抚顺市冷口子水闸除险加固设计

都兴洋，唐振华，孙 利，常万军

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春130021）

冷口子拦河闸坝位于抚顺市新宾满族自治县下夹河乡岗东村东1.5km处，属太子河流域。该工程建成于1991年，拦河闸全长165m，冷口子拦河闸坝主要作用是蓄水灌溉，解决了沿岸320hm2水田的灌溉问题，同时它还担负着闸址以上北太子河流域918.84km2集雨面积的排洪任务，保护下游0.5万人的生命和财产安全。

1 闸址区水文地质

设计洪水计算采用《辽宁省中小河流设计暴雨洪水计算方法》（中等流域设计洪水——辽宁产汇流计算方法，适用于300～1000km2）计算，50年一遇洪峰流量3870m3/s，20年一遇洪峰流量3010m3/s。

冷口子拦河坝位于太子河干流上，观音阁水库回水末端。两岸山体属中低山地形，山顶为长梁状。河谷较宽阔，呈不对称U型谷，两岸一级阶地较发育宽阔，阶地较平坦。河道弯曲，河床宽160～170m。

工程揭露的地层岩性。基岩为太古界青白口系钓鱼台组石英砂岩（Qnd）,层状构造，节理较发育，岩石呈弱风化状态，岩质坚硬。岩面高程为280m左右。允许承载力2000kPa，渗透系数K=1.2×10-1cm/s。

覆盖层为第四系冲洪积物（Q）。卵石：稍密状态。厚度2.0～3.0m，分布普遍，河床部位出露地表，分布于基岩之上。允许承载力400kPa，渗透系数K=1.2×10-1cm/s。

淤泥质粉土：灰黑色，松散，性状较差，厚度1.0～2.0m左右。分布于水闸上游及引水渠表部。

工程区地震动峰值加速度为小于0.05g，地震基本烈度小于6度，属相对稳定地区。

2 除险加固的必要性

根据相关部门的安全鉴定结论及安全鉴定核查意见，确定冷口子拦河闸为三类闸，应进行除险加固设计。

3 工程等别及建筑物级别

按照相关规范规定确定冷口子拦河闸工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为3级。设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为50年一遇，消能防冲的洪水标准为20年一遇。

4 工程总布置

拦河闸为三类闸，按照设计原则应进行除险加固，闸址应保持不变，与原设计相同，除险加固后拦河闸轴线总长165.60m。

原拦河闸建有曲线型实用堰溢流坝段、叠梁闸门冲砂闸段、平板闸门进水闸段，本次除险加固对拦河闸布置做相应调整，调整的主要依据是对原拦河闸现状的调查和复核计算得出的结论。

除险加固后的拦河闸沿拦河闸轴线由右岸至左岸依次为右岸挡墙、5.0m的进水闸段、14.0m的冲砂闸段、146.6m的溢流坝段及左岸挡墙。

5 溢流坝除险加固方案确定

1）由对原拦河闸的复核可知。原拦河闸溢流坝表层一定范围内的混凝土强度、抗冻性不满足规范要求且有一定的碳化深度。这次除险加固应将该部分混凝土凿除。

消能方式调整：由于原溢流坝无法满足戽流消能，溢流坝下游消能防冲采用底流消能，消能防冲设计洪水标准采用20年一遇洪水。

堰型调整：由于消能方式和洪水标准发生变化，因此溢流坝堰面体型需要调整。

由复核计算知坝体基底应力不满足规范要求，需将坝体基础顺水流方向长度加长，经计算加长至6.0m可满足要求。

2）溢流坝结构设计。为满足地基允许承载力及应力比的要求，这次除险加固溢流坝顺水流方向长度取6.0m可满足要求。溢流坝基础利用原坝体基础，首先将原坝体凿除至281.40m高程，然后以凿除后的原坝体为基础浇筑新坝体，新浇混凝土与原坝体混凝土、原坝体浆砌石及与基岩结合面用Φ25锚筋连接。

溢流坝溢流前缘长度145.6m，顺水流方向长6.0m。上游坝面垂直，坝基础向下游加宽2m，为保证灌溉要求，堰顶高程与原设计相同为284.60 m，坝高5.13m。溢流坝堰面为WES实用堰型，其曲线由四部分组成，上游侧分别以0.117m、0.584 m和1.46m为半径的三圆弧曲线，然后由曲线连接，曲线方程y=0.2011X1.85，最后以10m为半径的圆弧连接下游消力池。定型设计水头2.92m。采用坝顶自由溢流泄洪方式。

新浇筑溢流坝坝体内部混凝土设计标号为C15F150，外包50cm厚混凝土，外包混凝土设计标号为C25F250。溢流坝分为9个坝段，其中紧靠左岸侧的1号坝段长15.5m，2号～8号坝段长度为16.3m，紧靠冲砂闸的9号坝段长16.0m。

