改进阻力系数法在节制闸工程中的运用

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(1.通辽市水利勘察设计院， 内蒙古 通辽 028000； 2.通辽市环境科学研究所， 内蒙古 通辽 028000)

改进阻力系数法在节制闸工程中的运用

马锦锦1，李凯1，阿木尔2

(1.通辽市水利勘察设计院， 内蒙古 通辽 028000； 2.通辽市环境科学研究所， 内蒙古 通辽 028000)

文章主要阐述了改进阻力系数法在哈达江节制闸闸基渗流计算中的运用，通过阐述改进阻力系数法的基本原理、地下轮廓线的布置并进行相关的渗流计算，最后得出结论，该设计满足规范要求。

节制闸； 改进阻力系数法； 渗流计算

1 工程概况

哈达江河始于内蒙古通辽市科尔沁左翼后旗东北部茂道吐苏木哈达江水库右岸坝肩泄洪洞末端，经科尔沁左翼后旗茂道吐苏木、大郑铁路、科尔沁左翼中旗门达镇、巴彦塔拉农场及303线国道，最后在西辽河右岸防洪大堤穿堤流入西辽河。河道形成至今从未治理过，承泄河道内淤积严重、杂草丛生、水流流通不畅、河槽较浅，一到汛期，河岸不是塌坝就是被大水冲破，农田遭水冲淹，严重危害了农业生产，亟需治理。此次治理段为巴彦塔拉农场段，工程治理河长10.8km，设计建设内容主要包括河道清淤、干砌石防护、新建桥6座、新建节制闸1座等。本文仅针对节制闸闸基渗流计算方法进行论述，节制闸底坎高程为132.90m，上游设计水位为134.60m，设计流量为15m3/s，由进口段、闸室段、消力池段及铅丝石笼防冲段组成。

2 改进阻力系数法

2.1 基本原理

改进阻力系数法是在渗流分析阻力系数法、分段法和独立函数法三种算法的基础上提出的精度较高的一种计算方法，其基本思路是：把复杂的闸基渗流区域用等势线划分为几个简单区段，由阻力系数计算水头损失，再由相应公式求出渗流溢出坡降和水平坡降。

2.2 地下轮廓线布置

该节制闸工程实际地下轮廓线布置如下页图1所示。

图1 实际地下轮廓线布置

根据地下轮廓的特点和《水闸设计规范》(SL 265—2001)实施指南表规定，采用改进阻力系数法计算，可得到地下轮廓简化和分段，具体布置见图2。

图2 简化后的地下轮廓线布置

2.3 渗流计算

该节制闸闸基渗流计算采用直线比例法计算渗径长度，采用改进阻力系数法计算渗透坡降。

2.3.1 渗径长度计算

根据《水闸设计规范》(SL 265—2001)，采用直线比例法计算渗径长度，计算公式为：

L=CΔH

式中L——闸基防渗长度，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和；

C——允许渗径系数，根据《水闸设计规范》，由于该工程闸基为粉砂和砂土，所以按细砂取C=9～7；

ΔH——上、下游水位差,m，设计水位情况ΔH=134.60-132.90=1.7m。

经计算，节制闸闸基实际轮廓线长度L0=22.7+1.5=24.2mgt;L=15.3～11.9m，所以渗径均满足要求。

2.3.2 渗透坡降计算

根据《水闸设计规范》(SL 265—2001)附录C，采用改进阻力系数法进行计算。

2.3.2.1 地基有效深度的计算

当L0/S0≥5时,Te=0.5L0

式中L0——地下轮廓的水平投影长度,m；

S0——地下轮廓的垂直投影长度,m；

Te——地基有效深度,m。

该闸基工程中L0=22.7m；S0=1.5m；L0/S0=15gt;5，故Te=0.5L0=11.35m，闸基土质均匀，相对不透水层为无限深，故闸基渗流的影响范围以有效深度Te控制。

2.3.2.2 分段阻力系数的计算

a.进出口段的阻力系数

式中S——板桩或齿墙的入土深度,m；

T——地基透水层深度,m。

b.内部垂直段的阻力系数

c.水平段的阻力系数

式中ξx——水平段的阻力系数；

S1、S2——进口段和出口段板桩或齿墙的入土深度；

其余符号意义同前。

详细计算结果见下页表1。

表1 各分段阻力系数计算

注: 当ξilt;0时，取ξi=0。

2.3.2.3 各分段水头损失值的计算

采用以下公式进行计算：

式中 ΔH——上下游水位差。

详细计算结果见表2。

表2 各分段水头损失值计算

2.3.2.4 进出口段水头损失值修正计算

其中：

式中h0——进、出口水头损失,m；

β′——阻力修正系数，当β′≥1时，取β′=1.0；

S′——底板埋深与板桩入土深度之和，或为齿墙外侧埋深,m；

T′——板桩另一侧地基透水层深度,或为齿墙底部至计算深度线的垂直距离,m；

T——地基透水层深度,m。

详细计算结果见表3。

表3 阻力修正系数与修正后进、出口水头损失值计算

由表3可知，β′gt;1，故不需作修正。

2.3.2.5 渗透坡降计算

式中J——出口段渗流坡降值；

Jx——水平段渗流坡降值；

S′——底板埋深于板桩入土深度之和,m；

ΔH——水平段水头损失值,m；

L——水平段长度,m。

具体计算结果见表4。

表4 出口坡降与水平段坡降的计算

注： 允许渗流坡降值[J]由《水闸设计规范》(SL 265—2001)，表6.0.4 水平段和出口段允许渗流坡降值查得。

3 结 语

由上述哈达江巴彦塔拉农场段河道治理工程节制闸闸基渗流计算成果可知：实际渗流坡降都小于允许渗流坡降，故渗流出口稳定，产生渗透变形的可能性很小。该设计满足规范要求。

[1] SL 265—2001水闸设计规范[S].

[2] 华东水利学院.水工设计手册—结构计算[M].北京：水利电力出版社，1984.

[3] 宋春发，费成效.水闸设计与施工[M].北京：中国水利水电出版社，2010.

Application of Improved Drag Coefficient Method in Check Sluice Project

MA Jin-jin1, LI Kai1, Bai Amuer2

(1. Tongliao Water Conservancy Survey and Design Institute, Tongliao 028000, China;2. Tongliao Institute of Environmental Science, Tongliao 028000, China)

In the paper, application of improved drag coefficient method in Hada River check sluice foundation seepage calculation is mainly described. Basic principles, underground contour line layout and associated seepage calculation of improved drag coefficient method are described, therefore final conclusion can be obtained that this design meets specification requirements.

check sluice; improved drag coefficient method; seepage calculation

TV522

A

1005-4774(2014)12-0027-03