遼寧省渾河閘消能工搶險應急工程設計

李國棟，徐 峰

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，110006，沈陽）

一、工程概況

渾河閘位于渾河中下游，擔負著沈陽城市的防洪任務。工程按50年一遇洪水設計，設計上游水位36.70m，流量為4074 m3/s；按300年一遇洪水校核，校核水位38.20 m，流量6083m3/s；正常擋水位35.00 m。渾河閘樞紐工程等級為Ⅰ等，其相應的主要水工建筑物為1級。

渾河閘工程主體由攔河閘、渾沙、渾蒲進水閘三大部分組成，其中攔河閘為寬頂堰，共22孔，孔高8.2m，寬10 m；閘底板高程31.5 m，閘總寬257.4 m。攔河閘為二級消能，二級消力池長分別為8.5 m和11.3 m，消能防沖總長106.8m。

至2005年4月，由于渾河閘下游河道大量采砂，造成河道下切嚴重。從閘下80m實測斷面看出，主河槽最低處高程已達到22.7m，渾河閘成為名副其實的懸閘。原設計下游河道高程為27m，河道下切近5m。因此造成二級消能防沖設施嚴重破壞。從現(xiàn)場勘查來看，海漫下沉近2 m，防沖槽大部分已破壞，原二級消力池9m長護坦下部下游側(cè)已淘空近4.5m。如不及時處理，將威脅消力池及高速公路橋的安全（橋墩樁底高程25 m），進而威脅大閘的安全。渾河閘一旦失事，將對沈陽市的防洪安全造成致命威脅。

二、搶險應急工程設計

1.設計難點

鑒于該工程的重要性和工程實施的緊迫性，工程設計的難點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

①設計方案必須保證2005年春灌放水安全；②設計方案必須滿足2005年度汛的需要，確保高速公路及閘體安全；③設計方案必須滿足施工期的要求，即2005年6月20日主汛前必須完成應急部分，汛后進行的消能防沖設施全面改造必須在2006年5月以前完成；④設計方案必須充分考慮下游河道繼續(xù)下切的可能性；⑤設計方案必須充分考慮與下游兩岸堤防的銜接；⑥設計方案必須結(jié)合現(xiàn)有工程實際，科學合理，有的放矢，節(jié)省投資。

在克服以上困難的前提下，經(jīng)過多方論證，工程分為汛前和汛后兩期實施，汛前設計必須保證安全度汛，汛后進行消能防沖設施的全面改造。

2.工程設計

（1）渾河閘消能工度汛搶險應急工程設計（汛前）

①混凝土護坦板設計。23m長混凝土護坦板水毀區(qū)的原混凝土先破碎，回填砂礫料壓實，壓實后相對密度不應低于0.70。然后鋪設土工布，澆筑混凝土，混凝土指標為C25F200，混凝土頂高程為27.0m?；炷练挚p采用2cm厚瀝青木板隔縫，混凝土護坦采用φ50PVC排水管，間距1.2m。

②跌水消能工設計?；炷磷o坦板后接二級跌水消力池。消力池長18.5m，一級臺階高1.0 m、寬1.5 m，二級臺階高1.5m、寬1.5m。在消力池末端設寬1.0 m、高1.0 m的挑坎。二級跌水消力池由下到上依次為砂礫料、土工布、0.5 m厚C25F200混凝土墊層、1.5m厚C25F200混凝土底板?；炷磷o坦板與二級跌水消力池接合處采用橡膠止水膠條止水。

③土工模袋設計。海漫水平臨時防護采用鉸鏈式土工模袋，厚40 cm，幅寬 12 m，長度 20 m，充填 C25F200商品混凝土。模袋混凝土頭部采用φ127鋼管穿在預留的袋內(nèi)，然后放在兩排φ25預埋插筋之間，水平通常布φ16鋼筋、φ25鋼筋焊接壓住鋼管，最后澆筑500 mm厚C25F200混凝土固定。模袋混凝土內(nèi)沿水流方向布設φ10的鉸鏈繩，間距500 mm，纏繞在鋼管上；模袋混凝土每個塊體內(nèi)垂直水流方向布設2φ10的鉸鏈繩。將混凝土模袋末端置于防沖槽內(nèi)，用原有混凝土預制塊壓住。定期檢查防沖槽沖刷情況，汛期應加強檢查，若發(fā)現(xiàn)沖刷繼續(xù)擴展應及時采用拋石處理。

