安徽省臨淮崗洪水控制工程張集閘除險加固工程方案探討

湯黎明

（安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局 霍邱 237484）

安徽省臨淮崗洪水控制工程張集閘除險加固工程方案探討

湯黎明

（安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局 霍邱 237484）

臨淮崗工程張集閘工程于1976年8月開工建設(shè)，1977年5月投入運(yùn)行；2003～2006年進(jìn)行了維修加固，并作為臨淮崗洪水控制工程的組成部分，其工程由原來的Ⅲ等提高到Ⅰ等、建筑物級別由3級提高到1級。本文簡要闡述張集閘存在問題、加固初步方案及建成后的工程效益分析。

臨淮崗工程 張集閘 除險加固 方案探討

1 工程概況

張集閘位于安徽省阜南縣焦陂鎮(zhèn)潤河與陶孜河引河段上、臨淮崗洪水控制工程北副壩末端。張集閘為中型水閘，設(shè)計排澇面積為410km2，5年一遇排澇流量236.2m3/s，具有防洪、排澇、蓄水、灌溉、交通等功能。當(dāng)潤河劉莊閘排澇能力不足時，開啟張集閘共同排澇；若淮河水位較高，對內(nèi)河產(chǎn)生頂托時，關(guān)閉張集閘進(jìn)行防洪；正常情況下關(guān)閉閘門蓄水，抬高水位，發(fā)展灌溉。

2 存在問題

目前該閘存在的主要問題：（1）大部分啟閉機(jī)底腳螺栓被頂起，5#、6#孔大梁被頂起，基座和機(jī)臺混凝土隆起，機(jī)房內(nèi)混凝土地坪裂縫縱橫交錯，閘門不能關(guān)閉到底；3#、6#、8#啟閉機(jī)機(jī)座傾斜；（2）二次導(dǎo)向裝置固定螺栓被拉開、螺桿彎曲、變形嚴(yán)重；（3）運(yùn)行時啟閉機(jī)和機(jī)臺抖動劇烈；（4）受二次導(dǎo)向裝置限制，汛期開啟度不能滿足要求（最大開啟度只有3m），需拆除后才能達(dá)到控泄開度；（5）啟閉機(jī)房及管理房屋頂、窗漏雨，墻面浸水；（6）交通橋橋面、欄桿局部損壞，與副壩連接段壩頂路面損毀。

3 水力、結(jié)構(gòu)計算

張集閘共8孔，每孔凈寬4.0m，選用鋼閘門。閘室順?biāo)飨蜷L12.0m；閘底板為1.2m厚漿砌石結(jié)構(gòu)，底高程22.20m；閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，寬1.0m。閘室后陡坡段坡比1∶4，水平方向長4.0m。

3.1過流能力計算

張集閘設(shè)計水位：上游27.85m，下游27.65m，設(shè)計過閘流量236.2m3/s。

根據(jù)堰頂?shù)男螤詈秃穸龋涸O(shè)計工況δ=12m，H=5.65m，δ/H=2.12，為實(shí)用堰流，e=5.0m，e/H=0.88>0.65，為堰流；孔流與堰流分界線為e=3.67m。

由于胸墻底高程低于下游設(shè)計水位，設(shè)計工況過流能力按實(shí)用高淹沒度堰流公式計算。

現(xiàn)對加固后的水閘設(shè)計工況過流能力按堰流進(jìn)行驗(yàn)算，采用《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）附錄A公式計算：。計算得：閘上水位27.85m，閘下水位27.65m，計算流量337.17 m3/s，原設(shè)計流量236.2m3/s。

3.2消能防沖計算

張集閘消力池為閘室后陡坡段末端接消力池，為USBRⅢ型消力池，底高程21.20m，長17.0m，鋼筋混凝土底板厚0.5m。消力池后漿砌石護(hù)坦長8.0m，厚0.4m；干砌石海漫長17.0m，厚0.4m；后接拋石防沖槽底高程20.0m。

3.2.1消力池計算

按《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）附錄B，計算所需的消力池深度、長度和底板厚度，見表1。

現(xiàn)對加固后的水閘設(shè)計工況消能防沖按孔流進(jìn)行驗(yàn)算，采用《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）附錄A公式計算，結(jié)果見表2。

表1 不同工況下流量與下游水位關(guān)系表

表2 平面閘門垂直收縮系數(shù)

根據(jù)不同的流量計算得出，坎高為0.28m，實(shí)際坎高為0.3m，滿足坎高要求。消力池深d的計算：

消力池底板厚度根據(jù)抗沖和抗浮要求，分別下式計算，取兩者的最大值：

經(jīng)計算，消力池抗沖底板厚度取0.70m。在現(xiàn)有運(yùn)用條件下，消力池所需池長為15.89m，底板厚度為0.70m，消力池深度為1.3m。

