诸城市三里庄水库溢洪闸工程设计方案

王栋梁 孙炜栋

1.诸城市密州水库运营维护中心 山东诸城 262200 2.诸城市林家村水库运营维护中心 山东诸城 262200

由于三里庄水库建于上世纪60年代，已经超服役运行，在机上受到当时条件与技术的限制，其已经出现老化问题。根据国务院加强病险水库建设的指示，笔者结合设计工作中积累的经验，对诸城市三里庄水库溢洪闸工程设计进行分析，以期能设计出更加合理、经济的方案。

1 工程现状

三里庄水库溢洪道建有5孔溢洪闸，净宽50.0m，堰顶高程为65.70m，闸门尺寸为10×5.23m。交通桥顶高程74.50m，宽4.0m。

（1）现状溢洪闸基础位于①层壤土，①层壤土具有中等压缩性，工程地质条件较好，不易产生不均匀沉降。其下为③层土质砂砾石具有强透水性，存在闸基渗漏问题。

（2）①层壤土、②层中粗砂与③层土质砂砾石地基承载力特征值建议值分别为120kPa、160kPa、180kPa，①层壤土与闸基础的摩擦系数f建议值为0.28。

（3）存在问题：①水闸无检修闸门，无防冻胀措施，闸墩及门槽混凝土老化、剥蚀严重，无法确保启闭机正常安全运行。②闸门门体无变形、损伤等缺陷，焊缝及周围热影响区均无裂纹等缺陷。③启闭机为1963年前后产品，达到报废年限，减速器及联轴器有漏油现象，启闭机无高度指示装置、无限位开关及荷载控制器。机组均为接地，存在安全隐患。④经现场负载试验，5台启闭机机械构件均存在异常声音；水闸5台启闭机负载试验结果均不满足《水利水电工程启闭机制造安装与验收规范》（SL381-2007）要求。

根据《水利水电工程金属结构报废标准》（SL226-98）规定，该水闸启闭机达到报废标准，应予以报废。

2 工程任务与规模

2.1 工程任务与规模

本工程重要任务是通过拆除改建溢洪闸，使三里庄水库达到设计洪水标准，满足城市及周边地区供水及河道生态用水要求。

2.2 工程等别和建筑物级别

依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017），三里庄水库总库容9041m3/s，工程规模为中型，水库工程等别为Ⅲ等，溢洪道建筑物级别为3级。

依据《防洪标准》（GB50201-2014）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017），确定三里庄水库溢洪道设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为2000年一遇；溢洪道消能防冲标准为30年一遇。施工临时建筑物洪水标准为5年一遇。闸后交通桥荷载标准参照公路Ⅱ级。

2.3 工程布置及建筑物

拆除改建溢洪闸，溢洪道泄槽增设钢筋混凝土面层防护，上游增设裹头、铺盖，加固下游翼墙。

3 溢洪闸工程设计方案

3.1 溢洪道加固

3.1.1拆除改建溢洪闸

拆除原溢洪闸及进口段，改建后溢洪道进水渠两侧设置圆弧与直线结合的直立式导流墙。

改建后闸室仍采用开敞式结构，闸孔规模同现状溢洪闸，共5孔，每孔净宽10.0m。闸室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，采用在闸墩设缝分段，中间一孔为一联，分段长11.80m，两侧边孔两孔一联，分段长度23.0m，中墩厚1.2m，缝墩及边墩厚0.9m。闸室顺水流向长17.0m，闸顶高程76.00m。检修门为叠梁式平面滑动钢闸门，检修桥宽1.5m。工作闸门为双吊点露顶式平面钢闸门。墩顶设排架及机架桥，上设启闭机房[1]。交通桥位于工作闸门的下游侧，荷载设计标准为公路-II级，溢洪闸左右两岸均设桥头堡。

闸室底板上游齿墙下设混凝土防渗墙，墙体厚度30cm。地基采用水泥土搅拌桩复合地基。

3.1.2 泄槽加固

本次将原泄槽表层混凝土凿毛，新增厚度30cm的C30钢筋砼，两侧浆砌石边墙增设C30钢筋砼贴面，新老结构之间设锚筋。

3.2 机电和金属结构

3.2.1 金属结构设计

溢洪闸金属结构设计包括工作闸门、检修闸门及其启闭设备的设计。该闸共5孔，共设工作闸门5扇。闸门采用10.0×5.2-4.56m（宽×高—设计挡水水头）露顶式平面定轮钢闸门。共设1套叠梁式平面检修钢闸门，共1套，每套检修门由5节组成，每节高1.0m，规格为10.0×1.0×5-4.56m叠梁式平面滑动钢闸门。