沖沙閘兩岸護坡斜坡段及頂部3.0m寬水平段采用矩形土工模袋，厚20 cm；底部水平段為鉸鏈式土工模袋，厚40 cm，與河床部位模袋搭接。模袋混凝土兩岸護坡頂邊緣加型鋼和φ25鋼筋，表層澆筑鋼筋混凝土，防止模袋混凝土下滑。

（2）渾河閘消能工搶險應急工程設計（汛后）

①度汛情況。渾河閘2005年消能工度汛搶險應急工程設計及施工于當年6月底完成。2005年汛期經(jīng)受了較大洪水的考驗，最大洪水流量3 690 m3/s，接近50年一遇設計流量4074m3/s。盡管臨時防護的鉸鏈式模袋混凝土海漫局部發(fā)生破壞，但并沒有危及新建的三級跌水消力池，大閘和高速公路安全度汛，說明2005年的防汛搶險工程起到了應有的作用。

經(jīng)過2005年的洪水，渾河閘下游主槽下切3～4m。為滿足正常安全運用要求，有必要采取進一步的工程措施，確保大閘、沈大高速公路橋和兩岸堤防的安全。

②加固方案。在現(xiàn)有三級消力池下接8.0m長混凝土水平護坦板，護坦板后修建第四級跌水消力池，池底高程17.5 m，池深1.5 m，消力池挑坎底部修建鋼筋混凝土防淘齒墻，根據(jù)河道下切趨勢及沖刷深度計算，齒墻底高程為10.0m。防淘齒墻后接拋石防護，拋石底高程15.0m。定期檢查拋石沖刷情況，汛期應加強檢查，若發(fā)現(xiàn)沖刷繼續(xù)擴展應及時采用拋石處理。

（3）渾河閘下游兩岸套堤防護工程設計

根據(jù)渾河閘下游兩岸套堤的實際沖刷情況，結(jié)合渾河閘2005年消能工度汛搶險應急工程設計，采用模袋混凝土對水毀套堤進行防護設計。

三、新工藝和新材料及其先進性

在該項工程設計中應用了大量的新工藝和新材料，其先進性主要體現(xiàn)在：

①多級跌水式消能在河道大型高懸空狀水閘工程中的應用。在我國河道大型水閘工程中，消能工大都采用傳統(tǒng)的底流式，而渾河閘消能工應急工程根據(jù)工程實際情況，將多級跌水式消能成功應用到大流量、大寬度的大型水閘中，不但解決了消能問題，使上下游河道銜接，水流平順，而且大大節(jié)省了投資。

②鋼筋混凝土防淘齒墻在河道大型水閘工程消能防沖設施中的應用。由于渾河閘下游河道有繼續(xù)下切的可能性，為了一勞永逸地解決消能問題，防止水流淘刷對大閘的安全威脅，結(jié)合消能工的總體布置和施工條件，采用液壓抓斗成槽法在消力池末端修建鋼筋混凝土防淘齒墻是非常有效的方法。

③鉸鏈塊型土工模袋在河道大型水閘工程消能防沖設施及下游堤防防護中的應用。鉸鏈塊型土工模袋的特點是模袋灌注混凝土后，能夠形成許多相連而獨立的塊體，排水通暢，塊體之間以高強尼龍繩連接，能夠自由沉降，適應地形變化，具有施工方便、快速等特點。渾河閘消能工應急工程在汛前海漫水平臨時防護和汛后套堤堤腳防護中都有運用，從運用效果看是非常成功的。

[1]遼寧省水利水電勘測設計研究院.大伙房水庫輸水入連工程可行性研究報告[R].2008.