此次設(shè)計消力池池長為16.00m，底板厚度為0.70m；深度1.3m，均滿足要求。

3.2.2海漫長度計算

經(jīng)計算，海漫長度為24.50m。

此次設(shè)計漿砌石海漫長8.00m，厚0.40m；干砌石海漫長17.00m，厚0.40m，總長25.00m，滿足要求。

3.2.3河床沖刷深度計算

按《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265－2001）附錄B，海漫末端的河床沖刷深度可按下式計算：

經(jīng)計算，在現(xiàn)有運(yùn)用條件下，海漫末端河床沖刷深度計算值為5.06m，如按此河床沖刷計算深度設(shè)計下游防沖槽，既不經(jīng)濟(jì)，施工也很困難。參照已建水閘工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，下游防沖槽深度一般為1.5～2.5m，此次除險加固工程維持原有防沖槽深度不變，為2.2m。

3.3抗?jié)B穩(wěn)定性、閘室抗滑穩(wěn)定計算、閘室基地應(yīng)力計算、閘室抗浮穩(wěn)定計算

上述計算均能滿足規(guī)范要求。

3.4建筑設(shè)計

張集閘全長40.5m，共8孔，每孔凈寬4.0m；在啟閉機(jī)房的建筑外觀設(shè)計上，結(jié)合業(yè)主要求和現(xiàn)場周邊環(huán)境，在滿足水工功能要求和經(jīng)濟(jì)適用的前提下對機(jī)房的屋面高程進(jìn)行局部的變化，以形成豐富的立面效果，在機(jī)房立面設(shè)置GRC成品線條，采用平行桁架裝飾旋轉(zhuǎn)樓梯，在墻體使用豐富的色彩加強(qiáng)視覺沖擊力，使泄水閘與周邊景觀相適應(yīng)；在啟閉機(jī)房的結(jié)構(gòu)形式上，啟閉機(jī)房上部結(jié)構(gòu)為新建磚混機(jī)房，下部結(jié)構(gòu)仍采用原水閘排架柱；整個泄水閘建筑外觀和結(jié)構(gòu)形式力求充分體現(xiàn)現(xiàn)代化、景觀性水利的要求。

表3 敏感性分析表（is=8%）

3.5金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

張集閘金屬結(jié)構(gòu)布置主要有8扇潛孔式工作門，配8 臺QP-250kN卷揚(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行操作；工作門前面設(shè)浮箱式疊梁檢修門1扇，8孔共用，臨時啟吊。

4工程效益分析

4.1防洪效益

由于張集閘等建筑物帶病運(yùn)行，給汛期防洪及堤防安全造成極大壓力，使得實(shí)際防洪標(biāo)準(zhǔn)無法達(dá)到設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)，夏季暴雨經(jīng)常造成上下游多處渠段出現(xiàn)險工險段、漫水等現(xiàn)象，大面積農(nóng)田和渠堤受損。根據(jù)調(diào)查資料統(tǒng)計，過去30年間由于汛期不同程度的險情給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)等造成的經(jīng)濟(jì)損失約為4000萬元。分?jǐn)傊?0年運(yùn)行期內(nèi)，則每年的防洪效益為4000÷30=133.33萬元。

4.2節(jié)水效益

經(jīng)實(shí)地調(diào)查，由于閘門老化損壞嚴(yán)重，調(diào)度不暢，水量浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，工程實(shí)施后可以提高渠系水的利用系數(shù)，預(yù)計每年可以節(jié)約灌溉用水200萬m3，渠系水利用系數(shù)按0.45考慮，則可利用水量為90萬m3，灌水效益為1.303kg/m3，糧食價格按2.1元/kg計，增產(chǎn)效益246.27萬元，考慮水利分?jǐn)偤?，則節(jié)水效益為246.27×0.332=81.76萬元。

該工程產(chǎn)生的年經(jīng)濟(jì)效益合計為251.09萬元，工程實(shí)施后動態(tài)投資回收期Pt=11.4年。

4.3國民經(jīng)濟(jì)評價

經(jīng)過國民經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)計算，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率EIRR=14.2%，大于社會折現(xiàn)率8%，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值ENPV=763萬元＞0，經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比RBC=1.52＞1，各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均能滿足《規(guī)范》要求。

從表3中可以看出，當(dāng)投資增加15%或效益減少15%時，該工程經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值、經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比均能滿足要求，具有較強(qiáng)的抗風(fēng)險能力。

5 結(jié)語

安徽省臨淮崗洪水控制工程張集閘除險加固工程靜態(tài)總投資1398.26萬元，該項目的實(shí)施可以在防洪及節(jié)水上每年產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益215.09萬元，12年可收回投資。工程的實(shí)施對于保證臨淮崗洪水控制工程乃至淮河大堤堤防的安全運(yùn)行，保障灌區(qū)灌溉效益的正常發(fā)揮，保證當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義。有利于流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，并能促進(jìn)工程管理走向良性循環(huán)■