马口闸初步设计.doc

黄冈长江干堤马口排灌闸重建工程初 步 设 计 报 告长江勘测规划设计研究院二OO二年元月31核 准：岳中明核 定：马建华审 查：陈肃利 汪 洪 夏仲平校 核：文 丹 杨国旗报告编写及主要设计人员：冯晓波 陈恭才 文 丹 杨国旗李 祯 李雪松 王 萍工 程 特 性 表名称单位数量备注一设计标准1涵闸III级2进出口建筑IV级3临时设施V级二特性水位1设计最高洪水位m24.06黄海高程2马口湖历史最高水位m17.35黄海高程3马口湖历史最低水位m12.53黄海高程4马口泵站起排水位m14.03黄海高程三设计参数1地基特性粉质粘土夹粉土2孔口尺寸m3.8(宽)4.0(高)3孔数14过闸排水流量m3/s21.75（抽排情况）17.00（自排情况）5闸底板高程m10.03黄海高程四工程投资1建筑工程投资万元385.9865.86%2机械设备及安装万元123.05%3金属结构及安装工程万元61.7410.51%4临时工程万元%5其它费用万元54.949.37%6预备费万元7静态总投资万元815.32工 程 量 表名 称单 位数 量一水工土方开挖M350732土方回填M341625混凝土M33586.5浆砌石M3162干砌石M3842碎石垫层M3502钢筋kg184.7粉喷桩M34804拆除混凝土M3929拆除浆砌石M3187SR填料M37.2反滤料M3110止水铜片m108二、金属结构钢材t18启闭机台（30吨）1目 录1.综合说明1 1.1 基本情况1 1.2 水文气象1 1.3 工程地质1 1.4 工程任务与规模3 1.5 工程布置及主要建筑物4 1.6 施工组织设计4 1.7 环境保护设计5 1.8 工程管理5 1.9 工程投资概算62.水文气象63.工程地质84.工程任务与规模12 4.1 基本情况12 4.2 存在的主要问题12 4.3 工程规模125.工程布置及主要建筑物13 5.1 设计依据及基本资料参数13 5.2 主要建筑物15 5.3 设计计算16 5.6 工程量计算216.金属结构257.施工组织设计26 7.1 施工条件26 7.2 施工围堰26 7.3 老闸混凝土的拆除26 7.4 主体工程施工27 7.5 主要施工机械设施27 7.6 施工总布置27 7.7 施工总进度278.工程管理29 8.1 管理机构29 8.2 管理设施29 8.3 运用管理291 综合说明：1.1基本概况马口闸位于武穴市田镇办事处马口垸，相应堤段桩号98+819处。该闸建于1971年5月，钢筋混凝土箱结构，箱涵截面34m2（宽高），单孔。设平板钢闸门，螺杆启闭机，设计排水量17m3/s。闸底板高程10.03m（黄海高程系，下同）。经过27年的运行，该闸暴露了许多严重问题，已危及干堤安全，并严重影响湖区排涝与灌溉。鉴于原闸实难修复，根据可行性报告及有关批复文件，对原闸进行重建。1.2 水文气象黄冈长江干堤所处区域为北亚热带，冬冷夏热，四季分明，湿润多雨。多年平均降水量在12001400mm间，降水量年内分配不均，主要集中在38月，占全年的的74%；降水量年际变化也较大，极值比为2.2。极端最高气温为40.3oC，极端最低气温为-12.2 oC；多年平均霜日22.8天。全年以东风和北风居多，年平均风速2.7m/s；年均相对湿度为77%。黄冈长江干堤河段内仅有黄石港水位站，距河段上游起点67.5km处设有汉口水文站（资料系列较长），距下游末端22.7KM处有武穴水位站；此外工程河段内还设有马口闸、茅山闸、兰溪闸、巴河口、黄州、罗家沟闸等汛期水位观测站。该河段汛期为510月，其中7月份出现最大洪峰的次数最多，约占60%。洪水组成以宜昌以上来水占主导地位，洞庭湖水系、汉江的洪水也是其重要组成部分。本河段具有流量大、水位高、高洪水位出现次数频繁、持续时间长等特点。长江中下游主要控制站设计洪水位为长江流域综合利用规划简要报告确定的水位，即沙市45.00m、汉口29.73m、湖口22.50m，据此推求出工程河段控制点黄石、武穴两站的防洪水位分别为27.50m和24.50m（均为吴淞高程）。本涵闸工程设计水位均由汉口、黄石、武穴三站推求。经推求，马口闸防洪水位为：24.06m。1.3工程地质1.3.1地质概况马口排灌闸处长江一级阶地及河漫滩上，其地形较为平坦，地貌单元较简单，地层具有典型的二元结构沉积特怔，即上部为一般粘性土，下部为砂性土。