3.2.2 电气设计

溢洪闸防汛指挥调度系统、通信系统，闸门启闭设备的动力系统及现场照明用电负荷为一级，其他用电负荷为三级[2]。溢洪闸采用双重电源供电，为一路网电电源和一台自备柴油发电机组。网电电源由110kV东郊变电站10kV三里庄线51#杆T接。溢洪闸启闭机，配套电动机2×11kW，启闭机电动机采用全压直接启动。选择1台125kVA干式变压器和1台90kW自备柴油发电机组。在桥头堡设供电变电站。

（1）溢洪闸改建方案比选。原溢洪闸共5孔，每孔净宽10m，总净宽50.0m，堰顶高程为65.70m，兴利水位70.26m，采用弧形闸门，尺寸为10×5.23m。本次除险加固仍然维持原闸孔规模，进行弧形闸门和平板闸门两种方案比选。

①弧形闸门方案。闸室采用开敞式结构，共5孔，每孔净宽10.0m。闸室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，水闸位于土基上，采用在闸墩设缝分段，中间一孔为一联，两侧边孔两孔一联，分段长度23.0m，中墩厚1.2m，缝墩及边墩厚0.9m。闸室顺水流向长20.0m，墩头、墩尾均为半圆形，闸顶高程76.00m。检修门为叠梁式平面滑动钢闸门，检修闸门启闭设备采用1套2×50kN双吊点移动式启闭机及1套2×50kN自动挂脱梁，检修桥宽1.5m。工作闸门与检修门为双吊点露顶式弧形钢闸门，尺寸为10.0×5.2m（宽×高），支铰安装高程为70.70m，选用2×250kN双吊点固定卷扬启闭机。墩顶设排架及机架桥，排架柱断面尺寸为700×800mm（宽×高），盖梁断面尺寸为1200×800mm（宽×高），机架桥由两片预制钢筋砼π型梁组成，梁高1.2m，桥面高程83.60m。上设启闭机房，净宽3.96m。交通桥位于工作闸门的下游侧，荷载设计标准为公路-II级，桥面板为空心板结构，桥面宽7.0+2×1.0m，顶高程76.50m。

②平面闸门方案。该方案和弧形门方案布置基本形式相似。闸室采用开敞式结构，共5孔，每孔净宽10.0m。闸室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，水闸位于土基上，采用在闸墩设缝分段，中间一孔为一联，分段长11.80m，两侧边孔两孔一联，分段长度23.0m，中墩厚1.2m，缝墩及边墩厚0.9m。闸室顺水流向长17.0m，墩头、墩尾均为半圆形，闸顶高程76.00m。检修门为叠梁式平面滑动钢闸门，检修闸门启闭设备采用1套2×50kN双吊点移动式启闭机及1套2×50kN自动挂脱梁，检修桥宽1.5m。工作闸门与检修门吊点距3.12m，为双吊点露顶式平面钢闸门，尺寸为10.0×5.2m（宽×高），选用2×250kN双吊点固定卷扬启闭机。墩顶设排架及机架桥，排架柱断面尺寸为700×800mm（宽×高），盖梁断面尺寸为1200×800mm（宽×高），机架桥由两片预制钢筋砼π型梁组成，梁高1.2m，桥面高程83.60m。上设启闭机房，净宽3.96m。

③方案选择。a.本次除险加固重新进行了洪水复核，在考虑青墩水库溃坝的情况下，推求三里庄水库两千年一遇洪水位为75.37m，洪峰流量为2115m3/s，此时，闸后水位达到71.2m，经优化，弧形闸门支铰最大安装高程70.7m，闸门支铰会受到水流冲击。b.由于本工程闸门挡水高度仅为4.56m，上游设有检修闸门，排架高度主要受检修门起吊高度控制，不能发挥弧形闸门所需排架高度小的优势。c.弧形闸门门叶所占据的空间较大，闸室顺水流向长度较平板门加长3.0m。d.弧形闸门受力集中在支铰处，需要土建闸墩结构进行特殊处理。

