西五官拦河闸除险加固工程设计

2015-03-22张显龙

黑龙江水利科技 2015年5期

关键词：拦河闸翻板闸室

张显龙

(朝阳县河道管理所，辽宁朝阳122000)

1 工程概况

西五官拦河闸位于凌源市城关街道四五官，1999 年由水利勘测设计队设计，凌源市农水科施工，于2000 年完工并交付使用，主要功能为灌溉和防洪。

工程投运至今未经历较大洪水，但是受经费缺乏的影响，日常管理和维护工作难以得到有效开展，每年虽进行大量的清淤工作，但效果并不显著。

该拦河闸工程主要由右岸水力自动翻板闸、左岸溢流坝、左右岸引水闸及上下游防护堤组成:

1)水力自动翻板闸。

翻板闸门高1.5 m，闸孔总净宽70 m(共10 孔)，包括面板、支臂、支座、联动装置等部分。除联动装置采用钢结构外，其余均为钢筋混凝土结构。

2)溢流坝。

溢流坝长约80 m，为土石结构，经多年运行后已出现破损，严重影响坝身安全。

3)引水闸。

引水闸为单孔穿堤涵洞式，涵洞净宽1.2 m，高1.0 m。

4)防护堤。

左岸护坡总长81 m，由上游至下游依次为30 m干砌石护坡、51 m浆砌石护坡;右岸护坡总长200 m，由上游至下游依次为60 m干砌石护坡、54 m浆砌石护坡和86 m干砌石护坡。

2 除险加固工程的必要性

依据《水闸安全鉴定规定》(LS214—98)，辽宁省水利水电科学研究院对西五官拦河闸进行安全鉴定，并形成了《凌源市西五官拦河闸进行安全鉴定报告书》，将西五官拦河闸安全类别评定为四类，具体鉴定结论如下:

1)工程过流能力不足，无法满足本河段防洪要求。

2)翻板闸闸门、底板、支墩、翼墙等构造物严重损坏，无法正常运行。

3)进水闸闸门全部丢失，无机电设备、无启闭机、无观测设施。

4)闸室渗透稳定未能满足相关要求，消能防冲设施完全损坏。

5)混凝土强度、冻融、炭化、剥蚀局部未能满足相关要求。

6)闸前淤积深度超过1.5 m，大部分位置与闸门顶部齐平［1－3］。

总的来说，沉陷变形问题、稳定问题、渗漏问题、闸前淤积问题是西五官拦河闸的主要病险问题，不仅对其使用功能的发挥造成严重的影响，而且对下游地区人民群众的生命财产安全构成一定威胁，急需进行治理。

3 工程布置及主要建筑物加固设计

3.1 设计原则与依据

根据西五官拦河闸的实际情况，本次除险加固设计采用以下原则:

1)严格根据工程规划及相关文件的要求进行设计。

2)设计成果需满足国家和水利水电行业现行的规范与规程［4－6］。

3)水闸防洪设计:

水闸泄洪能力设计以河道防洪标准为依据;由于早年河道防洪规划已经考虑水闸的影响，因此除险加固设计中，水闸泄洪能力不低于原水闸标准;需进行河道清滩(淤)。

4)引水闸设计:

引水闸规模沿用原有设计，在满足引水灌溉流量要求的同时，确保泄流、过流能力不小于原闸;引水闸闸室、闸门、上部结构、启闭设备重新设计，闸底板上部混凝土需凿除置换，效能防冲设施整体拆除重建［7］。

5)引水闸启闭设备选择手电两用螺杆启闭机。

6)水利自动翻板闸设计:

结合翻板闸实际情况，处理原则为拆除新建，并于下游增设消能防冲设施;考虑原水力自动翻板闸依靠水力开闭闸门，无需人为开闭，因此新建翻板闸选用液压自动翻板闸。

7)溢流坝设计:

