鎮(zhèn)渡攔河壩重建工程設(shè)計研究

毛新強，熊芳心

(江西省贛西土木工程勘測設(shè)計院，江西 宜春 336000)

1 工程概況

鎮(zhèn)渡攔河壩位于上高縣鎮(zhèn)渡鄉(xiāng)集鎮(zhèn)下游約300m處，攔河壩流域?qū)仝M江水系錦河支流，壩址以上控制區(qū)2109km2，最大泄流量為2943m3/s。設(shè)計和實際灌溉面積500hm2、180hm2，是一座以灌溉、供水為主，兼有水生態(tài)、水環(huán)境等綜合利用效益的中型攔河閘壩工程。鎮(zhèn)渡攔河壩于1967年建成受益，由攔河閘壩、水輪泵站等組成。其中，攔河閘壩屬于漿砌石結(jié)構(gòu)，由溢流壩、泄水閘和滑道組成，過流總凈寬213.5m；水輪泵站由進水閘、前池、泵室、前池側(cè)向溢流閘壩等組成，共設(shè)9臺水輪泵，總長度約35m，總寬度約18-27.2m。

受當時經(jīng)濟、技術(shù)、資金等條件限制，工程布置不合理，施工質(zhì)量差、自然老化、水毀嚴重。水閘先后遭遇1983年、2010年、2012等大洪水，現(xiàn)階段存在的主要問題有：①水輪泵站實際提水能力不夠，實際只能灌溉180hm2，另有320hm2無法灌溉，不能滿足灌區(qū)提水灌溉要求。②鎮(zhèn)渡攔河壩消能防沖不滿足要求，各建筑物基本為漿砌石結(jié)構(gòu)，不符合抗沖要求，剝落有孔洞。③繞閘壩滲透穩(wěn)定不滿足要求，易產(chǎn)生繞閘壩滲透破壞，壩體和壩基存在接觸滲漏問題，閘壩漿砌石結(jié)構(gòu)不滿足抗?jié)B要求，有柱狀水滲出。④側(cè)向溢流閘壩基底應(yīng)力不滿足規(guī)范要求。⑤泄水閘疊梁閘門雜亂、破損，無啟閉設(shè)施、無交通設(shè)施。⑥水輪泵站未完建，設(shè)施簡陋，水輪泵老化、破損嚴重。

綜上分析，鎮(zhèn)渡攔河壩漿砌石和混凝土結(jié)構(gòu)老化、水毀嚴重，不能保證正常蓄水、提水灌溉要求，影響上下游防洪安全，經(jīng)評定攔河壩屬三類閘，現(xiàn)階段迫切需要實施全面的重建。

2 攔河壩重建工程設(shè)計

通過正常蓄水位的確定，攔河壩沖砂效果及河勢分析，提水灌溉方式、壩址和壩基確定，閘壩型選擇、過流凈寬及底板高程確定，水輪泵站布置型式、水輪泵機組型號和臺數(shù)確定，前池布置、進場防汛公路確定等，合理設(shè)計重建方案，重建后的鎮(zhèn)渡攔河壩由攔河閘壩、水輪泵站、進場防汛公路等組成[1-3]。

2.1 攔河閘壩設(shè)計

攔河閘壩由溢流壩、滑道和泄水閘組成，垂直水流向總寬度226.2m，過流總凈寬211.5m(不含水輪泵站前池)。攔河閘壩基礎(chǔ)坐落在弱-強風化石灰?guī)r及全-強風化粉砂巖上，工程設(shè)計擬拆除重建混凝土左側(cè)溢流壩，右側(cè)溢流壩部位漿砌石堰體外包C25鋼筋混凝土，對右孔泄水閘和水輪泵站前池部位，拆除重建3孔泄水閘。

2.1.1 溢流壩

溢流壩被分為左側(cè)溢流壩和右側(cè)溢流壩，樁號分別為壩0-000.5-0+090.1、壩0+090.1-0+204.0，過流寬度分別為90.6m、113.9m。

1)左側(cè)溢流壩采用C25混凝土折線型實用堰型式，堰頂高程65.5m、堰頂寬0.5m、上游側(cè)鉛直、下游坡1∶1與1∶2與消力池斜坡段銜接。溢流壩每間隔9.5m左右分一橫縫，采用紫銅片止水。

