聯(lián)和水庫排洪分水閘重建工程設(shè)計分析

黃 琪

(惠州市華禹水利水電工程勘測設(shè)計有限公司，廣東 惠州 516000)

1 工程概況

聯(lián)和水庫排洪分水閘是聯(lián)和水庫下游聯(lián)和河上的一個重要水閘，位于水庫下游5.0 km，屬中型水閘，工程等別為Ⅲ等，為3級建筑物。此水閘于1964年完工，工程任務(wù)主要是蓄水灌溉、排洪和交通功能[1]。

聯(lián)和水庫排洪分水閘為開敞式水閘，由閘室、閘門、啟閉機室、交通橋、上下游翼墻、消力池、護底、海漫等組成。其中閘室長度為4.35 m，總寬32.4 m，共設(shè)有7個閘孔，左邊6孔為翻板閘，每孔凈寬4.0 m，凈高2.2 m，右邊1孔，凈寬2.5 m?？們魧?6.5 m。翻板閘底板高程為12.45 m(珠江基面高程系統(tǒng)，下同)，平板閘底板高程為11.90 m。上游漿砌石鋪蓋長3.5 m，閘室底板采用寬頂堰型式，閘室下游為混凝土消力池，池長17.0 m，池深0.7 m，消力池底高程為11.2 m，消力池出口為一段漿砌石護坦，護坦長5.0m。護坦下游為干砌石海漫，海漫長5.0 m。閘頂高程為15.4 m，原設(shè)計過閘流量150 m3/s。

2 聯(lián)和水庫排洪分水閘重建工程設(shè)計

2.1 閘址確定

根據(jù)現(xiàn)場查勘情況，可知現(xiàn)狀水閘為新店村與外界聯(lián)系的交通要道，其左側(cè)為三江灌渠，右側(cè)是福田老渠，下游右岸為一民房，工程場地狹窄。水閘閘址的選擇應(yīng)確保不能影響現(xiàn)有灌渠和附近村莊的交通，且盡量避免影響下游民房，避免拆遷，因此水閘閘址的布置范圍受到極大的限制，考慮到無合適的新閘址，且另選新閘址將增加征地拆遷問題，而水閘在現(xiàn)狀位置處正常運行了近60年，現(xiàn)閘址處地基條件好，為粗砂地基。故重建水閘的閘址選在原閘址[2]。

重建水閘垂直于河道布置，閘頂交通橋與兩岸現(xiàn)狀道路保持在一條直線上，上游修建混凝土鋪蓋，用于防滲和護底，兩岸修建擋墻與上游河岸順暢連接，下游修建消力池和護坦等消能防沖設(shè)施。拆除原破舊管養(yǎng)房，原址新建管養(yǎng)房[3]。

2.2 閘頂高程確定

本工程設(shè)計、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇、50 a一遇，設(shè)計洪水位為15.48 m，校核洪水位為16.15 m，水閘正常蓄水位為13.85 m，正常蓄水位低于設(shè)計、校核洪水位，故本水閘閘頂高程由泄水情況控制確定。

本工程為3級建筑物，泄水時，設(shè)計洪水位的安全加高值為0.7 m，校核洪水位的安全加高值為0.5 m。

設(shè)計洪水位情況下，閘頂高程為16.78 m(其中閘頂板厚0.60 m)；校核洪水位情況下，閘頂高程為17.25 m(其中閘頂板厚0.60 m)。故閘頂高程取17.25 m。

2.3 水閘型式擬定

本工程初步擬定了3個閘型進行方案比較，見表1。

(1)方案1：開敞式水閘。閘室采用C25鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，該段長13.0 m，共設(shè)5孔，單孔凈寬8.0 m，凈高5.65 m，左側(cè)三孔一聯(lián)，右側(cè)兩孔一聯(lián)，即3#、4#閘孔之間設(shè)置一道結(jié)構(gòu)縫，縫寬30 mm。中墩厚1.2 m，邊墩厚1.0 m，距離上游段3.0 m處布置鋼制平板閘門，閘門槽寬0.5 m，深0.4 m；閘頂上部設(shè)啟閉機室，啟閉機室長56.83 m、寬5.80 m，安裝5臺QPK-2×125 kN卷揚式啟閉機。閘門下游側(cè)設(shè)一寬2.50 m的檢修平臺，平臺面高程17.25 m，便于閘門檢修。檢修平臺下游側(cè)為閘頂交通橋，橋?qū)?.00 m，橋面高程為17.25 m，兩側(cè)設(shè)防撞混凝土欄桿。

