赣州市章江水闸除险加固设计要点回顾

2022-12-01刘仁德

江西水利科技 2022年6期

刘仁德，徐晨

（中铁水利水电规划设计集团有限公司，江西南昌，330029）

1 工程概况

章江水闸坐落在赣江一级支流章江上，闸址位于江西省赣州市章贡区蟠龙镇，是一座具有供水、防洪、灌溉、发电等综合效益的大（1）型水闸工程[1]。工程始建于1966年，1971年基本建成，水闸最大下泄流量为5 930m3/s；设计灌溉面积3 333.3hm2（5.0万亩），日供水量为30万m3；水电站总装机容量5 000kW（北岸电站装机容量1 800kW，南岸装机电站装机容量3 200kW），多年平均发电量2 700万kW·h。

水闸主要建筑物有北岸泄水闸、北岸水轮泵站、南岸水电站、供水泵房等。北岸泄水闸呈“一”字型布置，从左至右布置有4孔泄水闸（每两孔为一分缝段，分缝长20.0m，总长40.0m）、筏道兼泄洪闸（第5孔，分缝长9.60m，筏道净宽4.50m）、15孔泄洪闸（每两孔为一分缝段，分缝长20.0m，在左侧第6孔0+049.6～0+060.0为单孔分缝，分缝长10.40m，总长度为150.40m）。泄水闸轴线总长200.0m。北岸水轮泵站的发电厂房，紧邻泄水闸左侧，采用侧向进水方式布置，发电尾水流入水闸消能段。南岸水电站的引水渠进口，位于北岸泄水闸右岸上游约1.90km处，水电站尾水渠出口，位于黄金大桥右岸下游约230m处入章江。南岸水电站发电厂房，在原址改建而成。发电厂房采用正向进水方式，布置在引水渠右侧，左侧原船闸处改建为排污闸。水闸现状平面布置示意图见图1。

图1 水闸现状平面布置示意图

章江水闸除险加固工程于2014年11月开工建设，2017年12月主体工程全部完成，2021年4月通过竣工验收。

2 水闸存在的主要问题

根据《水闸安全鉴定报告书》结论，章江水闸综合评定为三类闸，建议尽快进行除险加固。报告书提出水闸主要存在如下工程问题：

该水闸过流能力不满足要求，闸顶高程不满足要求；右岸防护堤顶高程不满足要求；闸室溢流混凝土冲刷严重；消力池池深、池长不满足要求，消力池底部淘空，护坦、海漫水毁严重。

3 除险加固设计要点

根据章江水闸安全评价报告主要结论，水闸过流能力不足，闸顶高程不满足要求；右岸防护堤顶高程偏低不满足要求；消力池满足抗浮稳定要求，池深及池长不满足要求。因此，水闸除险加固设计要点，主要解决水闸过流能力不足、水闸下游消能等问题[2]。

为解决减少水闸上下游水位差、水闸过流能力不足问题，针对该水闸特点，设计经方案比较，提出了南、北岸电站左侧分别扩孔建闸的方案；为解决水闸下游消能，设计提出了优化水闸调度方式、增加消能工程及海漫，对原已建消能工程进行补强加固等措施。

3.1 优化布置[3]，扩孔建闸，提高泄流能力

根据现状枢纽布置，结合现状地形，原泄水闸闸室按原闸布置不变，南、北岸电站左侧分别扩孔建泄洪闸。在北岸水轮泵站的引水渠末端，依据地形条件，布置北岸泄洪闸；利用南岸水电站发电厂房左侧排污闸位置，布置南岸泄洪闸。北岸泄洪闸共2孔，布置一孔泄洪闸及一孔排污闸，其中排污闸孔宽度布置为2.5m，另一孔泄洪闸孔宽度布置为10.0m。南岸泄洪闸拆除排污闸后紧邻发电厂房左侧，布置两孔泄洪闸及一孔排污闸；泄洪闸采用开敞式无坎宽顶堰，堰顶高程97.00m，每孔净宽10.0m；排污闸堰顶高程97.00m，孔净宽1.5m。

水闸枢纽总体布置方案的优越性主要体现在以下两方面：

（1）在南岸水电站左侧布置泄洪闸，充分利用洪水水面坡降（南岸渠进口处洪水位高于泄水闸闸前水位，出口处洪水位低于泄水闸闸下游水位），增大水闸泄流能力，同时南岸泄洪闸下游泄洪渠渠底高程较低（约为94.0m），对增加行洪有利。

（2）在北岸水电站左侧布置泄洪闸。由于北岸闸位于河道弯道处，充分利用洪水期洪水水面线左侧高于右侧，泄洪效果明显优于右岸。

经水闸泄流能力计算，南、北岸电站左侧分别扩孔建闸后，水闸校核洪水位（P=1%）为107.13m（相应下游水位106.51m，上下游水位差0.62m），设计洪水位（P=3.33%）为105.93m（相应下游水位105.16m，上下游水位差0.77m），当洪水位（ P=10%）为105.00m（相应下游水位103.75m，上下游水位差1.25m），满足并提高了原水闸的泄流能力。水闸加固前后泄流能力及特征水位变化情况见表1。