相比而言，本工程采用平面闸门闸室顺水流向长度较弧形门减少3.0m，且不用考虑支铰受水流冲击问题，闸门结构简单，制作、安装及运输容易，运行安全可靠。

综上所述，鉴于三里庄水库溢洪闸挡水高度低，而最高洪水位较高，为确保工程安全、技术、经济，本次除险加固闸门型式选用平面闸门[3]。

（2）溢洪道除险加固总体布置。改建后溢洪道进水渠在左右两侧均设置圆弧与直线结合的直立式导流墙。

闸室采用开敞式结构，闸孔共5孔，每孔净宽10.0m。闸室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，水闸位于土基上，采用在闸墩设缝分段，中间一孔为一联，分段长11.80m，两侧边孔两孔一联，分段长度23.0m，中墩厚1.2m，缝墩及边墩厚0.9m。闸室顺水流向长17.0m，墩头、墩尾均为半圆形，闸顶高程76.00m。检修门为叠梁式平面滑动钢闸门，配一台2×50KN电动葫芦及自动挂脱梁一套，检修桥宽1.5m。工作闸门与检修门吊点距3.12m，为双吊点露顶式平面钢闸门，尺寸为10.0×5.2m（宽×高），选用2×250kN双吊点固定卷扬启闭机。墩顶设排架及机架桥，排架柱断面尺寸为700×800mm（宽×高），盖梁断面尺寸为1200×800mm（宽×高），机架桥由两片预制钢筋砼π型梁组成，梁高1.2m，桥面高程83.60m。上设启闭机房，净宽3.96m。交通桥位于工作闸门的下游侧，荷载设计标准为公路-II级，桥面板为空心板结构，桥面宽7.0+2×1.0m，顶高程76.50m。溢洪闸左右两岸均设桥头堡。

闸室底板渗漏严重。本次除险加固结合闸室改建，在闸室底板上游齿墙下设塑性混凝土墙，墙体厚度30cm，防渗墙嵌入岩基面以下1.0m。

本次将原泄槽表层混凝土凿毛，新增厚度30cm的C30钢筋砼，两侧浆砌石边墙增设厚度50cm的C30钢筋砼，新老结构之间设锚筋，锚筋间距2m，梅花形布置。对消力池边墙破损部位予以修补。

（3）防渗排水布置。防渗布置采用截渗与导渗结合。在闸的上游端采用截渗，以削减渗水压力，减小出逸坡降。在闸的下游端采取排渗，使进入闸基内的渗透水流，可以顺利地排泄到下游去。

①防渗布置。底板上、下游各设0.5m深齿坎，闸前设钢筋砼铺盖长18m，闸室底板6m以下有一层土质砂砾石层，厚度为2～3m，为强透水层，渗漏严重。本次除险加固结合闸室改建，在闸室底板上游齿墙下混凝土防渗墙，墙体厚度30cm，防渗墙嵌入岩基面以下1.0m。防渗墙设计同大坝防渗。两岸翼墙亦采用钢筋砼结构，上游翼墙及边墩后均回填壤土。

②排水布置。现状闸室下游护坦及泄槽底板下部已经设置了网格排水系统，并运行正常，本次除险加固仍利用现状排水系统。横向排水沟沿横缝下布置，直径150mm，排水管外包碎石反滤。纵向排水沟布置2道置于泄槽板下，直径200mm，排水管外包碎石反滤。

（4）泄槽加固设计。经现场检查，现状泄槽混凝土受冻融及水流冲刷，表面混凝土脱落，手碾易碎，骨料外露。泄槽流速较大，现状两侧边墙为浆砌石结构，不满足防冲要求。

泄槽现状底部排水良好，总体运行正常。本次将原表层混凝土凿毛后，新增厚度30cm的C30钢筋砼，两侧浆砌石边墙增设厚度50cm的C30钢筋砼，新老结构之间设锚筋，锚筋间距2m，梅花形布置。

4 结语

工程实施以后，从根本上解决了三里庄水库溢洪道、溢洪闸存在的安全隐患，解决好除害与兴利之间的矛盾，最大限度的拦蓄洪水，减轻下游的防汛压力，确保水库的运行安全与下游河道及整个诸城市城区的防洪安全，确保城区及周边生产生活用水、生态用水，经济效益、生态效益、社会效益显著。