在勘探深度范围内，根据钻探取样测试，标贯试验、静力触探试验PS-H曲线形态及野外地质描述，对各闸址区地层进行分层。马口排灌闸闸址地层分三大类共计六层，第一类为人工填土（Qml）即（1）层素填土，第二类为第四系全新统冲积而成的一般粘性土（Q4al），分为（2-1）层粉质粘土、（2-2）层粉质粘土夹粉砂，（2-3）层粉质粘土夹粉土，第三类为第四第全新统冲积而成的砂性土（Q4al），可分为（3-1）层粉砂夹粉质粘土和（3-2）层粉砂。现分别描述如下：（1）素填土（Qml）褐黄褐灰色，松散稍密，湿，压缩性高，主要由粘性土组成，夹有少量的碎石，局部地段为冲填土组成，其中位于大堤处填土固结程度较高。（2-1）粉质粘土（Q4al）灰褐色，软软塑，湿，压缩性高，含少量铁锰质氧化物，有时夹有多层薄层状粉砂。（2-2）粉质粘土夹粉砂（Q4al）褐黄色灰褐色，可塑，湿，压缩性中偏高，含少量铁锰质氧化物，夹有多层薄层状粉砂，局部呈互层状。（2-3）粉质粘土夹粉土（Q4al）灰色，可塑，湿，压缩性中等，含铁锰质氧化物，夹有多层薄层状粉土，该层颁发育较均匀。（3-1）粉砂夹砂质粘土（Q4al）灰，稍密，饱和，中等压缩性，以粉砂为主，夹有多层薄层状粉质粘土和粉土。（3-2）粉砂（Q4al）灰青灰色，稍密中密，饱和，中等压缩性，主要由石英、长石、云母等矿物组成，顶部可见粉质粘土，底部砂质较纯。地下水的埋藏类型分为上层滞水和孔隙承压水两种，上层滞水主要赋存于结构松散、孔隙连通性好的（1）层素填土中，大气降水为其主要补给来源；孔隙承压水主要赋存于砂性土层中，与江水有密切的水力联系，呈互补关系，丰水季节江水补给地下水，枯水季节地下水补给江水。本次勘察时，由于各钻孔需要封孔回填，未测得准确的地下水位，但各钻孔距长江较近，地下水位大致与此时的长江水位持平。据区域水文地质资料，地下水对混凝土无腐蚀性。1.3.2 场地工程地质条件分析与评价马口排灌闸基础底板高程为10.03m，即基础底板处于（2-3）层粉质粘土夹粉土中，该层强度较高，层位稳定，厚度较大，为理想的基础层。但（2-3）层中夹有多层薄层状粉土，其透水性能强，故该层也应进行防水隔渗处理。另外，闸基施工时需进行基坑开挖，开挖深度各处不一，开挖挖除的地层主要为上部素填土层和一般粘性土层，故存在开挖边坡稳定性问题。如现场周围条件允许，可采用放坡开挖，其边坡容许坡度可取1:1.5:2.0或按当地有的经验值进行；如无放坡条件则应采取有效的边坡支护措施和防、排水措施，确保边坡稳定。1.3.3 闸址区土层渗透性分析与评价（1）闸址区土层渗透系数为了解闸址区土层的渗透性，本次勘察采用取原状土样进行室内渗透试验的方法测定土层的渗透系数，并将室内试验得到的K值统计平均值与水文地质手册中的土层渗透系数K的经验值对比，提出本闸基土的渗透系数K综合建议值为：7.310-56.010-4 cm/s。1.3.4 闸室稳定性分析与评价涵闸基础持力层以及持力层以下各土层未见有软弱夹层，故闸室连同地基一起产生深层滑动（层间滑动）的可能性极小。另外涵闸基础持力层层面发育稳定均匀，高程大致相当，层面坡角小，通过适当的处理（设置粘土铺盖或粉喷桩处理）后，闸基沿基面水平滑动的可能性也较小，故闸室的稳定性较好。地基层（2-3）系数如下：容重r（KN/m3）：19.1闸基底面与地基土间的摩擦系数f：0.250.35地基所在土层：C（KPa）=13，(度)=22土层承载标准值fk（KPa）：120压缩模量Es值Es(MPa)：4.61.3.5 天然建筑材料选择土料产地进行了初查，砂料产地和块石料产地进行了普查。土料产地勘探储量大于3万m3，主要为粘土。各项参数基本满足质量技术要求，开采、运输方便。砂料以中砂为主，成分主要为石英，成分主要为石英，其次为长石。质量优良，开采运输方便。分布在蕲水支流。块石料集中在大堤下游端的武穴市田镇一带，临江分布，为二迭系灰岩、白云质灰岩，储量大于1000万m3，开采方便，以水运为宜。在工程区砾石奇缺。1.4工程任务和规模1.4.1重建的必要性1.4.1.1原工程的主要问题是：1）闸基地质软弱，致使闸身多处裂缝、断裂，不能承受高水位压力。现已发现裂缝10余条，闸身伸缩缝均已裂开，第一节伸缩缝沉陷差4cm，缝宽4cm，第二节伸缩缝沉陷差47cm，缝宽79cm。