草子灣攔河閘工程溢流壩加固設(shè)計(jì)分析

江傳生，陳小波

(上饒市科信水利水電勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，江西 上饒 334000)

1 工程概況

草子灣攔河閘位于萬(wàn)年縣蘇橋鄉(xiāng)崗上村，橫跨萬(wàn)年河。此工程興建于1978年，1979年投入運(yùn)行，工程等級(jí)為Ⅲ等。草子灣攔河閘總長(zhǎng)75 m，主要建筑物有混凝土溢流壩、放空閘、引水閘、交通橋、電站，以及左、右岸防洪堤等。

2 攔河閘存在的問(wèn)題

2008年11月，上饒市水利局組織對(duì)草子灣攔河閘工程初建時(shí)存在的問(wèn)題進(jìn)行了論證，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)的檢查。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)水閘存在的主要問(wèn)題如下：

(1)混凝土溢流段?；炷烈缌鲏紊嫌武伾w被水流沖刷嚴(yán)重，局部被掀起沖走，溢流壩面局部混凝土有蜂窩麻面，如圖1所示，壩下基腳部分淘空。

圖1 混凝土蜂窩麻面示意圖

(2)引水閘閘墩及啟閉排架。所有閘墩和排架均存在著不同程度的表層混凝土老化問(wèn)題，特別是受水流沖刷或水位變化部位出現(xiàn)混凝土剝落、露石、露筋情況。現(xiàn)場(chǎng)還進(jìn)行了閘門(mén)開(kāi)啟試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)選擇了使用較頻繁的4#閘門(mén)。在提升過(guò)程中兩側(cè)導(dǎo)輪卡死，發(fā)出“吱吱”的響聲。閘門(mén)面板迎水面、水下部分均存在嚴(yán)重的銹蝕問(wèn)題。

(3)放空閘。所有閘墩均存在著不同程度的表層混凝土老化問(wèn)題，特別是受水流沖刷或水位變化部位混凝土剝落、露石嚴(yán)重，放空閘、引水閘閘門(mén)啟閉螺桿彎曲變形較嚴(yán)重。

(4)引水閘和放空閘閘門(mén)導(dǎo)輪大部分銹蝕失靈，致使閘門(mén)在開(kāi)啟過(guò)程中，有晃動(dòng)、噪聲大的現(xiàn)象，閘門(mén)止水失效，漏水嚴(yán)重；每次大洪水過(guò)后，均發(fā)現(xiàn)壩頂混凝土磨損厲害，骨料外露，閘上、下游兩岸護(hù)坡受洪水急流沖刷，破壞較為嚴(yán)重，或沉陷、或錯(cuò)位、或淘空；交通橋多處斷裂、露筋，影響行人及車輛安全。

(5)工程無(wú)任何觀測(cè)設(shè)施。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安全檢查、地質(zhì)勘探、室內(nèi)土工試驗(yàn)、工程測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及水閘安全復(fù)核計(jì)算等工作，編寫(xiě)安全評(píng)價(jià)報(bào)告，確定草子灣攔河閘為四類閘壩，不僅使用功能無(wú)法得到切實(shí)發(fā)揮，更是對(duì)下游地區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，因此必須盡早對(duì)攔河閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

3 攔河閘除險(xiǎn)加固必要性與設(shè)計(jì)原則

3.1 除險(xiǎn)加固必要性

(1)工程防洪安全需要。草子灣攔河閘運(yùn)行多年，水工建筑物出現(xiàn)了嚴(yán)重老化的情況；閘門(mén)的啟閉機(jī)啟門(mén)力不滿足要求，啟閉機(jī)機(jī)座斷裂，無(wú)法正常運(yùn)行；設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，設(shè)計(jì)閘頂高程為53.1 m，現(xiàn)狀閘頂高程為53.0 m，不滿足《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2016)要求。由此表明：草子灣攔河閘運(yùn)行安全問(wèn)題嚴(yán)重，必須及時(shí)采取有效的加固處理措施，防止出現(xiàn)垮壩失事問(wèn)題。

(2)農(nóng)田灌溉需要。草子灣攔河閘攔河引水灌溉蘇橋鄉(xiāng)800.00 hm2農(nóng)田。因此,從提高保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食安全角度出發(fā)，對(duì)草子灣攔河閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固是必要的。

(3)社會(huì)穩(wěn)定需要。對(duì)草子灣攔河閘壩工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固，可有效解除洪水對(duì)下游的威脅，保證人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，實(shí)現(xiàn)社會(huì)穩(wěn)定。由此，必須根據(jù)工程實(shí)際，科學(xué)制定合理的加固設(shè)計(jì)方案，規(guī)范落實(shí)設(shè)計(jì)內(nèi)容，保證閘壩結(jié)構(gòu)安全。

3.2 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)原則

草子灣攔河閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)原則如下：嚴(yán)格根據(jù)工程規(guī)劃、相關(guān)文件要求展開(kāi)設(shè)計(jì)，查清、解決水閘運(yùn)行中存在的問(wèn)題，恢復(fù)攔河閘原有作用；需保證河道行洪安全，泄洪設(shè)施運(yùn)行安全可靠；需保證攔河閘結(jié)構(gòu)安全可靠、投資經(jīng)濟(jì)、施工便利、管理高效[1]。

4 攔河閘工程溢流壩加固設(shè)計(jì)方案

4.1 攔河閘工程溢流壩加固設(shè)計(jì)內(nèi)容

針對(duì)草子灣攔河閘工程溢流壩現(xiàn)存的主要問(wèn)題，確定加固設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：溢流堰改為閘壩設(shè)計(jì)；下游消力池拆除重建設(shè)計(jì)；放空閘拆除，引水閘更換金屬結(jié)構(gòu)及啟閉設(shè)備設(shè)計(jì)；交通橋拆除重建設(shè)計(jì)；上、下游導(dǎo)墻加固設(shè)計(jì)。