2)右側(cè)溢流壩采用現(xiàn)有漿砌石外包混凝土方式，仍為折線型實用堰型式，堰頂高程65.5m、堰頂寬2.0m、上游側(cè)鉛直、下游坡1∶1.35與消力池斜坡段銜接。外包混凝土最小厚度0.3m，為保障混凝土與老漿砌石結(jié)合緊密，要求先將溢流壩表面雜物、松散體、易脫落混凝土清除，每間隔5.0m左右刻槽式拆除深約1.1m、寬約1.1m的溢流壩漿砌石。設(shè)計右側(cè)溢流壩每間隔9.5m左右外包混凝土設(shè)一橫縫，設(shè)置紫銅片止水。

2.1.2 泄水閘

泄水閘樁號范圍壩0+204.0-0+225.7，總寬度21.7m，過流總凈寬18m，泄水閘共3孔，單孔孔口凈寬6.0m，閘邊墩和縫墩厚0.75m、中墩厚1.1m。閘底板高程均為62.00m，工作閘門凈寬6.0m，高3.8m，采用卷揚啟閉直升鋼閘門型式，檢修閘門采用葫蘆啟閉直升鋼閘門型式，閘門頂設(shè)檢修平臺和啟閉平臺，平臺高程分別為70.86m和77.26m。檢修平臺設(shè)3.0m工作橋(人行橋)，上下游兩側(cè)各設(shè)1.2m寬檢修橋(檢修閘門和工作閘門檢修用平臺)。

2.1.3 攔河壩頂

針對溢流壩頂、泄水閘和前池進水閘檢修平臺部位、左岸河漫灘地部位，設(shè)置工作橋(兼人行橋)，工作橋左端設(shè)左岸防汛通道與鄉(xiāng)村公路相通，右端與右岸進場防汛公路相連[4]。泄水閘和前池進水閘部位利用檢修平臺3.0m寬的工作橋兼作人行橋，橋面高程70.86m；溢流壩頂和左岸河漫灘地部位工作橋(兼人行橋)橋面高程71.16m，橋面寬2.5m，單跨9.5m左右，橋墩厚0.5m。

2.1.4 溢流壩消力池

消力池坐落在粉砂巖上，左側(cè)溢流壩消力池底板高程為60.50m，消力池長17.4m、深0.5m，底板厚0.5m；右側(cè)溢流壩消力池底板高程為59.50m，消力池長18.4m、深0.5m，底板厚0.5m；消力池末端設(shè)混凝土護坦，長度10.0m，底板高程分別為61.0m、60.0m，泄水閘等消力池末端為弱風化石灰?guī)r部位取消護坦和防沖槽。

2.1.5 閘壩兩側(cè)下游段

溢流壩左側(cè)、前池右側(cè)設(shè)C25混凝土衡重式直墻墻頂，高程65.90m，墻頂采用混凝土隔離墩結(jié)合下垂覆蓋植被進行生態(tài)安全柔性防護，閘壩邊墩設(shè)爬梯。為防止上游土質(zhì)岸坡淘刷塌滑，閘壩上游銜接段設(shè)C15混凝土貼坡式擋墻防護，擋墻頂高程65.90m，墻頂設(shè)下垂覆蓋植被進行生態(tài)安全柔性防護。

2.2 水輪泵站設(shè)計

重建后的水輪泵站由前池、主廠房、檢修間、上水管網(wǎng)等組成，布置在現(xiàn)有水輪泵站部位，水輪泵站基礎(chǔ)坐落在弱風化石灰?guī)r上。水輪泵站總長度40.51m，總寬度14.6-28.45m，樁號范圍為壩0+225.70-0+254.15和橫0+000.00-0+040.51，擬對現(xiàn)有水輪泵站部位，拆除重建水輪泵。

2.2.1 前池

前池由前池進水閘、前池流道、前池側(cè)向溢流閘壩(前池左側(cè)邊墻)、前池右側(cè)擋土墻等組成。

1)前池進水閘共設(shè)2孔，每孔凈寬6.0m，閘底板高程62.00m。設(shè)置攔污柵和檢修鋼閘門，凈寬均為6.0m、凈高均為3.8m，攔污柵采用電動葫蘆啟閉，檢修閘門采用卷揚式啟閉機，頂設(shè)檢修平臺和啟閉平臺，平臺高程分別為70.86m和77.26m。