涵闸渗径严重不足，每逢汛期高水位闸基常出现翻沙鼓水现象.2）根据水利部确立的长江54型推算水位，原涵闸启闭机室设计高程偏低。同时由于涵闸所在长江干堤防洪标准的提高导致原干堤进行了加高培厚，因而原闸涵管长度也不够。3）钢闸门锈蚀严重，强度不能满足要求。经检测锈蚀深度达6mm，钢板厚度仅剩4mm，亟需更换。1.4.1.2重建的必要性：根据马口闸目前的情况，原闸存在着很大的问题，如果不进行加固改造将会影响到长江干堤的防洪安全。考虑到原闸存在的问题很难进行修复，因而决定重建马口闸。1.4.3工程规模马口闸在现有闸的基础上进行重建，采用混凝土箱涵，孔尺寸为：宽高孔=3.8m4m1孔，闸底板高程：10.03m，设计排水流量：21.75m3/s。1.5工程布置及主要建筑物1.5.1工程等级及标准根据可研报告批复文件，马口闸所处的长江干堤为III级堤防。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）“位于堤防上的水工建筑物等级，应不低于堤防等级”，因而定马口闸为III级建筑物，对于进出口建筑物按IV级建筑物设计，临时设施按V级建筑物设计。1.5.2工程布置及主要建筑物由于该闸内排水渠系已成定局，老闸基经过多年预压，沉降已逐于稳定，因此重建新闸仍沿用老闸闸址，新老闸轴线相同。新闸孔口尺寸仍为3.8m4.0m（宽高），从内湖到外江依次布置为：内湖消力池连接段、钢筋混凝土箱涵段、闸室段、外江消力池连接段。1.6施工组织设计1.6.1工程条件工程特性：施工期安排在长江枯水期，工期紧、强度高，机械化施工程度要求高；块石及碎石骨料供应距施工区较远。交通条件：场内外交通便利，干堤外的长江是水运的良好通道，堤内有高速公路等重要国道，构成施工所需要的陆地上对外交通；另可充分利用堤内坡脚公路和堤顶公路。1.6.2料场规划土料场距闸3km处有较好的粘性土，储量大于3万m3，砂料分布在蕲水支流上，质量优良，储量丰富，水运距离约30km。块石和碎石集中在田家镇一带，储量大于100万m3，开采方便，水路直达工区，运距离约4km。1.6.3主体工程施工土方开挖与填筑采用机械辅以从工施工；混凝土施工采用机械施工，施工导流时段定为枯水期11月至次年4月，导流标准拟定为5年一遇洪水。主体工程施工安排在长江枯水期，施工总进度控制为一个施工年，施工期为2002年9月至2003年4月。1.6.4工程占地与拆迁本工程临时占地约10亩，无拆迁房屋。1.7环境保护设计黄冈长江干堤除险加固工程的建设可改善区域生态环境质量，促进相关地区社会经济发展。工程对环境的不利影响主要在施工期，主要表现为施工占地、施工活动破坏施工区地表植被引起水土流失，施工人员感染血吸虫病的危险性加大以及施工对水质、噪声、环境空气质量影响等。但这些不利影响大多是短暂和临时性的，通过采取相应的环保措施可以减少或减免。在施工过程中要及时合理处理弃土，搞好施工场地、取土场和弃渣场的场地恢复工作，通过采取相应的人工措施和植物措施，使因工程施工造成的水工流失得到基本控制。本工程环保投资约2万元，水土保持专项投资约2万元。1.8工程管理1.8.1管理体制、管理机构及人员编制管理体制：马口排灌闸重建后，按水系统一管理和行政区划分管理相结合进行管理。管理机构：拟定设马口闸闸管所，由武穴管理总段统一管理。根据水利部水得工程管理单位编制定员（试行），本着精兵的原则结合马口闸管理现状，马口闸闸管所定员5人。1.8.2工程管理范围及保护范围工程管理范围包括建筑物的建筑场地、管理单位生产、生活区建筑等。从建筑物上下游末端起向外延伸200m、左右向外延伸200m。即建筑物周边200m以内均为保护范围。1.8.3管理设施为保证工程建设的顺利实施，保证工程定理措施的有效动作，确保马口闸防汛安全，拟定配置2万元的通讯设施，交通设施由武穴总段统一考虑配置。拟建闸管所管理用房和生活用房80m2。防汛仓库利用原防汛仓库。1.9工程投资概算马口闸拟定施工工期为一年。按2001年4月份市场价格水平编制，工程初设概算静态总投资为：815.32万元。2 水文气象黄冈长江干堤所处区域为北亚热带，冬冷夏热，四季分明，湿润多雨。多年平均降水量在12001400mm间，降水量年内分配不均，主要集中在38月，占全年的的74%；降水量年际变化也较大，极值比为2.2。