草子湾拦河闸工程溢流坝加固设计分析

2018-11-06江传生陈小波

水利科学与寒区工程 2018年10期

关键词：拦河闸溢流坝闸坝

江传生，陈小波

(上饶市科信水利水电勘察设计咨询有限公司，江西上饶 334000)

1 工程概况

草子湾拦河闸位于万年县苏桥乡岗上村，横跨万年河。此工程兴建于1978年，1979年投入运行，工程等级为Ⅲ等。草子湾拦河闸总长75 m，主要建筑物有混凝土溢流坝、放空闸、引水闸、交通桥、电站，以及左、右岸防洪堤等。

2 拦河闸存在的问题

2008年11月，上饶市水利局组织对草子湾拦河闸工程初建时存在的问题进行了论证，对工程现场进行了详细的检查。经现场检查发现水闸存在的主要问题如下：

(1)混凝土溢流段。混凝土溢流坝上游铺盖被水流冲刷严重，局部被掀起冲走，溢流坝面局部混凝土有蜂窝麻面，如图1所示，坝下基脚部分淘空。

图1 混凝土蜂窝麻面示意图

(2)引水闸闸墩及启闭排架。所有闸墩和排架均存在着不同程度的表层混凝土老化问题，特别是受水流冲刷或水位变化部位出现混凝土剥落、露石、露筋情况。现场还进行了闸门开启试验，试验时选择了使用较频繁的4#闸门。在提升过程中两侧导轮卡死，发出“吱吱”的响声。闸门面板迎水面、水下部分均存在严重的锈蚀问题。

(3)放空闸。所有闸墩均存在着不同程度的表层混凝土老化问题，特别是受水流冲刷或水位变化部位混凝土剥落、露石严重，放空闸、引水闸闸门启闭螺杆弯曲变形较严重。

(4)引水闸和放空闸闸门导轮大部分锈蚀失灵，致使闸门在开启过程中，有晃动、噪声大的现象，闸门止水失效，漏水严重；每次大洪水过后，均发现坝顶混凝土磨损厉害，骨料外露，闸上、下游两岸护坡受洪水急流冲刷，破坏较为严重，或沉陷、或错位、或淘空；交通桥多处断裂、露筋，影响行人及车辆安全。

(5)工程无任何观测设施。通过现场安全检查、地质勘探、室内土工试验、工程测量、现场检测及水闸安全复核计算等工作，编写安全评价报告，确定草子湾拦河闸为四类闸坝，不仅使用功能无法得到切实发挥，更是对下游地区人民的生命财产安全构成威胁，因此必须尽早对拦河闸进行除险加固。

3 拦河闸除险加固必要性与设计原则

3.1 除险加固必要性

(1)工程防洪安全需要。草子湾拦河闸运行多年，水工建筑物出现了严重老化的情况；闸门的启闭机启门力不满足要求，启闭机机座断裂，无法正常运行；设计洪水位时，设计闸顶高程为53.1 m，现状闸顶高程为53.0 m，不满足《水闸设计规范》(SL 265—2016)要求。由此表明：草子湾拦河闸运行安全问题严重，必须及时采取有效的加固处理措施，防止出现垮坝失事问题。

(2)农田灌溉需要。草子湾拦河闸拦河引水灌溉苏桥乡800.00 hm2农田。因此,从提高保证农业生产、粮食安全角度出发，对草子湾拦河闸进行除险加固是必要的。

(3)社会稳定需要。对草子湾拦河闸坝工程进行除险加固，可有效解除洪水对下游的威胁，保证人民群众的生命财产安全，实现社会稳定。由此，必须根据工程实际，科学制定合理的加固设计方案，规范落实设计内容，保证闸坝结构安全。

3.2 除险加固设计原则

草子湾拦河闸除险加固设计原则如下：严格根据工程规划、相关文件要求展开设计，查清、解决水闸运行中存在的问题，恢复拦河闸原有作用；需保证河道行洪安全，泄洪设施运行安全可靠；需保证拦河闸结构安全可靠、投资经济、施工便利、管理高效[1]。

4 拦河闸工程溢流坝加固设计方案

4.1 拦河闸工程溢流坝加固设计内容

针对草子湾拦河闸工程溢流坝现存的主要问题，确定加固设计的主要内容如下：溢流堰改为闸坝设计；下游消力池拆除重建设计；放空闸拆除，引水闸更换金属结构及启闭设备设计；交通桥拆除重建设计；上、下游导墙加固设计。