4.2 加固工程設(shè)計(jì)方案

(1)壩型選擇。草子灣攔河閘現(xiàn)狀采用無(wú)閘控制的溢流堰泄流，50 a一遇的校核洪水已淹沒(méi)交通橋及防洪堤。為提高攔河閘的泄洪能力，本次設(shè)計(jì)采用以下三種閘型進(jìn)行比選：閘壩、閘壩加溢流壩和翻板壩。

方案一：閘壩方案。溢流閘設(shè)計(jì)為閘壩，布置在河床部位，閘底采用寬頂堰的形式，堰頂高程為46.0 m，建基面開(kāi)挖高程為40.5 m，底板為C25混凝土結(jié)構(gòu)。閘壩總長(zhǎng)157.0 m，總凈寬132.6 m。閘壩設(shè)7個(gè)閘孔，每孔凈寬8.0 m，總溢流凈寬56.0 m。閘門(mén)采用平面滾輪鋼閘門(mén)，高度為4.5 m，正常蓄水位時(shí)其擋水高度為4.0 m，閘門(mén)均采用2×160 kN雙吊點(diǎn)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉。閘墩厚1.5 m，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墩頂設(shè)8.0 m寬的交通橋。

方案二：閘壩加溢流壩方案。為方便管理，將方案一中的一閘孔改為溢流壩，寬度為12.0 m。溢流壩采用WES溢流堰，堰頂高程取正常水位，即50.0 m。其余部分設(shè)計(jì)同方案一。

方案三：水力自控液壓翻板壩。翻板壩堰型采用寬頂堰，建基面、堰頂高程以及堰高分別是40.5 m、46.0 m、5.3 m。寬頂堰上設(shè)水力自控翻板門(mén)，凈擋水高度4.0 m，單扇門(mén)寬8.0 m，共7扇，總溢流凈寬56.0 m，寬頂堰與下游C25混凝土護(hù)坦相銜接。閘中墩厚1.0 m，邊墩厚1.5 m，墩體為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墩頂設(shè)8.0 m寬的交通橋。在左岸布置3.0 m寬的放空閘，閘底高程48.0 m，保留現(xiàn)有8.0 m寬的引水閘[2]。

三種方案投資相差不大，具體優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。綜合考慮，草子灣攔河閘除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)在閘型選用時(shí)采用方案一，即閘壩方案。

(2)堰頂高程選擇。草子灣攔河閘現(xiàn)狀為溢流段是無(wú)閘控制的溢流壩，壩頂高程為50 m，經(jīng)方案比選，本次加固擬采用閘壩方案，閘基為寬頂堰。根據(jù)上、下游河床高程，本次堰頂高程采用46 m和47 m兩種方案進(jìn)行比較。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)堰頂高程取46.0 m時(shí)，交通橋橋面高程為53.5 m，比現(xiàn)狀高0.5 m；當(dāng)堰頂高程取47.0 m時(shí)，交通橋橋面高程已達(dá)54.3 m，比現(xiàn)狀高1.3 m。為了與兩岸公路更好銜接，本次加固堰頂高程取46.0 m。

(3)加固設(shè)計(jì)泄洪閘堰型采用寬頂堰，建基面高程43.25 m，堰頂高程46.00 m。在寬頂堰上設(shè)7扇8.00 m×4.50 m(b×h)的平面鋼閘門(mén)，總溢流凈寬56.00 m，凈擋水高度4.00 m。工作門(mén)前設(shè)一道檢修門(mén)槽，7個(gè)溢流孔共用一扇檢修閘門(mén)，檢修閘門(mén)為平面鋼閘門(mén)，尺寸為8.00 m×4.10 m(b×h)。

表1 三種方案比較

閘中墩及邊墩厚1.50 m，上游端呈光滑的半圓形，墩體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。墩頂設(shè)6.00 m寬的交通橋，橋面高程53.50 m，兩側(cè)設(shè)花崗巖欄桿。檢修平臺(tái)高程53.60 m，啟閉平臺(tái)高程60.50 m。啟閉房為磚混結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)78.70 m，寬5.45 m[3]。

消力池采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池寬64.0 m，池長(zhǎng)20.0 m，池深1.0 m，池底高程44.5 m，前半部分底板厚1.0 m，后半部分底板厚0.5 m。消力池底板每9.0 m設(shè)一分縫，縫寬20.0 mm，瀝青杉板填縫；底板后半部分設(shè)Φ50PVC排水管，梅花型布置，間距2.0 m。消力池底板采用紫銅片止水，厚1.0 mm。消力池后設(shè)6.0 m長(zhǎng)的漿砌石護(hù)坦，護(hù)坦厚0.6 m。

在攔河閘上游河床設(shè)C25混凝土鋪蓋，長(zhǎng)18.5 m，寬77.5 m，厚0.4 m，下設(shè)0.15 m厚的C15混凝土墊層?；炷龄伾w在順?biāo)鞣较蛎?.5 m設(shè)1道伸縮縫，中部設(shè)1道橫向伸縮縫。

5 結(jié) 語(yǔ)

草子灣攔河閘工程，通過(guò)安全鑒定，明確了閘壩運(yùn)行存在的問(wèn)題，并展開(kāi)了針對(duì)性的加固設(shè)計(jì)，將溢流堰改為閘壩設(shè)計(jì)、下游消力池拆除重建設(shè)計(jì)等，切實(shí)保證了工程防洪安全與運(yùn)行效益。