极端最高气温为40.3oC，极端最低气温为-12.2oC；多年平均霜日22.8天。全年以东风和北风居多，年平均风速2.7m/s；年均相对湿度为77%。黄冈长江干堤河段内仅有黄石港水位站，距河段上游起点67.5km处设有汉口水文站（资料系列较长），距下游末端22.7KM处有武穴水位站；此外工程河段内还设有马口闸、茅山闸、兰溪闸、巴河口、黄州、罗家沟闸等汛期水位观测站。该河段汛期为510月，其中7月份出现最大洪峰的次数最多，约占60%。洪水组成以宜昌以上来水占主导地位，洞庭湖水系、汉江的洪水也是其重要组成部分。本河段具有流量大、水位高、高洪水位出现次数频繁、持续时间长等特点。长江中下游主要控制站设计洪水位为长江流域综合利用规划简要报告确定的水位，即沙市45.00m、汉口29.73m、湖口22.50m，据此推求出工程河段控制点黄石、武穴两站的防洪水位分别为27.50m和24.50m（均为吴淞高程）。本涵闸工程设计水位均由汉口、黄石、武穴三站推求。经推求，马口闸防洪水位为：24.06m。3 工程地质3.1地形地貌特征马口排灌闸处长江一级阶地及河漫滩上，其地形较为平坦，地貌单元较简单，地层具有典型的二元结构沉积特怔，即上部为一般粘性土，下部为砂性土。3.2场地岩土层结构特怔在勘探深度范围内，根据钻探取样测试，标贯试验、静力触探试验PS-H曲线形态及野外地质描述，对各闸址区地层进行分层。马口排灌闸闸址地层分三大类共计六层，第一类为人工填土（Qml）即（1）层素填土，第二类为第四系全新统冲积而成的一般粘性土（Q4al），分为（2-1）层粉质粘土、（2-2）层粉质粘土夹粉砂，（2-3）层粉质粘土夹粉土，第三类为第四第全新统冲积而成的砂性土（Q4al），可分为（3-1）层粉砂夹粉质粘土和（3-2）层粉砂。现分别描述如下：（1）素填土（Qml）褐黄褐灰色，松散稍密，湿，压缩性高，主要由粘性土组成，夹有少量的碎石，局部地段为冲填土组成，其中位于大堤处填土固结程度较高。（2-1）粉质粘土（Q4al）灰褐色，软软塑，湿，压缩性高，含少量铁锰质氧化物，有时夹有多层薄层状粉砂。（2-2）粉质粘土夹粉砂（Q4al）褐黄色灰褐色，可塑，湿，压缩性中偏高，含少量铁锰质氧化物，夹有多层薄层状粉砂，局部呈互层状。（2-3）粉质粘土夹粉土（Q4al）灰色，可塑，湿，压缩性中等，含铁锰质氧化物，夹有多层薄层状粉土，该层颁发育较均匀。（3-1）粉砂夹砂质粘土（Q4al）灰，稍密，饱和，中等压缩性，以粉砂为主，夹有多层薄层状粉质粘土和粉土。（3-2）粉砂（Q4al）灰青灰色，稍密中密，饱和，中等压缩性，主要由石英、长石、云母等矿物组成，顶部可见粉质粘土，底部砂质较纯。各岩土层在水平及垂直方向的分布规律，详见工程地质剖面图。3.3 场地水文地质条件地下水的埋藏类型分为上层滞水和孔隙承压水两种，上层滞水主要赋存于结构松散、孔隙连通性好的（1）层素填土中，大气降水为其主要补给来源；孔隙承压水主要赋存于砂性土层中，与江水有密切的水力联系，呈互补关系，丰水季节江水补给地下水，枯水季节地下水补给江水。本次勘察时，由于各钻孔需要封孔回填，未测得准确的地下水位，但各钻孔距长江较近，地下水位大致与此时的长江水位持平。据区域水文地质资料，地下水对混凝土无腐蚀性。3.4 场地地震效应评价（1）抗震设防烈度据湖北省地震烈度区划图可知，闸址区地震的基本列度为六度，拟建的涵闸虽位于长江干堤上，按照有关的规定，各涵闸仍按六度地震烈度设防。（2）场地土层地震液化判别由于场地下存在饱和的粉土或粉砂，应对其进行地震液化判别。根据标准贯入试验判别法计算，得出标贯锤击数临界值Ncr均小于标贯测锤击数N63.5，同时场地砂土中夹有薄层的粉质粘土，其对地震液化有抑制作用，故可不考虑其地震液化效应。3.5 场地工程地质条件分析与评价马口排灌闸基础底板高程为10.03m，即基础底板处于（2-3）层粉质粘土夹粉土中，该层强度较高，层位稳定，厚度较大，为理想的基础层。但（2-3）层中夹有多层薄层状粉土，其透水性能强，故该层也应进行防水隔渗处理。另外，闸基施工时需进行基坑开挖，开挖深度各处不一，开挖挖除的地层主要为上部素填土层和一般粘性土层，故存在开挖边坡稳定性问题。如现场周围条件允许，可采用放坡开挖，其边坡容许坡度可取1:1.5:2.0或按当地有的经验值进行；如无放坡条件则应采取有效的边坡支护措施和防、排水措施，确保边坡稳定。