撫順市冷口子水閘除險加固設(shè)計

都興洋，唐振華，孫 利，常萬軍

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春130021）

冷口子攔河閘壩位于撫順市新賓滿族自治縣下夾河鄉(xiāng)崗東村東1.5km處，屬太子河流域。該工程建成于1991年，攔河閘全長165m，冷口子攔河閘壩主要作用是蓄水灌溉，解決了沿岸320hm2水田的灌溉問題，同時它還擔(dān)負(fù)著閘址以上北太子河流域918.84km2集雨面積的排洪任務(wù)，保護下游0.5萬人的生命和財產(chǎn)安全。

1 閘址區(qū)水文地質(zhì)

設(shè)計洪水計算采用《遼寧省中小河流設(shè)計暴雨洪水計算方法》（中等流域設(shè)計洪水——遼寧產(chǎn)匯流計算方法，適用于300～1000km2）計算，50年一遇洪峰流量3870m3/s，20年一遇洪峰流量3010m3/s。

冷口子攔河壩位于太子河干流上，觀音閣水庫回水末端。兩岸山體屬中低山地形，山頂為長梁狀。河谷較寬闊，呈不對稱U型谷，兩岸一級階地較發(fā)育寬闊，階地較平坦。河道彎曲，河床寬160～170m。

工程揭露的地層巖性。基巖為太古界青白口系釣魚臺組石英砂巖（Qnd）,層狀構(gòu)造，節(jié)理較發(fā)育，巖石呈弱風(fēng)化狀態(tài)，巖質(zhì)堅硬。巖面高程為280m左右。允許承載力2000kPa，滲透系數(shù)K=1.2×10-1cm/s。

覆蓋層為第四系沖洪積物（Q）。卵石：稍密狀態(tài)。厚度2.0～3.0m，分布普遍，河床部位出露地表，分布于基巖之上。允許承載力400kPa，滲透系數(shù)K=1.2×10-1cm/s。

淤泥質(zhì)粉土：灰黑色，松散，性狀較差，厚度1.0～2.0m左右。分布于水閘上游及引水渠表部。

工程區(qū)地震動峰值加速度為小于0.05g，地震基本烈度小于6度，屬相對穩(wěn)定地區(qū)。

2 除險加固的必要性

根據(jù)相關(guān)部門的安全鑒定結(jié)論及安全鑒定核查意見，確定冷口子攔河閘為三類閘，應(yīng)進行除險加固設(shè)計。

3 工程等別及建筑物級別

按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定確定冷口子攔河閘工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級別為3級。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，消能防沖的洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

4 工程總布置

攔河閘為三類閘，按照設(shè)計原則應(yīng)進行除險加固，閘址應(yīng)保持不變，與原設(shè)計相同，除險加固后攔河閘軸線總長165.60m。

原攔河閘建有曲線型實用堰溢流壩段、疊梁閘門沖砂閘段、平板閘門進水閘段，本次除險加固對攔河閘布置做相應(yīng)調(diào)整，調(diào)整的主要依據(jù)是對原攔河閘現(xiàn)狀的調(diào)查和復(fù)核計算得出的結(jié)論。

除險加固后的攔河閘沿攔河閘軸線由右岸至左岸依次為右岸擋墻、5.0m的進水閘段、14.0m的沖砂閘段、146.6m的溢流壩段及左岸擋墻。

5 溢流壩除險加固方案確定

1）由對原攔河閘的復(fù)核可知。原攔河閘溢流壩表層一定范圍內(nèi)的混凝土強度、抗凍性不滿足規(guī)范要求且有一定的碳化深度。這次除險加固應(yīng)將該部分混凝土鑿除。

消能方式調(diào)整：由于原溢流壩無法滿足戽流消能，溢流壩下游消能防沖采用底流消能，消能防沖設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇洪水。

堰型調(diào)整：由于消能方式和洪水標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生變化，因此溢流壩堰面體型需要調(diào)整。