溢流坝和冲沙闸之间用隔墙过度。因为拦河闸下游不远处设有过河交通桥，所以溢流坝上方不设置交通桥。

6 冲砂闸除险加固方案确定

1）由对原拦河闸的复核可知：①原设计冲砂闸过小，不满足排砂要求，汛期河水挟砂量大，造成上游淤积严重，河床不断抬高。②冲砂闸金属结构及机电设备不满足要求。③冲砂闸消能防冲不满足要求。

2）冲砂闸结构设计。冲砂闸垂直水流方向长14m，为满足地基允许承载力及应力比的要求，这次除险加固冲砂闸闸底板顺水流方向长度取6.0 m。闸底板利用原冲砂闸底板，首先将原冲砂闸底板凿除至281.40m，然后在其上浇筑C25F250混凝土至282.40m高程，形成冲砂闸底板，新浇筑混凝土与原浆砌石底板及基岩接触面用Φ25锚筋连接，组合底板总厚2.5m，其中新浇筑混凝土厚1.0 m。冲砂闸闸底板顶高程与原冲砂闸底板顶高程及清淤后河床底高程相同，为282.40m。

冲砂闸孔数保持不变，共3孔，中墩厚1.5m，边墩厚1.0m，上下游墩头半圆弧形。孔口净宽3.0m，孔口总净宽为9m，过水断面为河道过水断面的5.46%，满足（GB50288-99）《灌溉与排水工程设计规范》5.2.11第2条，冲砂闸的设计过水断面积宜为溢流坝坝址处河道过水断面积的1/20～1/5的要求。

冲砂闸闸门为平板钢闸门，启闭方式为手摇螺杆式启闭。

冲砂闸闸顶布置两层平台，下面一层为闸门检修平台，兼做人行通道，检修平台宽4.50m，顶高程290.29m，检修平台梁底高程高于50年上游校核洪水位（289.09m）0.5m。上面一层为启闭设备平台，平台宽3.00m，顶高程294.80m，满足启闭设备布置及闸门检修层高的要求。

7 进水闸除险加固方案

1）由对原拦河闸的复核可知：①原进水闸在遇10年一遇设计洪水时已经漫顶，不能正常运行，进水闸需要加高。通过对进水闸金属结构复核可知，原进水闸闸墩厚度无法满足金属结构关于闸墩厚度的要求，另外原进水闸经过多年运行表面混凝土已剥离，粗骨料裸露，胸墙及闸墩混凝土也存在裂缝等缺陷，虽然2011年进行了水毁修复，但这些内部缺陷始终无法消除，另外，进水闸混凝土强度、抗冻性也不满足要求，进水闸混凝土结构已经不适合继续使用。这次设计将进水闸启闭机平台、闸墩拆除。②通过复核结论知原进水闸在水位达到边墩及进水闸顶高程286.38m时基底出现拉应力，不满足规范要求。需加大进水闸底板顺水流方向长度，经计算加长至7.0m可满足要求。

2）进水闸结构设计。进水闸1孔，孔口净宽3.0m，与原进水闸孔口净宽相同，两侧边墩厚1.0 m。闸底板顶高程与原闸相同为283.45m，闸门形式为平板钢闸门，启闭方式为手摇启闭，进水闸设有胸墙，胸墙底高程285.40m。

为满足基底应力的要求，这次除险加固进水闸闸底板顺水流方向长度增加至7.0m，闸底板利用原进水闸底板，首先将原进水闸底板凿除至281.40m，然后在其上浇筑C25F250混凝土至283.45m高程，形成进水闸底板，新浇筑混凝土与原浆砌石底板及基岩接触面用Φ25锚筋连接，组合底板总厚3.9m。

进水闸闸顶布置两层平台，与冲砂闸相同，下面一层为闸门检修平台，兼做人行通道，检修平台宽4.50m，顶高程290.29m，检修平台梁底高程高于50年上游校核洪水位（289.09m）0.5m。上面一层为启闭设备平台，平台宽3.00m，顶高程294.80 m，满足启闭设备布置及闸门检修层高的要求。

8 拦河闸消能防冲设计

拦河闸采用底流消能，底流消能有两种布置方案，方案一是将消力池底板座落在砂卵石地基上，方案二是将消力池底板座落在石英砂岩地基上。两种方案优缺点如下：

方案一：优点开挖量小，但抗浮计算得出的底板厚度较大，混凝土用量大。

方案二：座落在基岩上，较方案一稳定性好，消力池底板相对较薄，混凝土用量小。缺点是开挖量相对较大。

经过技术经济分析比较，本区覆盖层较薄，采用方案二比采用方案一更经济，且安全性更好。所以推荐采用方案二。

经计算，进水闸下游可不设消力池，冲砂闸、溢流坝段下游设消力池，消力池建基在岩基上，池深2.14m，消力池总长度27.00m。消力池底板厚0.4m。

9 结 语

除险加固设计的关键是在保证原工程功能及安全的前提下怎样花最少的成本获得最大的效益。这就要求我们对原工程有一个全面深入的认识。这次设计对原工程进行了充分的调查，并在调查的基础上通过复核计算、理论分析及跟现行规范对比，找出原水闸在运行上，安全上存在的问题，并通过除险加固设计，使这些问题得到了妥善的解决。