坑口闸除险加固工程设计分析

袁启铭

(江西省水利规划设计院，江西 南昌 330029)

坑口闸位于江西省余江县锦江镇坑口村，坐落于信江支流团湖港上，距县城35km，距206国道50m。工程始建于20世纪70年代初。自建成以来保护了锦江镇1万余人生命财产安全，保护耕地0.5万亩，灌溉农田1000亩。水闸最大下泄流量为276m3/s，是一座以灌溉为主，兼顾防洪的中型水闸工程。

1 工程概况

坑口闸为涵洞式水闸，主要建筑物由进水口段、涵闸段、出口段等组成。

进口段长约4m，两岸为浆砌石八字墙，墙顶高程22.60～20.00m。

涵闸段底板高程18.00m，涵洞共4孔，城门洞型，每孔净宽 2.3m，洞高 2.9m。涵闸段长7.5m，宽14.5m，中墩厚1.1m，边墩厚1.0m，闸墩顶高程22.7m。中间两孔为钢筋混凝土平板闸门，采用手动螺杆启闭机启闭，边孔为混凝土叠梁门，无启闭设施。中墩为浆砌红条石结构，边墩为浆砌红条石重力式挡土墙，顶宽 1.0m，高约4.2m。

坑口闸出口两岸为浆砌红条石八字墙，均已老化、破损，消力池几乎全部冲毁，尤其左岸，近60m岸坡严重坍塌，严重危及岸边的民房，河床冲坑深约3.0m，范围约200m2。

工程运行后基本达到设计目的，但因受兴建时的经济条件、技术水平的限制，工程设计不够合理，工程质量存在较多问题。水闸运行多年来，遭遇几次大洪水，使坑口闸及出口消力池受到不同程度破坏和损伤，尤其是消力池，基本全部冲毁。坑口闸工程的正常运行，对当地的农业发展做出了重要贡献，但工程自身存在的问题对锦江镇农业灌溉等已构成威胁。

2 工程存在的问题

根据《江西省余江县坑口闸工程安全评价报告》安全鉴定结论确定坑口闸为四类闸，建议尽快拆除重建。工程存在主要问题如下。

(1)水闸中间两孔为两台手动螺杆启闭机，启闭机老化锈蚀，不能正常使用，上部无闸房，不利于启闭设备养护，启闭机工作梁，混凝土机墩和混凝土闸门均老化，浆砌红条石闸墩开裂沉陷，裂缝宽达2cm。出口两岸为浆砌红条石八字墙，均已老化，基础掏空，开裂破损，消力池几乎全部冲毁，尤其左岸，近60m岸坡严重坍塌，严重危及岸边的民房，河床冲坑深约3.0m，范围约200m2。

(2)该设计坑口闸20年一遇洪峰流量为219.0m3/s，50年一遇的洪峰流量为276.0m3/s。通过分析计算可知:坑口闸过20年一遇洪峰流量时，水位已全部上岸溢出，说明水闸的过流能力偏小。

(3)该水闸坐落于砂砾石层之上，闸基存在渗漏问题;闸基最大渗透坡降值大于允许渗透坡降值，渗透稳定不满足要求;该水闸无渗流观测设备，不利于水闸的安全管理。

(4)供电线路老化，无备用电源。启闭机控制、保护等设备不完善;工程无安全监测设施，无水情、雨情测报设施;工程管理、通讯设施简陋，无管理用房。

3 除险加固工程布置及主要建筑物

坑口闸坐落在信江支流团湖港上，该工程灌溉农田1000亩，保护农田5000余亩，是一座以灌溉为主，兼顾防洪的中型水闸工程。

该工程水闸最大过闸流量为276m3/s。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)、《防洪标准》(GB50201-94)及《水闸设计规范》(SL265-2001)，确定该工程等别为Ⅲ等中型工程。根据工程等别，确定水闸为3级建筑物，次要建筑物级别为4级，临时建筑物为5级。

3.1 泄洪闸加固设计

根据工程现状、安全鉴定结论及复核计算，泄洪闸存在的主要问题是:泄流断面偏小，不满足水闸行洪要求。

根据现有情况综合考虑，泄洪闸在原址拆除重建。

针对存在的问题拟定采取的方案为:通过减少孔数、适当加大孔口尺寸使泄流能力满足要求，拆除原老闸，拟建3孔泄洪闸布置方案，设置消能设施。

3.1.1 闸孔底高程选择

泄洪闸闸孔底高程的确定，主要关系到洪水对上游的淹没范围，合理的确定闸底高程，不仅对闸孔的宽度、闸室的稳定有着决定性的影响，而且直接关系到整个工程的工程量和造价，为了加大过闸水深和过闸单宽流浪，减少闸室总宽度，减少工程投资，根据《水闸设计规范》(SL265-2001)，尽量将泄洪闸底板高程定得低一些，并与河底基本齐平。参照闸址处上游河床底高程，确定泄洪闸闸底板高程为18.00m。各孔选择闸门及启闭机型式一致布置。

3.1.2 闸孔宽度、孔数选择

该工程水闸正常挡水高度为2.55m，根据《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL74-95)及闸门运行、启闭机容量、闸门的制作及安装等因素，并协调泄洪闸布置、闸门尺寸、启闭机型式等，新建泄洪闸闸孔宽度均为6m。根据泄流规模计算，综合考虑河道宽度，工程选择3孔单宽6m的闸室结构。

