联和水库排洪分水闸重建工程设计分析

黄 琪

(惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司，广东 惠州 516000)

1 工程概况

联和水库排洪分水闸是联和水库下游联和河上的一个重要水闸，位于水库下游5.0 km，属中型水闸，工程等别为Ⅲ等，为3级建筑物。此水闸于1964年完工，工程任务主要是蓄水灌溉、排洪和交通功能[1]。

联和水库排洪分水闸为开敞式水闸，由闸室、闸门、启闭机室、交通桥、上下游翼墙、消力池、护底、海漫等组成。其中闸室长度为4.35 m，总宽32.4 m，共设有7个闸孔，左边6孔为翻板闸，每孔净宽4.0 m，净高2.2 m，右边1孔，净宽2.5 m。总净宽26.5 m。翻板闸底板高程为12.45 m(珠江基面高程系统，下同)，平板闸底板高程为11.90 m。上游浆砌石铺盖长3.5 m，闸室底板采用宽顶堰型式，闸室下游为混凝土消力池，池长17.0 m，池深0.7 m，消力池底高程为11.2 m，消力池出口为一段浆砌石护坦，护坦长5.0m。护坦下游为干砌石海漫，海漫长5.0 m。闸顶高程为15.4 m，原设计过闸流量150 m3/s。

2 联和水库排洪分水闸重建工程设计

2.1 闸址确定

根据现场查勘情况，可知现状水闸为新店村与外界联系的交通要道，其左侧为三江灌渠，右侧是福田老渠，下游右岸为一民房，工程场地狭窄。水闸闸址的选择应确保不能影响现有灌渠和附近村庄的交通，且尽量避免影响下游民房，避免拆迁，因此水闸闸址的布置范围受到极大的限制，考虑到无合适的新闸址，且另选新闸址将增加征地拆迁问题，而水闸在现状位置处正常运行了近60年，现闸址处地基条件好，为粗砂地基。故重建水闸的闸址选在原闸址[2]。

重建水闸垂直于河道布置，闸顶交通桥与两岸现状道路保持在一条直线上，上游修建混凝土铺盖，用于防渗和护底，两岸修建挡墙与上游河岸顺畅连接，下游修建消力池和护坦等消能防冲设施。拆除原破旧管养房，原址新建管养房[3]。

2.2 闸顶高程确定

本工程设计、校核洪水标准为20 a一遇、50 a一遇，设计洪水位为15.48 m，校核洪水位为16.15 m，水闸正常蓄水位为13.85 m，正常蓄水位低于设计、校核洪水位，故本水闸闸顶高程由泄水情况控制确定。

本工程为3级建筑物，泄水时，设计洪水位的安全加高值为0.7 m，校核洪水位的安全加高值为0.5 m。

设计洪水位情况下，闸顶高程为16.78 m(其中闸顶板厚0.60 m)；校核洪水位情况下，闸顶高程为17.25 m(其中闸顶板厚0.60 m)。故闸顶高程取17.25 m。

2.3 水闸型式拟定

本工程初步拟定了3个闸型进行方案比较，见表1。

(1)方案1：开敞式水闸。闸室采用C25钢筋混凝土箱涵结构，该段长13.0 m，共设5孔，单孔净宽8.0 m，净高5.65 m，左侧三孔一联，右侧两孔一联，即3#、4#闸孔之间设置一道结构缝，缝宽30 mm。中墩厚1.2 m，边墩厚1.0 m，距离上游段3.0 m处布置钢制平板闸门，闸门槽宽0.5 m，深0.4 m；闸顶上部设启闭机室，启闭机室长56.83 m、宽5.80 m，安装5台QPK-2×125 kN卷扬式启闭机。闸门下游侧设一宽2.50 m的检修平台，平台面高程17.25 m，便于闸门检修。检修平台下游侧为闸顶交通桥，桥宽7.00 m，桥面高程为17.25 m，两侧设防撞混凝土栏杆。

(2)方案2：翻板闸。采用滑块式水力自控翻板闸，闸门由门叶及支腿组成。单扇闸门长5.0 m，高2.5 m，闸门复位后与水平面成82°角，共设8扇。闸门4扇一联，共用一个混凝土底板。左右两联之间设一缝墩，缝墩厚1.0 m，缝宽30 mm。坝基底板为C25钢筋混凝土开口箱涵结构，厚1.2～1.7 m，宽13.0 m，长22.0 m，底板面高程为11.5 m。为解决两岸交通，在橡胶坝的下游设一交通桥，交通桥共4跨。交通桥采用预应力空心板桥，板厚0.6 m。

(3)方案3：橡胶坝。采用单向充水式拦河橡胶坝，坝顶展开高度为2.5 m，坝袋总长度为40 m，分左右两段对称布置。坝基底板为C25钢筋混凝土开口箱涵结构，厚1.7 m，宽13 m，长22 m，底板面高程为11.5 m，墙顶高程为17.25 m。为解决两岸交通，在橡胶坝的下游设一交通桥，交通桥共4跨，每孔跨度为10 m。平底板内布设管径DN300充、排水管，每座坝底板中心线上各布置两个充水口。橡胶坝控制室建在左岸，建成一座圆筒状建筑物，分地上地下两层，圆筒内径为8 m，水泵机组选用1台，型号为BS300-12A型单级双吸水泵，配套电机功率为30 kW，水泵吸水管直接伸至上游河道。充排水管设于控制室下部，与坝底板内充(排)水管道相连[4-5]。