4.2 加固工程设计方案

(1)坝型选择。草子湾拦河闸现状采用无闸控制的溢流堰泄流，50 a一遇的校核洪水已淹没交通桥及防洪堤。为提高拦河闸的泄洪能力，本次设计采用以下三种闸型进行比选：闸坝、闸坝加溢流坝和翻板坝。

方案一：闸坝方案。溢流闸设计为闸坝，布置在河床部位，闸底采用宽顶堰的形式，堰顶高程为46.0 m，建基面开挖高程为40.5 m，底板为C25混凝土结构。闸坝总长157.0 m，总净宽132.6 m。闸坝设7个闸孔，每孔净宽8.0 m，总溢流净宽56.0 m。闸门采用平面滚轮钢闸门，高度为4.5 m，正常蓄水位时其挡水高度为4.0 m，闸门均采用2×160 kN双吊点卷扬式启闭机启闭。闸墩厚1.5 m，为C25钢筋混凝土结构，墩顶设8.0 m宽的交通桥。

方案二：闸坝加溢流坝方案。为方便管理，将方案一中的一闸孔改为溢流坝，宽度为12.0 m。溢流坝采用WES溢流堰，堰顶高程取正常水位，即50.0 m。其余部分设计同方案一。

方案三：水力自控液压翻板坝。翻板坝堰型采用宽顶堰，建基面、堰顶高程以及堰高分别是40.5 m、46.0 m、5.3 m。宽顶堰上设水力自控翻板门，净挡水高度4.0 m，单扇门宽8.0 m，共7扇，总溢流净宽56.0 m，宽顶堰与下游C25混凝土护坦相衔接。闸中墩厚1.0 m，边墩厚1.5 m，墩体为C25钢筋混凝土结构，墩顶设8.0 m宽的交通桥。在左岸布置3.0 m宽的放空闸，闸底高程48.0 m，保留现有8.0 m宽的引水闸[2]。

三种方案投资相差不大，具体优缺点见表1。综合考虑，草子湾拦河闸除险加固初步设计在闸型选用时采用方案一，即闸坝方案。

(2)堰顶高程选择。草子湾拦河闸现状为溢流段是无闸控制的溢流坝，坝顶高程为50 m，经方案比选，本次加固拟采用闸坝方案，闸基为宽顶堰。根据上、下游河床高程，本次堰顶高程采用46 m和47 m两种方案进行比较。

经计算，当堰顶高程取46.0 m时，交通桥桥面高程为53.5 m，比现状高0.5 m；当堰顶高程取47.0 m时，交通桥桥面高程已达54.3 m，比现状高1.3 m。为了与两岸公路更好衔接，本次加固堰顶高程取46.0 m。

(3)加固设计泄洪闸堰型采用宽顶堰，建基面高程43.25 m，堰顶高程46.00 m。在宽顶堰上设7扇8.00 m×4.50 m(b×h)的平面钢闸门，总溢流净宽56.00 m，净挡水高度4.00 m。工作门前设一道检修门槽，7个溢流孔共用一扇检修闸门，检修闸门为平面钢闸门，尺寸为8.00 m×4.10 m(b×h)。

表1 三种方案比较

闸中墩及边墩厚1.50 m，上游端呈光滑的半圆形，墩体为钢筋混凝土结构。墩顶设6.00 m宽的交通桥，桥面高程53.50 m，两侧设花岗岩栏杆。检修平台高程53.60 m，启闭平台高程60.50 m。启闭房为砖混结构，长78.70 m，宽5.45 m[3]。

消力池采用C25钢筋混凝土结构，池宽64.0 m，池长20.0 m，池深1.0 m，池底高程44.5 m，前半部分底板厚1.0 m，后半部分底板厚0.5 m。消力池底板每9.0 m设一分缝，缝宽20.0 mm，沥青杉板填缝；底板后半部分设Φ50PVC排水管，梅花型布置，间距2.0 m。消力池底板采用紫铜片止水，厚1.0 mm。消力池后设6.0 m长的浆砌石护坦，护坦厚0.6 m。

在拦河闸上游河床设C25混凝土铺盖，长18.5 m，宽77.5 m，厚0.4 m，下设0.15 m厚的C15混凝土垫层。混凝土铺盖在顺水流方向每9.5 m设1道伸缩缝，中部设1道横向伸缩缝。