表1 水闸加固前后泄流能力及特征水位变化情况表

3.2 优化调度，加固和新建消能设施[4]，解决消能问题

本工程北岸泄水闸的最大下泄流量为4 299m3/s，闸孔数量为20孔。为了控制水闸泄流，满足消能要求，将泄水闸自左至右分为A段（0+000.0～0+49.6，含筏道孔共 5孔）、B段（0+49.6～0+140，共 9孔）、C段（0+140.0～0+200，共 6孔）共三段。

为有效解决消能问题，优化水闸运行调度方式如下：当闸前水位超过102.32m，首先开启B段泄水闸闸门，并根据来水流量依次开启C段泄水闸闸门、A段泄水闸闸门。各闸段闸门开启顺序，均应在该闸段全部开启完成后，才能进入下一闸段的闸门开启。

根据上述闸门开启顺序，对原水闸消力池进行复核。复核表明，在当时的下游河道地形条件下，基本满足消能要求。但由于下游河道采砂，造成河底高程下切，致使现状消力池，不满足下挖式消力池应低于下游河床底高程要求，造成闸前低水位泄流时，闸下游水位低于消力坎顶高程，出现远驱水跃。计算消力坎后流速约在2.3m/s，其海漫布置不能满足要求。原水闸结构尚好，应保留部分构筑物维持现状的情况下进行加固。故本次除险加固设计，主要是增加消能工及海漫，对原已建消能工程进行补强加固。

根据泄水闸的加固方案，消力池下游段除险加固措施的布置如下：

（a）桩号0+000.0～0+41.75段，消力池及护坦与水轮泵站发电尾水相交，同时在水轮泵站下游与北岸泄洪闸右边墙相交。为了不影响水轮泵站发电，消力池不设置消力墙，拆除原浆砌块石海漫、清理抛石表面至设计要求；为了北岸泄洪闸安全，砼护坦延长至北岸泄洪闸消力池末端。新浇砼护坦板最大长度为96.44m，底板面高程96.50m。

（b）桩号0+41.75～0+140段消力池及护坦，是本工程最为经常使用的消能工段，拆除原钢筋笼块石海漫、清理抛石表面至设计要求。在原设计海漫处设置砼消力池消能，消力池底高程96.50m，池长12.0m，并设置钢筋石笼海漫。

（c）桩号0+140～0+200段消力池及护坦，位于原两级消力池之间埋石砼底板拆除，采用C25钢筋砼浇筑底板。拆除原钢筋笼块石海漫、清理抛石表面至设计要求，在原海漫处设置砼消力池消能，消力池底高程96.50m，池长12.0m，并设置钢筋石笼海漫。

消力池砼采用C25，底板水平段长20.0m，底板厚度0.8m，设置梅花形排水孔，孔间距为2.0m。消力池加固后，运行效果良好。

3.3 技术创新，国内首次采用钢筋石笼顶盖整体焊接技术

章江水闸北岸泄水闸消力池后接钢筋石笼海漫，海漫顺水流方向长50m。传统的钢筋石笼海漫[5]采用单个石笼拼接而成，单个钢筋石笼尺寸为2.5m×2m×0.8m（长×宽×高），顶盖采用网片封盖，将其与石笼筐每200～250mm一次绑扎绞紧。

本工程设计对钢筋石笼顶盖做了改进，即先将单个钢筋石笼底面及前后左右四面制作好，再把单个石笼依次摆放好，然后填充石料，最后进行封盖。封盖的顶盖采用整体焊接方式，根据海漫的总体表面外形尺寸，将顶盖钢筋接续焊接成一个整体。改进后，钢筋石笼的整体性得到极大的加强。

据管理单位章江水轮泵管理站反映，章江水闸在2012年以前的历次维修加固中，原钢筋石笼顶盖采用单个绑扎连接，每年汛期过后钢筋石笼海漫损毁严重。本次除险加固钢筋石笼采用顶盖整体焊接后，经过2018～2020年近3个汛期的考验，钢筋石笼的整体性依然完好，基本无变形。说明改进后的钢筋石笼海漫取得了非常好的防护效果。钢筋石笼海漫顶盖整体焊接关键技术系首次在国内水利工程中应用，既加快了施工进度，又保证了工程安全，对水利枢纽工程消能防冲设计具有很好的借鉴意义。

4 工程建成后运行情况分析

章江水闸加固后，水闸上下游水位差较加固前，设计洪水工况降低了1.61m，校核洪水工况降低了1.55m；水闸上游设计水位较加固前，设计洪水位降低了1.17m，校核洪水位降低了0.89m；减少了上游淹没的影响。水位降低后，根据水面线推算成果，可相应降低上游左岸蟠龙堤（影响范围1.92km）、上游右岸谭东堤（影响范围1.73km）的防洪堤堤顶高程，按可比价格计算，防洪工程投资可减少628.60万元。

工程实施后，供水量和供水能力得到了极大的保障。水电站总装机容量5 000kW，年发电量与历年相同来水量比较，增加约15%～20%。经测算，章江水闸灌溉分摊效益400万元/年，供水效益730万元/年，发电效益160万元/年，防洪效益200万元/年，工程总效益1 490万元/年。

更重要的是，本水闸经除险加固后，能安全度汛，可减少下游交通和通讯设施以及沿河两岸村镇和农田被冲毁所造成的经济损失，使下游居民安居乐业，对社会稳定，构建和谐社会将起到重要作用。