由復(fù)核計算知壩體基底應(yīng)力不滿足規(guī)范要求，需將壩體基礎(chǔ)順?biāo)鞣较蜷L度加長，經(jīng)計算加長至6.0m可滿足要求。

2）溢流壩結(jié)構(gòu)設(shè)計。為滿足地基允許承載力及應(yīng)力比的要求，這次除險加固溢流壩順?biāo)鞣较蜷L度取6.0m可滿足要求。溢流壩基礎(chǔ)利用原壩體基礎(chǔ)，首先將原壩體鑿除至281.40m高程，然后以鑿除后的原壩體為基礎(chǔ)澆筑新壩體，新澆混凝土與原壩體混凝土、原壩體漿砌石及與基巖結(jié)合面用Φ25錨筋連接。

溢流壩溢流前緣長度145.6m，順?biāo)鞣较蜷L6.0m。上游壩面垂直，壩基礎(chǔ)向下游加寬2m，為保證灌溉要求，堰頂高程與原設(shè)計相同為284.60 m，壩高5.13m。溢流壩堰面為WES實用堰型，其曲線由四部分組成，上游側(cè)分別以0.117m、0.584 m和1.46m為半徑的三圓弧曲線，然后由曲線連接，曲線方程y=0.2011X1.85，最后以10m為半徑的圓弧連接下游消力池。定型設(shè)計水頭2.92m。采用壩頂自由溢流泄洪方式。

新澆筑溢流壩壩體內(nèi)部混凝土設(shè)計標(biāo)號為C15F150，外包50cm厚混凝土，外包混凝土設(shè)計標(biāo)號為C25F250。溢流壩分為9個壩段，其中緊靠左岸側(cè)的1號壩段長15.5m，2號～8號壩段長度為16.3m，緊靠沖砂閘的9號壩段長16.0m。

溢流壩和沖沙閘之間用隔墻過度。因為攔河閘下游不遠(yuǎn)處設(shè)有過河交通橋，所以溢流壩上方不設(shè)置交通橋。

6 沖砂閘除險加固方案確定

1）由對原攔河閘的復(fù)核可知：①原設(shè)計沖砂閘過小，不滿足排砂要求，汛期河水挾砂量大，造成上游淤積嚴(yán)重，河床不斷抬高。②沖砂閘金屬結(jié)構(gòu)及機電設(shè)備不滿足要求。③沖砂閘消能防沖不滿足要求。

2）沖砂閘結(jié)構(gòu)設(shè)計。沖砂閘垂直水流方向長14m，為滿足地基允許承載力及應(yīng)力比的要求，這次除險加固沖砂閘閘底板順?biāo)鞣较蜷L度取6.0 m。閘底板利用原沖砂閘底板，首先將原沖砂閘底板鑿除至281.40m，然后在其上澆筑C25F250混凝土至282.40m高程，形成沖砂閘底板，新澆筑混凝土與原漿砌石底板及基巖接觸面用Φ25錨筋連接，組合底板總厚2.5m，其中新澆筑混凝土厚1.0 m。沖砂閘閘底板頂高程與原沖砂閘底板頂高程及清淤后河床底高程相同，為282.40m。

沖砂閘孔數(shù)保持不變，共3孔，中墩厚1.5m，邊墩厚1.0m，上下游墩頭半圓弧形。孔口凈寬3.0m，孔口總凈寬為9m，過水?dāng)嗝鏋楹拥肋^水?dāng)嗝娴?.46%，滿足（GB50288-99）《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》5.2.11第2條，沖砂閘的設(shè)計過水?dāng)嗝娣e宜為溢流壩壩址處河道過水?dāng)嗝娣e的1/20～1/5的要求。

沖砂閘閘門為平板鋼閘門，啟閉方式為手搖螺桿式啟閉。

沖砂閘閘頂布置兩層平臺，下面一層為閘門檢修平臺，兼做人行通道，檢修平臺寬4.50m，頂高程290.29m，檢修平臺梁底高程高于50年上游校核洪水位（289.09m）0.5m。上面一層為啟閉設(shè)備平臺，平臺寬3.00m，頂高程294.80m，滿足啟閉設(shè)備布置及閘門檢修層高的要求。