2)前池流道長20.16m、寬13.1m漸變至20.4m、底板高程由62.0m漸變至61.6m。

3)前池側(cè)向溢流閘壩總過流寬20.16m，側(cè)向溢流閘壩由側(cè)向溢流壩和側(cè)向沖砂閘組成；側(cè)向溢流壩堰頂高程65.5m，采用薄壁堰型式，頂寬1.5m漸變至2.0m；側(cè)向沖砂閘底板高程61.60m，過流凈寬2.0m，閘門高3.9m，采用螺桿啟閉直升鋼閘門型式，頂設(shè)啟閉平臺，平臺高程為70.66m。

4)前池右側(cè)擋土墻為C25混凝土衡重式直墻墻頂高程70.86-65.90m，墻頂采用混凝土隔離墩結(jié)合下垂覆蓋植被進行生態(tài)安全防護。墻頂設(shè)2.3m寬親水平臺。為防止土質(zhì)岸坡淘刷塌滑，親水平臺右側(cè)設(shè)干砌塊石仰斜式擋墻防護到堤頂，擋墻頂高程71.10m。前池末端銜接主廠房進水口(一泵一口)[5-6]。

2.2.2 主廠房

主廠房內(nèi)布置5臺水輪泵，分別為4臺D100-10B型水輪泵和1臺D60-4B型水輪泵，配手電兩用調(diào)速器，機組間距分別為4.6m和3.52m，內(nèi)設(shè)1臺10tLB型防爆電動單梁起重機。主廠房長21.9m(垂直河道水流向，不含檢修間長度)、寬12.15m(不含前池部位)。主廠房由進水口(設(shè)攔污柵、檢修閘門，一泵一口)、水輪泵泵室、尾水管、泵室工作平臺等組成。

主廠房各個部位主要高程：尾水管底板高程(D100-10B型水輪泵)、61.76m(D60-4B型水輪泵)，水輪泵引水室底板高程63.60m、水輪泵轉(zhuǎn)輪高程62.743m(D100-10B型水輪泵)、63.704m(D60-4B型水輪泵)，泵室工作平臺(檢修間)高程70.66m，吊軌高程78.11m，主梁底高程79.13m。

2.2.3 檢修間

檢修間布置在主廠房的右側(cè)，檢修間長10.40m、寬6.55m。

2.2.4 水上管網(wǎng)

上水管網(wǎng)布置在主廠房下游側(cè)。其中1臺D60-4B型水輪泵采用DN300、δ=8鍍鋅鋼管(廠房內(nèi))結(jié)合球墨鑄鐵管(土內(nèi)埋管)上水管提水至低干渠渠首，渠首設(shè)長5.0m、寬1.0m、深1.50m的C20鋼筋混凝土出水池，低干渠渠首銜接段為拆除重建C20混凝土渠道。低干渠渠首底高程70.40m，過流凈寬1.0m、凈高0.7m，渠道縱坡降0.0004。

4臺D100-10B型水輪泵采用DN350、δ=8鍍鋅鋼管上水管并聯(lián)成兩根DN500鍍鋅鋼管(廠房內(nèi))結(jié)合球墨鑄鐵管(土內(nèi)埋管)上水管提水至高干渠渠首；現(xiàn)有高干渠渠首渡槽拆除，上水管由原先的引水至渡槽改為引水至高干渠渠首；高干渠渠首設(shè)長10.0m、寬2.0m、深1.50m的C20鋼筋混凝土出水池。高干渠渠首底高程82.40m，過流凈寬2.0m、凈高1.0m，渠道縱坡降0.0009。

上水管設(shè)止回閥、手動閥門、壓力表、伸縮節(jié)，各管道間通過短管、彎管、異型管、三通管等采用法蘭盤方式連接。

2.3 進場防汛公路

從攔河壩右岸下游設(shè)置進場防汛公路，首先沿鎮(zhèn)南水右岸拓寬改造320.8m的邊山公路，然后設(shè)置跨鎮(zhèn)南水涵閘(鎮(zhèn)南水出口部位)。

1)攔河壩頂(含溢流壩頂、泄水閘和前池進水閘檢修平臺部位、左岸河漫灘地部位)設(shè)置工作橋(兼人行橋)，工作橋左端設(shè)左岸防汛通道(兼左岸人行道)與鄉(xiāng)村公路相通，右端與右岸進場防汛公路相連。