结合溢流坝实际情况，处理原则为拆除原有土石结构，增设消能防冲设施，与右岸翻板闸统一新建液压自动翻板闸。

3.2 闸型与轴线的选择

3.2.1 拦河闸轴线

本次设计是将原闸拆除后新建拦河闸，因此拦河闸轴线沿用原有轴线。

3.2.2 拦河建筑物形式

本拦河闸原有坝型为水力自动翻板闸，因此备选坝型包括水力自动翻板闸、液压翻板闸和橡胶坝。

水力自动翻板闸具有成本低、操作简单、便于维护等优点，但本河道泥沙含量较大，随着使用时间的延长，淤积问题将会使部分闸门无法正常开启，因此予以排除。

橡胶坝具有成本低、安装简易、塌坝后阻水建筑物少等优点，但同时也存在使用年限较短、运行维护费用较高、泵房投资较大等缺陷，为确保运行可靠性予以排除。

液压翻板闸具有使用年限长、可靠性高、便于管理维护、调节灵活等优势，但初期投资较高，金属结构安装工作量较大。

经过综合考虑并参考业主意见，本拦河闸最终选用液压翻版闸型式［8－9］。

3.3 引水闸

引水闸设计原则为加固后过流能力不低于原有水平，孔口底高程为原设计高程376.20 m，仍采用单孔，孔口净高1.00 m、净宽1.20 m。

引水闸闸址位于左右岸，基础为砂砾石，闸室结构需同时满足自身稳定性与应力要求。为方便工程管理与操作，引水闸型式为穿堤涵型式、钢筋混凝土结构，采用手电两用的螺杆启闭方式，闸门选用平板钢闸门［10－11］。

3.4 工程总体布置

西五官拦河闸闸室段总长156.80 m，共有17孔，闸门净宽8 m，每2 孔闸墩设置一沉降缝，分缝处闸墩宽1.5 m，不分缝处闸墩宽0.8 m;左右边墩宽1.2 m，分别于两岸堤防、挡土墙形成平台，控制泵房设置于右岸下游侧挡土墙回填平台处。

3.5 闸室结构布置

3.5.1 闸室形式

为满足汛期泄洪要求，采用开敞式闸室，堰型采用宽顶堰。

3.5.2 闸底板顶高程

为兼顾基础抗冻以及减少淤积的要求，确定闸底板顶高程为375.50 m。

3.5.3 闸门尺寸

根据引用灌溉流量时对上游水头的实际要求，拦河闸设计挡水高度确定为1.60 m，闸门向上游倾斜挡水(倾斜角45°)，垂直挡水高度1.60 m，闸门净宽8 m。

3.5.4 闸墩布置

闸墩包括三种尺寸，左、右边墩厚1.20 m，底板每两孔一分缝，分缝位置在中墩上，分缝中墩厚1.5 m共8 个，不分缝中墩厚0.8 m共8 个。

由于闸墩上部需设置人行桥，所有中墩与底板长8.00 m，上游端头采用半圆形，半径随墩厚而变化;下游端头半圆形。分缝中墩上、下游连接处设置651 型橡胶止水带，闸墩顶高程378.10 m。

3.6 人行桥设计

为满足液压启闭机操作和检修的实际要求以及方便两岸交通，于闸墩上设置人行桥一座。桥面高程381.22 m，与两岸防护堤平顺连接［12］。

人行桥采用混凝土槽型板桥，桥面净宽3 m，铺装层采用C30 小石混凝土，最小厚度0.07 m，桥面横向坡比1%，以利于桥面排水。梁板高0.70 m，宽0.8 m，单跨布设4 道梁。

人行桥单跨长度9.10 m，共计17 跨，全场155.60 m(包括缝宽)，桥面栏杆采用金属栏杆。

3.7 挡土墙设计

左右岸挡土墙分别位于左右岸边墩上、下游，采用悬臂式钢筋混凝土挡土墙，混凝土标号C20W4F200。

左岸挡土墙上、下游段长度分别为17.89 m、23.44 m，墙顶设计高程380.28 m，最大墙高7.58 m，墙后回填与墙顶等高。下设素混凝土垫层10 cm，墙后设置竖向、横向排水盲沟。

右岸挡土墙上、下游段长度分别为14.94 m、24.54 m，墙顶设计高程380.28 m，最大墙高7.58 m，墙后回填与墙顶等高。下设素混凝土垫层10 cm，墙后设置竖向、横向排水盲沟［13］。

3.8 引水闸设计

为满足灌溉需求，在拦河闸左右岸设置流量为1 m3/s的引水闸，由于设计流量相同，因此左右岸引水闸的闸门尺寸、涵洞尺寸以及进口底高程均采用相同设计。

引水闸进、出口底板高程分别为376.20 m、376.05 m，涵洞底坡为1%，闸室段与涵洞总长15 m，进出口均为钢筋混凝土铺砌，铺砌厚度为0.2 m。

3.9 河道清滩设计

河闸附近河床淤积问题较为严重，不仅减少了进水闸取水量，同时也会削弱行洪能力，因此需进行适当的疏浚清淤。

根据本工程实际情况，同时结合除险加固工程布置，确定闸0－160 m ～0+160 m 桩范围内除建筑物外的河道需要清滩。其中，上游闸0－160 m ～闸0－010 m桩号需清滩至375.50 m高程;下游闸0+056 m ～闸0+160 m桩号需清滩至375.20 m高程，河床两侧清滩开挖边坡为1∶2。