雙臺(tái)子河閘樞紐工程中水閘設(shè)計(jì)

王建軍

雙臺(tái)子河閘樞紐工程位于盤錦市雙臺(tái)子區(qū)東郊，是遼河下游的樞紐建筑物，它的主要作用是抬高閘上水位，防海潮倒灌，改善水質(zhì)，調(diào)蓄水量，保證盤錦地區(qū)遼河兩岸74萬(wàn)畝水田用水和盤錦市西部近65萬(wàn)畝蘆葦?shù)墓喔扔盟约氨P錦市的部分工業(yè)用水和城市居民用水，是遼河下游防洪體系的一個(gè)重要組成部分。

水閘是一種既能擋水，又能泄水的水工建筑物，它依靠可以升降的閘門來(lái)控制水位調(diào)節(jié)流量。在防洪、灌溉、排水、航運(yùn)、發(fā)電等水利工程中得到十分廣泛的應(yīng)用。

水閘一般由閘室、防滲排水設(shè)施、消能防沖設(shè)施及兩岸連接建筑物四個(gè)部分組成。閘室是水閘擋水和控制過(guò)閘水流的主體部分，它包括底板、閘墩、閘門、胸墻和工作橋。水閘的設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的，它不僅有主觀的因素，還有客觀的因素。水閘的地基處理是水閘設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。當(dāng)天然地基不能滿足承載力和沉降要求時(shí)，在滿足水閘抗滑穩(wěn)定的前提下，設(shè)計(jì)人員首先考慮采用輕型結(jié)構(gòu)、增加水閘結(jié)構(gòu)剛度等結(jié)構(gòu)措施。如果仍不能保證地基穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全時(shí)，就必須對(duì)水閘地基進(jìn)行技術(shù)處理。水閘地基處理的目的主要有三個(gè)方面。增加地基的承載能力，保證建筑物的穩(wěn)定，消除或減少地基的有害沉降，防止地基滲透變形。

一、水閘的地基選擇

根據(jù)閘址地質(zhì)情況，閘基礎(chǔ)擬采用樁基礎(chǔ)。常用的樁基礎(chǔ)有：混凝土灌注樁、振沖碎石樁及深層攪拌樁等。

深孔閘底板下為群樁基礎(chǔ)（混凝土灌注樁及預(yù)制樁兩種）。

深孔閘基存在軟弱土層的地質(zhì)問(wèn)題，已經(jīng)在樞紐工程施工初期就做了樁基、挖基、換砂以及井點(diǎn)排水等措施，進(jìn)行了有效處理。

1995年雙臺(tái)子河閘改建初步設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)閘基進(jìn)行了勘探，結(jié)果認(rèn)為深孔閘、進(jìn)水閘、船閘閘基未發(fā)現(xiàn)集中滲漏、管涌和淘空等現(xiàn)象。上述情況證明，閘基未產(chǎn)生破壞。

淺孔閘工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，地基土可分為素填土（耕植土）、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂及細(xì)砂，上部土層承載力較低，土質(zhì)不均，層位不穩(wěn)定。閘基礎(chǔ)建議采用樁基礎(chǔ)，并在施工前進(jìn)行試樁。

對(duì)于上拔力和水平的荷載時(shí)樁基在一定程度上可以承受的，在3種情況下，可以有效的得到利用，分別為在沉降的過(guò)程中，所屬的建筑物具備非常高的要求；豎向的荷載的結(jié)構(gòu)非常集中，并且很大；相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，受到了大面積地面的荷載影響。

二、水閘閘型的正確選擇

水利水電工程中水閘包含的閘型是多種多樣的，在這諸多閘型當(dāng)中具備著不同的優(yōu)缺點(diǎn)以及具體的功能，選擇閘型的過(guò)程當(dāng)中，不應(yīng)該只是選擇新穎度高的閘型，一定要根據(jù)實(shí)用度進(jìn)行選擇。由于本工程防洪安全及灌溉安全都極為重要，運(yùn)行要求較高，而翻板閘及橡膠壩均存在的一些難以克服的缺點(diǎn)，而平板閘門運(yùn)行調(diào)度靈活可靠，通過(guò)閘門不同組合的開啟調(diào)度方式，可以渲泄各種頻率的洪水。因此淺孔閘工作閘門采用平面定輪鋼閘門，孔口尺寸為10.0 m×1.9m（寬×高），設(shè)計(jì)水頭為1.3m，底坎高程為3.0m，設(shè)計(jì)水位為4.30m。孔口數(shù)量18孔，閘門數(shù)量18扇，閘門動(dòng)水啟閉，不調(diào)節(jié)流量。啟閉設(shè)備采用18臺(tái)固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，容量為2×160 kN，揚(yáng)程9.0 m。閘門及門槽埋件采用金屬鋅熱噴涂加油漆封閉的方法進(jìn)行防腐。

