水利工程除险施工技术研究

2021-09-02黄磊栋

湖南水利水电 2021年4期

黄磊栋

（广州坚磊建设有限公司，广东广州 510900）

水利工程运行受多方面因素的影响，包括自然环境因素、水文因素、人为因素以及磨损等，出现病害在所难免，要确保水利工程安全稳定运行需要定期进行检查，确定病害类型、损坏程度以及病害部位，进而有针对性地采取除险加固措施，有效控制险情[1]。在水利工程中，水闸是最容易出现病害的部分，常见病害包括钢筋腐蚀、结构老化、渗漏破坏、稳定性降低等，如不进行除险加固，会导致水闸难以发挥相应的作用，进而影响水利工程运行效益。

1 工程概况

某引水枢纽工程始建于1982 年，原闸全长56 m，共5 孔，单孔净宽3.0 m，为直升式钢混平板闸门。工程设计排涝流量为79.6 m3/s，防洪流量为113.5 m3/s，蓄水位为11.5 m，蓄水量为50 万m3，为中型水闸。工程主要以农业灌溉为主，同时兼顾水环境治理，涉及流域面积共计428.4 km2，工程设计等级为III 级，校核洪水标准为50 年一遇。工程自建成以来运行28 年，创造了巨大的社会效益与经济效益，但由于数次洪水侵袭以及多种因素影响，病害缠身，经鉴定为三类闸，必须采取除险加固措施。需要拆除原闸在原址进行重建，工程其他建筑保留。

2 除险加固方案比选

综合考量多方面因素，给出三种方案：一是直升式平板闸，即与原闸保持一致，这种方案的优点在于整体结构简单，水闸控制灵活，操作简单，可靠性较高，且投资相对适中，后续的维护费用较低；缺点在于机架桥排架比较高，且阻水相对而言较大，工程整体投资为586.04 万元。二是底轴自动翻板闸，这种方式的优点在于水闸启动闭合可以实现自动化，整体稳定性良好，可以精准控制水位，且阻水相对而言较小，不会影响河道泄洪[2]；其缺点在于工程投资规模较大，后期运行维护费用比较高且难度较大，工程整体投资为708.39 万元。三是橡胶坝，该方案的优点在于整体结构简单，投资费用较低，阻水相对而言较小，施工周期短，可以尽快恢复运行；其缺点在于使用寿命较短，坝袋容易损坏，正常情况下运行15 年就需要更换，且后期管理维护难度较大，费用较高[3]，工程整体投资为465.00 万元。

三种设计方案各有优劣，考虑到工程所处区域的水文、地质条件等自然因素与投资规模、后期维护管理、操作运行等因素，拟采用第一种方案，即直升式平板闸。

3 除险加固方案设计

3.1 整体设计

水闸布置于主河槽位置，水闸设计为4 孔，单孔净距为4 m，其中闸墩采用C25 钢混结构，闸墩高度为6.4 m，中墩厚度为1.0 m，边墩沟渎为1.0 m。底板设计为C25 钢混底板，总宽度为21.0 m，厚度为1.0 m，高程为6.7 m。检修闸门与工作闸门设计为4 m×5 m，配备电动葫芦与卷扬式启闭机，在闸墩顶部上游位置设置宽度为70 cm 的检修桥，采用C30 钢混结结构；高度为5.5 m 的土排架与宽度为4.0 m 的机架桥，均采用C30 钢混结构。闸室设置桥头堡，共计3 层，分为配电室、启闭控制室、发电室以及观测室[4]。水闸控制段设计如图1所示，上游连接护坡与铺盖，下游连接海漫、消力池、防冲槽以及护坡。

图1 水闸控制段设计简图

3.2 建筑结构设计

1）过流能力设计。原闸防洪标准设计为20 年一遇，重建后设计为50 年一遇，设计防洪流量为168.5 m3/s，防洪水位为15.32 m，水闸底板高程设计为6.7 m，水闸闸孔总净宽为16.0 m，当上下游的水位差超过13 cm 时，水闸闸孔可泄流量为166.85 m3/s，超过设计流量，水闸的过流能力满足工程设计标准。

3）消能防冲复核。工程改造重建后，水闸渠底的宽度为11.0 m，边坡比为1∶3，比降为1/14 000，糙率为0.025，考虑在最坏情况下，水闸前水深最大为4.5 m，按照闸门运行工况，确定下游消能水利条件，开闸时，根据闸门提起高度计算下泄流量，当开启1 孔闸门时为最不利工况，按照闸门提起高度为0.25 m、0.5 m、1.0 m、1.5 m进行计算，消能效果如表2 所示。根据《水闸设计规范》SL 265-2016 的相关规定，防冲槽的计算值通常较大，考虑到本项目的实际情况，若按照规定设计防冲槽的深度，不仅施工难度较大，且需要增加较大成本投入，结合以往的经验，防冲槽深度设计为2.0m[5]。根据表2 的数据，同时综合工程所处区域水文条件、地质条件等多种因素，并参考类似工程设计经验，最终确定本工程消能防冲设施的尺寸为：消力池深度1.0 m、底板厚度50 cm、长度19.0 m、闸门开度为4.5m、防冲槽深度为2.0m、海漫长度为30.0m。