2)進場防汛公路長320.8m，采用4.0m寬C25混凝土路面，兩側(cè)各設(shè)0.5m土路肩。計算行車速度為20km/h，一般拐彎半徑30m，極限轉(zhuǎn)彎半徑15m。

2)跨鎮(zhèn)南水涵閘箱涵坐落在砂卵石層上，共3孔，每孔凈寬2.5m、凈高4.0m、壁厚0.3m。交通橋方案橋總長8.66m、橋面寬8.0m，橋臺2個、高10.5m，進出口兩岸設(shè)置一定長度段衡重式擋土墻。交通橋方案對鎮(zhèn)南水泄流基本沒影響。

4)考慮到防汛公路交通要求而設(shè)置跨鎮(zhèn)南水箱涵，而其排澇功能非需要考慮的功能，故不考慮閘門、啟閉機的安裝，需另行籌措資金安排其實施。但考慮上下游銜接和土堤擋土等要求，仍需完成閘室(含閘底板、閘墩、檢修平臺、啟閉框架等)鋼筋混凝土、閘門預(yù)埋件等。

2.4 其他設(shè)施

攔河壩需設(shè)置監(jiān)測、管理、交通、辦公用房、動力線路等設(shè)施，其中包括溫度、雨量、水位、流速、滲流以及變形等監(jiān)測設(shè)施[7-9]。

3 安全監(jiān)測設(shè)計

3.1 變形監(jiān)測

水平位移采用經(jīng)緯儀視準線法或全站儀進行監(jiān)測，滑道、泄水閘、前池進水閘、前池側(cè)向溢流閘壩、水輪泵站廠房、跨鎮(zhèn)南水涵閘等每分縫段各設(shè)4個測點(上下游兩側(cè)各1個測點)，溢流壩每間隔1-2跨分縫段設(shè)4個測點，攔河閘壩和水輪泵站的右側(cè)土堤設(shè)6個測點，建筑物上下游兩側(cè)擋土墻各設(shè)1個測點，共7個測點，共55個。在兩岸各布置3個工作基點和1個校核基點。

攔河壩垂直位移采用精密水準法進行監(jiān)測，垂直位移監(jiān)測點與水平位移監(jiān)測點共用。在壩址附近地基穩(wěn)固可靠處布設(shè)3個水準基點與工作基準點共用。

3.2 滲流監(jiān)測

揚壓力(浸潤線)監(jiān)測在泄水閘設(shè)2個橫斷面，溢流壩每間隔1-2跨分縫段設(shè)1個斷面(布置在工作橋橋墩部位)，溢流壩左端防滲刺墻部位設(shè)1個斷面，側(cè)向溢流閘壩設(shè)1個斷面，水輪泵泵室段(主廠房)設(shè)3個斷面，檢修間設(shè)1個斷面，右側(cè)土堤設(shè)3個斷面，涵閘設(shè)2個斷面，共20個斷面。每個橫斷面布設(shè)3根測壓管。

3.3 環(huán)境量監(jiān)測

在攔河壩上下游各設(shè)1套自計水位計，要確保能監(jiān)測到最高和最低水位。在自計水位計旁邊設(shè)搪瓷水尺，進行人工監(jiān)測，其它部位設(shè)5根搪瓷水尺，另需設(shè)置溫度計2根、自計雨量計1套。

4 結(jié) 論

文章依據(jù)鎮(zhèn)渡攔河壩安鑒結(jié)論、地勘成果，并結(jié)合建設(shè)運行情況，認為鎮(zhèn)渡攔河壩水毀破損嚴重。綜合考慮環(huán)境保護、城市景觀、防洪安全等要求，科學設(shè)計重建工程方案：拆除重建混凝土左側(cè)溢流壩，右側(cè)溢流壩部位漿砌石堰體外包C25鋼筋混凝土，拆除重建3孔泄水閘；針對水輪泵站部位，拆除重建水輪泵站；拓寬改造從鎮(zhèn)南水右岸進場的邊山防汛公路(含跨鎮(zhèn)南水涵閘)。該設(shè)計方案在技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理，具有使用維護方便、環(huán)保、安全、可靠等優(yōu)點，可為其他類似工程除險加固設(shè)計提供借鑒。