三、水閘的排水問(wèn)題

水利水電工程中的防沖槽就是對(duì)于水閘的關(guān)卡末端實(shí)施的加固措施。水流在經(jīng)過(guò)關(guān)卡的時(shí)候，由于關(guān)卡的作用使得水流的速度和能量，在一定程度上減小了，可是經(jīng)過(guò)關(guān)卡末端部位時(shí)，會(huì)重現(xiàn)原來(lái)的沖擊能力，水流的強(qiáng)力沖擊對(duì)于河床一定會(huì)造成危害。往往在關(guān)卡末端設(shè)置的通常為拋石防沖槽，其設(shè)置流程是將在關(guān)卡的末端進(jìn)行挖槽拋石，在水流沖擊河床的過(guò)程中，由于末端具備了非常多的石塊，使得在形成沖坑的過(guò)程中，留下的石塊根據(jù)水流的沖擊方向，沿著陡坡的方向順勢(shì)滾下，所以在沖坑上游的斜坡上要設(shè)置鋪蓋。主要的流程為的是將沖刷坑的向上游擴(kuò)展的流程能夠有效避免，為水利水電工程營(yíng)造安全性能。

消力池底板的排水孔設(shè)計(jì)，在水利水電工程中，消力池底板必須承載著不同因素所帶來(lái)的力量，其中包含水流的脈動(dòng)壓力、水流的沖擊力等等，一定要充分的耐磨靜壓，對(duì)于重物的沖擊能夠合理的抗擊，并且要具備很大程度上的強(qiáng)度和重量。垂直的排水孔可以設(shè)置在水平護(hù)板的后半部分，并且反濾層一定要鋪在排水孔的下面。在布置形態(tài)上，將排水孔布置成梅花形，以使排水通暢，減輕護(hù)板低端的滲透壓力。

閘基防滲面層的排水，水利水電工程的上游以及下游有非常明顯的水位差，從而起到了強(qiáng)力的作用，在一系列的流程進(jìn)行中可以有效的開展排水的活動(dòng)。其具體的流程為：上游水滲透進(jìn)河床中，然后經(jīng)過(guò)閘底板、防滲鋪蓋和板樁，最后經(jīng)過(guò)消力池的時(shí)候，通過(guò)反濾層的排水孔順暢的流進(jìn)下游地段，有效的排水自然生成。對(duì)于地基的滲水方面，最優(yōu)質(zhì)的效率是應(yīng)該以最快的速度排出去，想要速度加快，就要對(duì)于防滲止水的設(shè)施大量布置在高水位的一側(cè)，具體布置防滲止水的設(shè)施可以是板樁、淺齒墻或鋪蓋，這樣的方式可以將底板上游的相關(guān)滲透路徑有效延長(zhǎng)，使得滲透壓力在消力池底板上能夠壓縮減小。同時(shí)，濾水層的設(shè)置可以有效排水，排滲管可以合理的進(jìn)行排滲。

四、水閘的底板高程

在水利水電工程中確定的水閘底板高程是極其重要的，絕對(duì)不能夠粗心大意，閘的質(zhì)量、造價(jià)、制作以及施工與閘底板高程的選取有著直接的聯(lián)系。由于主槽與灘地高差懸殊達(dá)到7.0m，選擇合適的底板高程，不僅節(jié)省工程投資，同時(shí)利于后期運(yùn)行管理，減少河道淤積?，F(xiàn)狀左側(cè)灘地高程為3.0m左右，灘地淤積基本處于平衡狀態(tài)。鑒于左側(cè)灘地寬闊，建筑物布置基本不受限制，提高建筑物底高程是合適的。

根據(jù)樞紐總布置方案進(jìn)行閘底板高程比較。

深孔閘閘底板高程為-4.00m，淺孔閘如選擇同樣的高程，為使上下游河床與淺孔閘室閘底板高程保持一致，需挖除河床左側(cè)灘地。而且閘前河寬400多m，在閘址附近將形成局部大肚子河槽。又淺孔閘位于河床左岸凸形灘地位置，在非汛期的很長(zhǎng)時(shí)間里，上游來(lái)水量很少，主流靠近深孔閘，上游來(lái)水夾帶的大量泥砂將會(huì)沉積在淺孔閘閘前，將影響到閘門的提升，阻礙汛期泄洪；淺孔閘基礎(chǔ)需向下開挖近9.0m，工程量大，施工排水強(qiáng)度高。上游施工后，圍堰拆除部分需水下作業(yè)。因此，不采用深孔閘底板高程作為淺孔閘底板高程。

參考文獻(xiàn)：

[1]《盤錦市雙臺(tái)子河閘除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》

[2]《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001

[3]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）；

[4]《全國(guó)大中型病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固總體實(shí)施方案的通知》（發(fā)改農(nóng)經(jīng)[2013]303號(hào)）