3.6 闸址区土层渗透性分析与评价（1）闸址区土层渗透系数为了解闸址区土层的渗透性，本次勘察采用取原状土样进行室内渗透试验的方法测定土层的渗透系数，并将室内试验得到的K值统计平均值与水文地质手册中的土层渗透系数K的经验值对比，提出本闸址区的渗透系数K综合建议值如下表：表3.1 渗透系数K的综合建议值地层编号地层名称室内试验统计平均范围值（cm/s）水文地质手册经验值（cm/s）综合建议值（cm/s）（1）素填土5.110-71.310-66.010-56.010-41.310-46.010-4（2-1）粉质粘土8.310-64.510-61.210-66.010-54.510-66.010-5（2-2）粉质粘土夹粉砂1.610-66.310-56.010-56.010-46.310-56.010-4（2-3）粉质粘土夹粉土4.210-67.310-56.010-56.010-47.310-56.010-4（3-1）粉砂夹粉质粘土1.210-63.210-56.010-41.210-33.210-51.210-3（3-2）粉砂1.610-51.310-46.010-41.210-31.310-41.210-3对于土层渗透系数K值的取用，应结合已有的设计经验，上述综合建议值供设计参考。（2）闸基隔水防渗措施由于涵部两侧土层及闸基土层均有一定的渗透性，对其进行隔水防渗处理极为重要，而处理的方法与措施可以从以下几个方面考虑：由于涵闸基础持力层为一般粘性土层，其下卧层不同程度地夹有粉土、粉砂薄层，为了防止闸基产生渗透，建议该涵闸进行粉喷桩复合地基处理，这种处理方法施工简便，造价低，周期短，既可以提高部基土的强度，又能很好地改善闸基土渗透性能。3.7 闸室稳定性分析与评价对闸室稳定性分析主要包括三个方面内容：一是对地基承载力的评价，要求在闸室底板压力作用下，地基不发生剪切破坏而失稳；二是要求验算闸室在荷载作用下产生的沉降差，校核闸室发生倾斜的可能性；三是评价闸室在荷载作用下，沿基面滑动的可能性。对于与地基及变形相关的一、二点前文已作过说明，这时重点对第三点进行了评价。涵闸基础持力层以及持力层以下各土层未见有软弱夹层，故闸室连同地基一起产生深层滑动（层间滑动）的可能性极小。另外涵闸基础持力层层面发育稳定均匀，高程大致相当，层面坡角小，通过适当的处理（设置粘土铺盖或粉喷桩处理）后，闸基沿基面水平滑动的可能性也较小，故闸室的稳定性较好。为了便于设计验算，本次勘察除提供土层的直剪强度指标外，还特地提供了静三轴（不排水、不固结）抗剪强度指标。验算闸室稳定性的各项指标列表如下：表3.2 影响闸室稳定的土层指标地层编号地层名称容重r（KN/m3）闸基底面与地基土间的摩擦系数f静三轴抗剪强度C（KPa）(度)（1）素填土19.10.150.2064（2-1）粉质粘土18.00.200.2517.65.0（2-2）粉质粘土夹粉砂19.10.250.3514.74.8（2-3）粉质粘土夹粉土18.30.250.3015.54.53.8 结论与建议（1）本次勘察采用土工试验，标贯试验和静力触探等手段所取得的资料经综合统计分析，按湖北省岩土工程勘察工作规程并结合GBG7-89规范和水利水电工程地质勘察规范，提出各岩土层承载标准值fk，压缩模量Es值如下表：表3.3 各土层承载标准值、压缩模量地层编号地层名称fk（KPa）Es(MPa)（1）素填土1103.5（2-1）粉质粘土1154.5（2-2）粉质粘土夹粉砂1054.2（2-3）粉质粘土夹粉土1204.6（3-1）粉砂夹粉质粘土1107.0（3-2）粉砂16014.5（2）闸址区未见不良工程地质现象，适宜于建涵闸。（3）马口排灌闸以（2-3）层粉质粘土夹粉土作基础持力层较合理，但由于此时闸基底板埋深较大，闸室两侧土层所产生的侧向土压力较大，使闸室易于产生位移和滑动。为保证闸室两侧土层的稳定，建议对其应进行加固处理，处理的方法可用粉喷桩或预制桩。（3）闸基在满足强度及变形要求的同时，仍需满足抗渗要求和抗滑要求，确保闸室的安全。（4）闸址区地震的基本烈度为6度，以建涵闸仍可按6度地震烈度设防，可不考虑地基土的地震液化效应。