工程泄洪闸结构布置如下:

(1)闸室段。泄洪闸采用开敞式水闸，闸底板高程18.00m，闸室段长11.70m，底板厚1.2m，宽23.0m，3孔，单孔净宽6.0m，泄洪闸设上游检修闸门和工作闸门，闸门结构形式为平面滑动钢闸门。边墩厚 1.0m，中墩厚 1.5m。闸墩顶高程22.70m，闸墩顶布设有启闭排架和交通桥，启闭平台高程28.50m，启闭平台上闸房内布设卷扬式启闭机;交通桥采用装配式钢筋混凝土板桥，交通桥宽5.50m，桥面高程22.70m。

(2)进口段。水闸上游进口段河底高程17.80～18.10m，为促进闸前淤积体的排泄，同时增加闸室的渗透稳定性，本次设计进口段采用 C20混凝土护底，厚0.5m，护底高程为18.0m，顺水流方向长5.00m。两岸采用重力式C15混凝土挡墙，墙顶高程22.30m，墙高4.8m，墙顶宽0.5m，墙背边坡 1∶0.6。

(3)出口段。闸室下游布置消力池，消力池总长19.20m。闸室与消力池之间的连接段底板边坡为1∶4，长6.2m，闸室底板高程18.00m，消力池底板高程16.70m。消力池底板水平段长13.00m，底板厚度0.9m，池深0.7m，坎顶高程17.40m。消力池后采用厚1.0m的钢筋石笼海漫护底，长18m，端部为10m长的干砌石块石防冲槽，防冲槽两侧边坡为1∶2，深2m。消力池及海漫两岸采用重力式C15混凝土挡墙，挡墙顶高程21.40m，墙高5.2m，墙顶宽0.5m，墙背边坡1∶0.6，墙后采用砂性土回填至现状地面高程，墙顶与地面之间的高程用1∶1.5的坡度衔接。

团湖港河道两岸陡峭，民房集中，为使水流顺接，确保工程安全，本次对进口段上游35m、出口段下游32m范围内的两岸进行岸坡整治，岸坡削坡坡度为1∶1.5，采用C15混凝土预制块护坡。

3.2 闸门和启闭设备设计

闸室段顺水流方向依次布置检修闸门、工作闸门。

检修闸门为露顶式，闸门设计挡水位20.55m，设计水头为2.55m，门高为3.0m。闸门设计为下游面板下游止水结构型式的平面滑动钢闸门，侧止水为“P”型橡皮，底止水为“I”型橡皮，正向支承采用工程塑料合金滑道。闸门共设1扇，3孔共用。闸门及埋件主要材料为 Q235B，闸门重约5t/扇，埋件重2.5t/孔。闸门运行方式为静水关闭，动水开启。

启闭设备选择两台MD-50-6D型电动葫芦，容量2×50(kN)，重约0.5t/台，三孔共用。轨道为I28b，重约1.6t/套。

工作闸门设计挡水位为21.60m，设计水位差3.6m，门高4.0m。每孔设工作闸门一扇，共3扇。工作闸门结构型式设计为平面滑动钢闸门，采用下游面板下游止水的双向挡水的结构型式。侧止水为双“P”头型橡皮，底止水为“I”型橡皮，正反向支承采用工程塑料合金材料自润滑滑道。闸门及埋件主要材料为Q235B，闸门重约6t/扇，埋件重3t/孔。

闸门运行方式为动水启闭，启闭设备选择QPQ-2×80kN型固定卷扬式启闭机，扬程约6m，重约2t/台(套)。启闭机采用现地和远程两种控制相结合的控制方式。启闭机安装高程为28.30m。

4 除险加固工程设计中应注意的问题

水闸除险加固工程的工作量通常比设计一座新闸还要大，由于受原闸的限制，设计往往处于被动，因此设计中还需注意以下几点。

(1)调查水闸的主要问题，包括水闸的建成时间，工程规模及建筑物级别，工程设计的特征值，主要结构的安全状态，闸门、启闭机及电器设备的完好程度，观测设备的有效性，工程运行、管理及损坏情况等。

(2)对原始资料的收集，主要包括原设计资料、施工资料与管理资料。收集的资料力求准确、真实，还需要设计人员去伪存真，将其作为自己的设计依据。受当时施工背景的影响，有些资料可能不能真实地反映水闸的情况，这样的资料如被采用，将直接影响除险加固设计方案的选定。

(3)要重视规划条件的变化及未来发展的需要。要以最新修订的规划数据为依据，对原工程的规模进行重新确定。水闸原来所采用的规划数据，受当时条件的限制往往不够确切，从而影响水闸的安全运用。随着国民经济的发展，水闸的功能及保护范围会发生很大的变化，造成水闸的级别发生改变。

5 结语

坑口闸运行至今，受当时经济、技术等条件的限制，工程质量存在较多问题，工程运行几十年以来，由于水闸工程自然老化、水毁严重等原因，工程效益难以发挥。且水闸一旦失事，不仅影响工程效益的正常发挥，还直接危及两岸耕地、圩堤及人民生命财产的安全。对坑口闸除险加固后，消除了水闸运行的安全事故隐患，大大提高了水闸的防洪能力及运行的安全性和可靠性。

坑口闸除险加固工程提高了防洪标准，社会效益显著;实现水闸的计算机监控，提高设备运行的可靠性。

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