永定河泛区安全建设工程穿堤涵闸设计综述

摘要：永定河泛区内穿堤涵闸较多，各涵闸的地形、地质、运用工况等设计条件各异，因此选择合理的设计方案，对于保障工程安全，节约工程投资具有非常重要的意义。文中从穿堤涵闸的闸室结构型式、消能防冲、防渗型式、地基处理几个方面，对其设计要点进行阐述。

关键词：穿堤涵闸；闸室结构型式；消能防冲；防渗型式；地基处理

1 概述

永定河泛区位于河北省廊坊市西南方向的广阳区、安次区和永清县境内，承担着永定河下游滞洪、沉砂的重任，是海河流域永定河水系重要的蓄滞洪区。泛区内堤埝纵横，排涝、引水的干渠较多，穿堤涵闸为泛区内排（引）水干渠与防洪堤（埝）的交叉建筑物，本泛区内共有涵闸14座，其中永定河左堤上3座，永定河右堤上3座，其余涵闸均坐落在泛区防洪埝上。这些涵闸均建于20世纪60～70年代，存在问题较多，在本次永定河泛区安全建设工程中，全部拆除重建。

穿堤涵闸规模虽然较小，设计过闸流量4～40m3/s不等，由于其所在堤防级别较高，如永定河左堤为1级堤防，右堤为2级堤防，故涵闸建筑物级别较高。若涵闸在挡水时发生失事，将很快殃及两侧防洪堤，进而使整个防洪体系失去作用。所以，如何更好地对其进行规划设计，保证其安全运行，对保障泛区内人民生命财产安全具有重大意义。

由于各个涵闸所在堤防的堤身断面不同，如于常甫闸所在永定河左堤，堤高5．5m，而茨平闸所在的北小埝，堤高仅0．8m，所以须针对不同的堤身断面，选择合理的闸室结构型式。

2 闸室结构型式的选择

2．1 对于堤身高度较大的水闸

选择涵洞式的闸室结构型式，因为这种闸室结构可利用洞身上的填土来挡水，进而减小闸室高度，降低工程投资。由于本工程中涵闸的过闸流量不大，闸前水深较低，故涵洞式水闸一般均为无压式。

2．2 对于堤身高度较小的水闸

若闸室结构型式仍采用涵洞式，则由于洞顶填土高度太小而不宜压实，从而对涵闸挡水安全造成威胁，故当堤身高度较小时不宜选择涵洞式水闸，而应选择胸墙式水闸的结构型式，高水位时利用胸墙与闸门共同挡水，从而减小闸门高度，降低工程投资。3 消能防冲型式的选择

3．1 排涝式水闸

由于平时闸门均为开启状态，涵闸上、下游水位均匀、同步上升或下降，无闸门局部开启问题，且过闸流速较小，一般在1．5～1．9m3/s，过闸后水流即迅速扩散，故排涝式水闸下游不设置消能设施，仅作一定的防冲护砌。

3．2 引水式水闸

由于当需要引水闸门开启时，下游可能无水或水深很小，故需通过计算判断是否需要设置消能设施。首先计算在闸门各级开度下闸室下游的收缩水深hc及与其共轭的跃后水深h″c ，然后比较h″c 与下游水深hs的关系，若h″c ＞hs，则表明涵闸下游将产生远驱式水跃，需要修建消力池，反之则表明不需要修建消力池，仅在闸室出口采取一定的防冲措施即可。

由于永定河泛区内引水式水闸闸上水头及过闸单宽流量较小，在闸门各级开度下，跃后水深小于下游河道水深，不需要修建消力池，只需在闸室下游渠道一定范围内采取一定的防冲护砌。

4 防渗型式的选择

北寺垡闸、八一闸、于常甫等大部分水闸坐落在粉细砂地基上，其余涵闸均坐落在轻砂壤土层上，地基土的渗透系数较大（8．5×10-4cm/s～8．0×10-3cm/s），渗流出口处允许水力坡降较小（0．115～0．3），故如何合理选择闸基防渗型式，防止地基土发生渗透破坏，是保证穿堤涵闸安全运行的关键。

对于于常甫、茨平、西储等涵闸，由于闸基下粉细砂或轻砂壤土层较薄，一般为0．5～2．0m，其下即为粘土层，故结合地基土液化处理，在建筑物范围内将粉细砂层或砂壤土层挖除，并换填壤土。换填壤土后，涵闸采用水平防渗的型式，在闸室上游侧设置钢筋混凝土铺盖，闸室或涵洞渗流出口处设置排水孔，排水孔下设置级配良好的反滤。

对于东固城、北寺垡等闸基下粉细砂或轻砂壤土层相对较厚的涵闸，为防渗安全计，采用水平防渗与垂直防渗相结合的防渗型式。在闸室的上游侧设置钢筋混凝土铺盖，并在其铺盖末端闸室底板的前齿墙下设置钢筋混凝土板桩，闸室下游渗流出口处设置排水孔及反滤。

5 地基处理方案的选择

由于穿堤涵闸规模较小，而地基承载力较大（130～140kPa），地基应力条件较易满足。但由于工程区地震设计烈度为7°～8°，地基土均具液化潜势，需进行处理。

本工程中涵闸规模均较小，闸基下可液化土层一般为1．0～5．5m，且均坐落在野外，距离周围建筑物较远，故采用换土垫层法及强夯法对地基土液化进行处理。

对于于常甫、茨平、西储等涵闸，由于闸基下可液化土层较薄，采用挖除可液化土层，并换填壤土的方法进行处理；对于其他可液化土层较厚的涵闸，采用强夯法对其进行抗地震液化处理。

6 结语

河泛区内穿堤涵闸建筑物往往较多，各涵闸的地形、地质、运用工况等设计条件各异，因此合理选择穿堤涵闸的闸室结构型式、消能防冲、防渗型式、地基处理方法等，对于保障工程安全，节约工程投资具有非常重要的意义。

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［作者简介］郝志鹏（1981-），男（汉族），河北省平山县人，工程师，主要从事水利水电设计工作。