（5）地下水的埋藏类型可分为上层滞水和孔隙承压水两种，地下水对混凝土无腐蚀性，基坑开挖进应注意防、排水、确保基坑不会产生基坑突涌，同时还需做好基坑的支护工作。（6）基础施工时加强验槽工作，确保闸基砌置在设计要求的基础持力层中。3.9 天然建筑材料选择土料产地进行了初查，砂料产地和块石料产地进行了普查。土料产地勘探储量大于3万m3，主要为粘土。各项参数基本满足质量技术要求，开采、运输方便。砂料以中砂为主，成分主要为石英，成分主要为石英，其次为长石。质量优良，开采运输方便。分布在蕲水支流。块石料集中在大堤下游端的武穴市田镇一带，临江分布，为二迭系灰岩、白云质灰岩，储量大于1000万m3，开采方便，以水运为宜。在工程区砾石奇缺。4工程任务与规模4.1基本情况原马口闸位于武穴市田镇办事处马口垸，相应堤段桩号98+819处。该闸建于1971年5月，钢筋混凝土箱结构，箱涵截面34m2（宽高）。平板钢闸门，螺杆启闭机，设计排水量17m3/s，引水流量很小。4.2存在的主要问题1）闸身多处裂缝、断裂，不能承受高水位压力。现已发现裂缝10余条，闸身伸缩缝均已裂开，第一节伸缩缝沉陷差4cm，缝宽4cm，第二节伸缩缝沉陷差47cm，缝宽79cm。涵闸渗径严重不足，每逢汛期高水位闸基常出现翻沙鼓水现象.2）根据水利部确立的长江54型推算水位，启闭机室设计高程偏低。同时由于涵闸所在长江干堤防洪标准的提高导致原干堤进行了加高培厚，因而原闸涵管长度也不够。3）钢闸门锈蚀严重，强度不能满足要求。经检测锈蚀深度达6mm，钢板厚度仅剩4mm，亟需更换。4.2工程规模马口新建闸不改变原马口闸的性质，采用钢筋混凝土矩形箱涵结构，仍建在原闸址处。由于马口闸的流量由原来的17m3/s增加到21.75m3/s，相应的新闸的孔口尺寸由原来的34m（宽高）变为3.84m，闸底板高程不变，为10.03m。采用平板钢闸门，螺杆式启闭机1台。由于其所在堤防级别为3级，故建筑物等级为3级。闸基础为粉质粘土夹粉土，承载力为120KPa。5.工程布置及主要建筑物5.1设计依据及基本资料5.1.1工程等级根据可研报告批复文件，马口闸所处的长江干堤为III级堤防。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）“位于堤防上的水工建筑物等级，应不低于堤防等级”，因而定马口闸为III级建筑物，对于进出口建筑物按IV级建筑物设计，临时设施按V级建筑物设计。5.1.2设计依据（1）黄冈长江干堤整险加固工程可研报告（2）黄冈长江干堤整险加固工程可研报告批复（3）防洪标准（GB50201-94）；（4）堤防工程设计规范（GB50286-98）；（5）水利水电工程初步设计报告编制规程（DL5021-93）；（6）水闸设计规范（SL265-2001）（7）水闸施工规范（SL-27-91）；（8）水工钢筋混凝土结构设计规范（DL/T 5057-1996）；（9）水利水电工程钢闸门设计规范（SL74-95）；（10）建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）；（11）混凝土重力堤设计规范（SDJ21-78）；（12）水电水利工程工程量计算规定（DL/T5088-1999）；（13）工程管理设计规范（SL/T191-96）（14）水工建筑物荷载设计规范（DL5077-1997）（15）水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）5.1.3地震烈度根据国家地震局1990年地震烈度区划图，建筑物场地地震基本烈度为VI度。5.1.4基本参数（1）闸室抗滑稳定安全系数根据水闸设计规范（sl265-2001）对于III级建筑物有：基本组合K=1.25特殊组合K=1.10（2）地基应力不均匀系数根据水闸设计规范（sl265-2001）,对于中等坚实地基，可取：基本组合=2.0特殊组合=2.5（3）挡土墙抗滑稳定安全系数KC，按IV级建筑物设计，有：基本组合KC=1.20特殊组合KC=1.05（4）回填土的主要物理力学指标内摩擦角：水上：=22度；水下：=18度天然容重：，干容重：（5）荷载组合闸室稳定计算主要考虑两种最不利工况：A设计情况：外江取设计最高洪水位：24.06m，内港取相应水位水位：14.03m，（此时内外水头差最大）。B.完建工况：上下游均无水。