7 進水閘除險加固方案

1）由對原攔河閘的復(fù)核可知：①原進水閘在遇10年一遇設(shè)計洪水時已經(jīng)漫頂，不能正常運行，進水閘需要加高。通過對進水閘金屬結(jié)構(gòu)復(fù)核可知，原進水閘閘墩厚度無法滿足金屬結(jié)構(gòu)關(guān)于閘墩厚度的要求，另外原進水閘經(jīng)過多年運行表面混凝土已剝離，粗骨料裸露，胸墻及閘墩混凝土也存在裂縫等缺陷，雖然2011年進行了水毀修復(fù)，但這些內(nèi)部缺陷始終無法消除，另外，進水閘混凝土強度、抗凍性也不滿足要求，進水閘混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)不適合繼續(xù)使用。這次設(shè)計將進水閘啟閉機平臺、閘墩拆除。②通過復(fù)核結(jié)論知原進水閘在水位達(dá)到邊墩及進水閘頂高程286.38m時基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足規(guī)范要求。需加大進水閘底板順?biāo)鞣较蜷L度，經(jīng)計算加長至7.0m可滿足要求。

2）進水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計。進水閘1孔，孔口凈寬3.0m，與原進水閘孔口凈寬相同，兩側(cè)邊墩厚1.0 m。閘底板頂高程與原閘相同為283.45m，閘門形式為平板鋼閘門，啟閉方式為手搖啟閉，進水閘設(shè)有胸墻，胸墻底高程285.40m。

為滿足基底應(yīng)力的要求，這次除險加固進水閘閘底板順?biāo)鞣较蜷L度增加至7.0m，閘底板利用原進水閘底板，首先將原進水閘底板鑿除至281.40m，然后在其上澆筑C25F250混凝土至283.45m高程，形成進水閘底板，新澆筑混凝土與原漿砌石底板及基巖接觸面用Φ25錨筋連接，組合底板總厚3.9m。

進水閘閘頂布置兩層平臺，與沖砂閘相同，下面一層為閘門檢修平臺，兼做人行通道，檢修平臺寬4.50m，頂高程290.29m，檢修平臺梁底高程高于50年上游校核洪水位（289.09m）0.5m。上面一層為啟閉設(shè)備平臺，平臺寬3.00m，頂高程294.80 m，滿足啟閉設(shè)備布置及閘門檢修層高的要求。

8 攔河閘消能防沖設(shè)計

攔河閘采用底流消能，底流消能有兩種布置方案，方案一是將消力池底板座落在砂卵石地基上，方案二是將消力池底板座落在石英砂巖地基上。兩種方案優(yōu)缺點如下：

方案一：優(yōu)點開挖量小，但抗浮計算得出的底板厚度較大，混凝土用量大。

方案二：座落在基巖上，較方案一穩(wěn)定性好，消力池底板相對較薄，混凝土用量小。缺點是開挖量相對較大。

經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟分析比較，本區(qū)覆蓋層較薄，采用方案二比采用方案一更經(jīng)濟，且安全性更好。所以推薦采用方案二。

經(jīng)計算，進水閘下游可不設(shè)消力池，沖砂閘、溢流壩段下游設(shè)消力池，消力池建基在巖基上，池深2.14m，消力池總長度27.00m。消力池底板厚0.4m。

9 結(jié) 語

除險加固設(shè)計的關(guān)鍵是在保證原工程功能及安全的前提下怎樣花最少的成本獲得最大的效益。這就要求我們對原工程有一個全面深入的認(rèn)識。這次設(shè)計對原工程進行了充分的調(diào)查，并在調(diào)查的基礎(chǔ)上通過復(fù)核計算、理論分析及跟現(xiàn)行規(guī)范對比，找出原水閘在運行上，安全上存在的問題，并通過除險加固設(shè)計，使這些問題得到了妥善的解決。