1.2m挡浪墙；为满足防渗要求，闸底板上下游两侧及翼墙底板下设振动沉模防渗墙；由于闸室及翼墙天然地基承载力明显不足，拟进行地基处理；闸室上下游均消力池，消力池外上下游各设置浆砌块石护坦、干砌块石护坦及防冲槽；闸室西北侧岸墙上设工作用房。
㈣、计算的初步成果 1、防冲消能
灌溉时期按灌溉流量Q=502m3/s，下游水位4.2m、上游水位2.6m计算上游防冲设施，计算得：消力池深D=0.7 m，消力池长度采用20m；海漫长度取值50m，其中10m为50cm厚砼透水护坦，40m采用10cm厚现浇砼，下铺垫层，末端设15m宽抛石防冲槽，槽深2m。
排涝时期按排涝流量Q=205 m3/s，上游水位3.5m、下游水位2.0m计算下游防冲设施，计算得：消力池深D=1.0 m，消力池长度采用20m；海漫长度取值50m，其中10m为50cm厚砼透水护坦，40m采用10cm厚现浇砼，下铺垫层，末端设15m宽抛石防冲槽，槽深2m。
2、地下轮廓线设计
闸底板座落于第3层轻砂壤土上，由于3层土渗透系数较大，拟在闸底板上、下游侧各打一道防渗墙深入到41层，防渗长度计算时，为安全计，认为3层轻砂壤土为透水层，不计入该部分的防渗长度，只考虑防渗墙深入到41层的垂直防渗长度。41层为淤泥质粉质粘土，按水闸设计规范，采用渗径系数C=3。最大水位差△H=7.11－2.80=4.31m（反向校核工况），据此求得闸所需最大防渗长度L=12.93m。防渗墙采用20cm厚振动沉模防渗墙，墙底高程-9.00m，深入到41层的垂直长度4m左右，按上述防渗布置算得防渗轮廓线的总长度为L=4×4m=16m，满足防渗要求。
3、闸身稳定计算
闸室（中联）稳定计算成果 计算情况 完建期 设计 校核
正向 反向 正向 反向 水 位(m) H上=2.8 H下=6.72 H上=3.0H下=0.48 H上=2.8 H下=7.11 H上=3.0 H下=0.41 地基反力（Kpa） 不均匀σmax σmin 系数η 84.7 51.3 66.1 48.8 66.1 71.5 47.9 .5 48.5 65.3 1.184 1.071 1.018 1.006 1.012 抗滑系数Kc 1.44 2.79 1.33 2.91 闸室（边联）稳定计算成果 计算情况 完建期 设计 校核 正向 反向 正向 反向 水 位(m) H上=2.8 H下=6.72 H上=3.0H下=0.48 H上=2.8 H下=7.11 H上=3.0 H下=0.41 地基反力（Kpa） 不均匀抗滑 σmax σmin 系数η 系数Kc 82.2 53.8 .3 53.2 63.7 65.4 42.2 61.9 40.9 62.9 1.257 1.275 1.040 1.302 1.012 2.04 1.31 1.58 1.26 1.58 4、地基处理 ①闸室
闸室采用Φ100cm钢筋砼灌注桩基础，桩底高程-21.00m，桩长18.2m，为摩擦桩，经计算，单桩垂直允许承载力为663kN，设计考虑桩土共同受力，中联布桩24（6×4）根，边联布桩42（6×7）根，计算得，地基土可承担15~20%的垂直力，单桩最大垂直荷载3kN，桩顶位移在5.0mm时，单桩水平承载力250kN。
②上游翼墙
经分析比较，采用水泥土深搅桩复合基地，可节省投资。初拟水泥土搅拌桩直径为φ60cm，桩底高程-15.0m。设计采用水泥土无侧限抗压强度105MPa，要求单桩承载力达到140kN，复合地基承载力要求达到120kPa。计算得：单桩竖向承载力为141.5kN，水泥土面积置换率为19.3%。
③下游翼墙
经分析比较，拟采用φ80cm钢筋砼灌注桩基础。桩底高程－23.00m，桩长19.7m，为摩擦桩，单桩垂直允许承载力计算为587kN，设计考虑桩土共同受力，用m法计算，计算得：地基土可承担15~20%的垂直力，单桩最大垂直荷载581kN，桩顶位移在5.0mm时，单桩水平承载力155kN。
④桩端地基承载力核算
闸室、翼墙均采用桩基础，桩端位于4层土上，需进行桩端地基承载力核算，计算得，闸室、上、下游翼墙桩端地基允许承载力分别为482kPa、324 kPa、751 kPa，均大于上部荷载在桩端面产生的最大地基应力，满足要求。
5、闸门、启闭机及电气设计 ①闸门：闸门采用平面升卧门，共5孔。大孔1孔，门叶尺寸取9.10×11.96m，小孔4孔，门叶尺寸取9.10×7.96m。闸门均为露顶式，多主横梁实腹式布置。
②启闭机选择：采用船闸用升卧门卷扬式启闭机，大孔启门力为2×300kN，共1台，小孔启门力为2×200kN，共4台。
③电气：经计算，选择200kVA变压器一台。 六、施工组织设计
工程所在地，水陆交通便利，施工条件良好。 工程计划工期1年。 七、工程量及投资概算
工程总投资为3210万元。