5.1.5设计水位外江设计最高洪水位：24.06m，相应内港水位：14.03m（此时内外水头差最大）。马口湖历史最高水位：19.35m马口湖历史最低水位：12.53m内港自排水位：13.03m马口泵站起排水位：14.03m5.1.6设计流量本闸为灌排闸。但引水流量很小，因而设计流量采用排水流量。马口闸后的自排闸的排水流量为：Q=17m3/s，马口闸的设计抽水流量为Q=17m3/s，校核排水流量为Q=21.75m3/s，因此又口排灌闸的流量计算考虑两种情况，一种是在自排情况下通过排水流量17m3/s，另一种是马口泵站抽排进，通过流量21.75m3/s。5.1.7堤顶高程涵闸处堤顶设计高程25.06m，堤宽8，内外坡比1：3。5.1.8启闭机台高程采用设计堤顶高程高程为：25.56m。5.2主要建筑物由于该闸内排水渠系已成定局，老闸基经过多年预压，沉降已逐于稳定，因此重建新闸的闸轴线与原老闸闸闸线重合。新闸孔口尺寸采用为3.8m4.0m（宽高），从内湖到外江依次布置为：内湖消力池连接段、钢筋混凝土箱涵段、闸室段、外江消力池连接段。5.2.1内湖消力池连接段由于马口闸有灌溉引水任务，因而其内湖端也设一消力池，其尺寸同于外江消力池（池深0.8m，池长 12.0m）。内湖消力池采用C20钢筋混凝土结构，边墙和底板整体现浇，形成一U型槽结构，边墙之间设有0.50.4的横撑。另消力池底板设梅花状排水孔，孔下设三级反滤，反滤料厚0.6m，孔间距1.5m。另外消力池前渠道进行50的浆砌石衬砌。5.2.2钢筋混凝土箱涵段穿堤箱涵总长75.8m，分为5节，单节长为15m，伸缩缝宽2.0cm，采用紫铜片止水，沥青杉板填缝。箱涵洞身净孔尺寸为3.8m4.0m（宽高），底板厚0.8m，边墙厚0.7m，顶板厚0.6m。箱涵采用C20钢筋混凝土，下设0.1m厚C10素混凝土垫层。5.2.3闸室段闸室包括底板、闸墩、启闭机房、交通桥等。闸室段分为开敞部分和涵洞部分，开敞部分长6.20m，其底板部分厚100cm，边墩上部宽0.8m，下部为1.2m；涵洞部分为一净空为3.8m4.0m的箱涵，四边墙厚同堤下涵洞段。检修平台高程18.00m。闸室均采用C20钢筋混凝土，下设0.1m厚C10素混凝土垫层。启闭机室底板高程为25.06m，启闭机室由4根0.40.4m排架柱支撑，启闭机房采用砖混结构，建筑面积32.9m2，启闭机室楼板及梁柱均采用C25钢筋混凝土。交通桥采用现浇C25钢筋混凝土板梁型结构，桥面净宽2.0m。桥面栏杆采用型钢结构。5.2.3外江消力池连接段马口闸主要为排水闸，外江设一C20钢筋混凝土消力池，池长12.0m，池深0.8m。池底板高程9.23m，底板厚0.5m，边其边墙与底板整体现浇，并设0.50.4 m的横撑，横撑间距为2m。为了对出水口两岸进行整治和保护，在消池后设一钢筋混凝土的连接段，其边墙采用扭面型式，并对堤坡进行60m宽的浆砌石护坡。为了减小出涵闸水流对堤脚的冲刷，保护堤脚，在出口处进行60m宽、18m长的抛石护底。5.2.5堤身恢复回填堤身按III级堤防标准填筑，填土压实度不小于0.94。5.3设计计算5.3.1防渗排水设计：（1）渗径长度计算根据水闸设计规范，闸基防渗长度可按下式计算：式中：L-闸基防渗长度；c-渗径系数，根据地质情况，可取79，本设计取9。设计水位：24.06m；内湖取相应水位14.03m。经计算，所需渗径长度为：90.27m，小于实际设计防渗长度102.8m，故渗径长度满足要求。（2）闸底板渗流计算根据水闸设计规范，对于本次闸基所处的（2-3）层粉质粘土，水平段和出口允许坡降分别为：0.20-0.28和0.50-0.60。采用改进阻系数法进行渗流计算，经计算得：出口坡降为：平均坡降为：故满足要求。（3）排水设计本设计在内湖消力池下设有排水孔，要求在排水孔下设60cm的三级反滤层。同时也要求渠道进行30m长的浆砌石衬砌，浆砌石下设反滤。5.3.2排水流量校核（1）自排情况：（按无压长洞计算）计算工况：上游水位13.03m，外江水位12.53，设计排水流量Q=17m3/s。对于涵洞起点水深可以根据能量方程计算：即：式中，-进口水头损失系数，对于八字斜墙取0.2。