表1 方案比选表

经对比，方案二、三虽然结构简单，投资较小，但都存在寿命短，易卡阻，运用可靠性较低等缺点，而方案一，虽然投资较大，但结构稳定、运行可靠，水利工程都具有较长的使用年限，故从长远考虑，拟采用方案一作为推荐方案。

2.4 水闸孔口尺寸方案比较

根据水闸的过闸流量初步拟定了4孔、5孔和6孔3个方案进行比较。

(1)方案一：4孔，单孔尺寸10 m(宽)×6 m(高)。

(2)方案二：5孔，单孔尺寸8 m(宽)×6 m(高)。

(3)方案三：6孔，单孔尺寸6.7 m(宽)×6.0 m(高)。

方案一、方案三水流条件较差，运行不方便；方案二水流条件好，运行灵活，投资适中。故采用方案二为推荐方案，即水闸孔数为5孔。

2.5 闸门尺寸拟定

本水闸的主要功能是蓄水灌溉和排洪，闸门的高矮直接决定了上游河道的蓄水深度和淹没程度，本水闸已运行了近50 a，原翻板闸顶高程为13.85 m，由于本次设计采用平板钢闸门，为今后水闸运行留有调整余地，闸门顶部高程定为14.60 m。左侧4个孔闸底板高程为11.30 m，右侧冲沙闸底板高程比左侧闸底板低0.3 m，即为11.00 m。左侧4扇闸门尺寸为宽×高=8.0 m×2.9 m，右侧冲砂闸门尺寸为宽×高=8.0 m×3.2 m。

2.6 设计计算

(1)水闸过流能力复核。经计算，在闸前为设计水位17.14 m，闸后为16.94 m的情况下，水闸的过闸流量为558.4 m3/s，水闸过流能力满足要求。

(2)水闸整体稳定及应力计算。根据闸室布置，水闸整体稳定及基底应力计算需要按左侧三孔一联和右侧两孔一联分别计算。由地质报告可知，闸基为天然地基粗砂，地基允许承载力160～180 kP，经计算基底最大应力为93.46 kN，承载力满足要求。水闸各工况下的应力不均匀系数及抗滑KC安全系数均满足规范要求，因而水闸是稳定的，安全的。

(3)渗透稳定计算。经计算，上下游水位差△H=2.65 m。根据地质报告得知水闸建基面以下均为粗砂，查规范粗砂层容许渗径系数C=5～4，偏安全考虑，取C=5。则初拟闸基防渗长度为L=13.25 m。排洪分水闸底板水平投影长度为30.20 m。因此，拟定的闸基防渗长度满足防渗要求。通过《水工结构有限元分析系统AUTOBANK5.6》软件进行渗流稳定复核，经计算闸室出口段渗流坡降0.25，水平段最大渗流坡降0.10。采用高压摆喷桩进行防渗处理后，经渗流计算闸室出口段渗流坡降0.16，水平段最大渗流坡降0.06。闸室进出口段及水平段渗透坡降均小于允许渗流坡降，不会发生渗流稳定破坏。

2.7 水闸布置

(1)排洪分水闸布置。水闸位于原水闸闸址处，与两岸村道布置成一条直线，共设5个闸孔。上游连接段河道向左岸扩宽，并新建C25悬壁式挡墙，挡墙与上游河岸、下游闸室岸墙顺畅连接，墙顶高程为16.0 m；闸室段采用C25钢筋混凝土箱涵，该段长13.0 m，共设5孔，单孔净宽8.0 m，净高5.65 m，闸顶上部设启闭机室，启闭机室长56.83 m、宽5.8 m，安装5台QPK-2×125 kN卷扬式启闭机，在底板上闸门位置处设一闸坎，坎顶高程为11.30 m，采用高压摆喷防渗处理措施。出口设置22.0 m长消力池，池深1.20 m，池宽45.63 m。下游连接段总长40.25 m，宽45.63 m，出口为C25钢筋混凝土海漫，长10 m，中间段为M7.5浆砌石海漫，末端为抛石防冲槽，槽长10.25 m，深1.3 m。

(2)三江灌渠进水闸布置。进水闸上游连接段采用C25钢筋混凝土开口箱涵和悬壁式挡墙与两岸顺畅连接，其中开口箱涵长12.4 m，两岸地面高程为16.0 m；进水闸室采用钢筋混凝土整体箱涵，共设两孔，单孔净宽3.5 m，闸底板高程为12.00 m，闸室段长15.5 m，箱涵进口处设一检修门槽，工作桥后布置钢制平板闸门，闸顶上部设启闭机室，启闭机室通过左侧楼梯间可与排洪分水闸启闭机室连通，便于管理，启闭机室长9.6 m、宽6.0 m，室内高程为22.25 m，安装2台QPK-2×100 kN卷扬式启闭机；闸室出口接C25钢筋混凝土开口箱涵，净宽8.0 m，箱涵顶部高程为17.25～15.50 m，与两岸地面齐平。

(3)福田老渠进水闸布置。现状福田老渠渠首宽度为0.8 m，进口位于联和水库排洪分水闸左侧上游翼墙上，为了控制渠道水流，防止洪水冲毁渠道，拟结合排洪分水闸重建，将福田老渠进口段渠道改成暗涵，采用管径为0.8 m的钢管铺设至村道边，设一闸阀井，井内设一长柄闸阀，用以控制渠道水流。

3 结 语

受早期建设标准低、运行管理不到位的影响，联和水库排洪分水闸经过近60 a的运行，出现诸多问题，存在严重的安全隐患，需报废重建。通过对现场地形地质勘探，经过设计计算和方案比选，合理选择除险加固措施，并做好相关设计布置工作，可发挥水闸应有的灌溉、排洪等功能。