涵洞内水面曲线可按明槽恒定渐变流进行计算：即：式中，-涵洞进出口能量差；-平均水力坡度，；-涵洞坡降；-涵洞长度；经计算，见出口水深h出=2.53m，即出口水位为12.56m，高于下游水位12.53m，故涵洞过流能力能满足要求。从计算过程中可以看出涵洞内的水深不超过2.7米，因而其净空也满足要求。（2）抽排情况（按淹没有压流量计算，考虑上下游水关差0.10m，排水流量Q=21.75m3/s）计算公式：式中：-淹没出流的流量系数；-涵洞出口局部水头损失系数-从进口到出口前（不包括出口）的各种局部水头损失系数之和。-涵洞断面积。经计算：=1.15故马口闸在抽排时也满足要求。5.3.4消能防冲计算计算工况：由于抽排时，马口闸下游水位很高，因而消能防冲按自排水情况计算。上游水位13.03m；下游水位12.53m，即下游水深h下=2.5m。涵洞流量：17m3/s。A）.消力池深度计算根据水闸设计规范SD13384，收缩水深hc可按下式计算：式中：T0总势能（m）；qmax过闸单宽流量(m3/s/m)；a水流动能校正系数，取1.0；流速系数，一般采用0.95。经计算取可不设消力池。故本设计取消力池深为0.8m满足要求。B）.消力池长度计算：水跃长度Lf可按下式计算：根据水闸设计规范SD13384，消力长度按下式计算：Lsf消力池长度；Ls消力池斜坡段投影长度；水跃长度校正系数，根据水闸设计规范SD13384,可采用0.7-0.8 ,本设计采用0.7。经计算消力池长度定为12m。C）.消力池底板厚度计算：消力池底板始端厚度t可按下式计算：其中，泄水时上下游水位差（m）；=3.0-2.5=0.5m；k1消力池底板计算系数，可采用0.175-0.20 ，本设计采用0.2，取消力池底板始端厚为0.5m。根据水闸设计规范SD13384，消力池未端厚度可采用t/2，故本设计消力池底板未端厚度采用0.5m满足要求。5.3.5闸室稳定及地基应力验算（1）闸室稳定及闸基应力计算公式抗滑稳定（抗剪断公式）式中：抗滑稳定安全系数；闸室基础底面与土地之间的摩擦角（度）， -闸室基底面与土质地基之间的粘结力（Kpa），根据规范，本设计取0.3C0=130.3=0.39度；闸室铅直向荷重之和；闸室水平向荷载之和。摩擦系数，取0.3。地基应力式中：地基应力；闸室基础底面积；作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的弯矩；闸室基础底面对于垂直水流方向的形心轴的截面距。C不均匀系数式中：闸室基底应力最大值（Kpa）闸室基底应力最小值（Kpa）(2)设计工况A基本组合设计情况：外江设计最高洪水位：24.06m，内湖水位：14.03m。B施工完建期涵闸上下游无水。（3）计算结果荷载计算见下表 5-1完建工况荷载计算表：计算式垂直(KN)水平(KN)力臂(m)弯矩(KN.m)启闭机室7024.7453330.99底板16.216.2259614.44228.4底板28.85.2251144-3.1-3546.4趾0.51.511.425213.800边墩112257.996.22476.94.410898.36边墩20.88.82524.61619.2-3.1-5019.52顶板7.57.8250.6877.5-3.6-3159挡土墙0.53.83.425161.50.1732.3土重325.2193161.6-3.1-9800.96水平土压力0.53.43.419tg2355606.63330.99合计：1131.7560660.2经计算得：（外江）（内港）平均地基压力：地基压力不均匀系数：地基压力不均匀系数满足要求。（2）设计工况：上游计算水位：24.06m，内湖水位：14.03m。荷载计算见下表：5-2 设计工况荷载计算表：计算式垂直水平力臂弯矩启闭机室7024.7453330.99底板16.216.2259614.44228.4底板24.85.2251144-3.1-3546.4趾0.51.511.425213.800边墩112257.996.22476.94.410898.36边墩20.84.82524.61619.2-3.1-5019.52顶板7.53.8250.6877.5-3.6-3159挡土墙0.53.83.425161.50.1727.455土重32.25.291507-3.1-4671.7水平土压力0.53.43.49tg235-295-6.61947