(2)方案2：翻板閘。采用滑塊式水力自控翻板閘，閘門由門葉及支腿組成。單扇閘門長5.0 m，高2.5 m，閘門復(fù)位后與水平面成82°角，共設(shè)8扇。閘門4扇一聯(lián)，共用一個混凝土底板。左右兩聯(lián)之間設(shè)一縫墩，縫墩厚1.0 m，縫寬30 mm。壩基底板為C25鋼筋混凝土開口箱涵結(jié)構(gòu)，厚1.2～1.7 m，寬13.0 m，長22.0 m，底板面高程為11.5 m。為解決兩岸交通，在橡膠壩的下游設(shè)一交通橋，交通橋共4跨。交通橋采用預(yù)應(yīng)力空心板橋，板厚0.6 m。

(3)方案3：橡膠壩。采用單向充水式攔河橡膠壩，壩頂展開高度為2.5 m，壩袋總長度為40 m，分左右兩段對稱布置。壩基底板為C25鋼筋混凝土開口箱涵結(jié)構(gòu)，厚1.7 m，寬13 m，長22 m，底板面高程為11.5 m，墻頂高程為17.25 m。為解決兩岸交通，在橡膠壩的下游設(shè)一交通橋，交通橋共4跨，每孔跨度為10 m。平底板內(nèi)布設(shè)管徑DN300充、排水管，每座壩底板中心線上各布置兩個充水口。橡膠壩控制室建在左岸，建成一座圓筒狀建筑物，分地上地下兩層，圓筒內(nèi)徑為8 m，水泵機組選用1臺，型號為BS300-12A型單級雙吸水泵，配套電機功率為30 kW，水泵吸水管直接伸至上游河道。充排水管設(shè)于控制室下部，與壩底板內(nèi)充(排)水管道相連[4-5]。

表1 方案比選表

經(jīng)對比，方案二、三雖然結(jié)構(gòu)簡單，投資較小，但都存在壽命短，易卡阻，運用可靠性較低等缺點，而方案一，雖然投資較大，但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、運行可靠，水利工程都具有較長的使用年限，故從長遠(yuǎn)考慮，擬采用方案一作為推薦方案。

2.4 水閘孔口尺寸方案比較

根據(jù)水閘的過閘流量初步擬定了4孔、5孔和6孔3個方案進行比較。

(1)方案一：4孔，單孔尺寸10 m(寬)×6 m(高)。

(2)方案二：5孔，單孔尺寸8 m(寬)×6 m(高)。

(3)方案三：6孔，單孔尺寸6.7 m(寬)×6.0 m(高)。

方案一、方案三水流條件較差，運行不方便；方案二水流條件好，運行靈活，投資適中。故采用方案二為推薦方案，即水閘孔數(shù)為5孔。

2.5 閘門尺寸擬定

本水閘的主要功能是蓄水灌溉和排洪，閘門的高矮直接決定了上游河道的蓄水深度和淹沒程度，本水閘已運行了近50 a，原翻板閘頂高程為13.85 m，由于本次設(shè)計采用平板鋼閘門，為今后水閘運行留有調(diào)整余地，閘門頂部高程定為14.60 m。左側(cè)4個孔閘底板高程為11.30 m，右側(cè)沖沙閘底板高程比左側(cè)閘底板低0.3 m，即為11.00 m。左側(cè)4扇閘門尺寸為寬×高=8.0 m×2.9 m，右側(cè)沖砂閘門尺寸為寬×高=8.0 m×3.2 m。

2.6 設(shè)計計算

(1)水閘過流能力復(fù)核。經(jīng)計算，在閘前為設(shè)計水位17.14 m，閘后為16.94 m的情況下，水閘的過閘流量為558.4 m3/s，水閘過流能力滿足要求。

(2)水閘整體穩(wěn)定及應(yīng)力計算。根據(jù)閘室布置，水閘整體穩(wěn)定及基底應(yīng)力計算需要按左側(cè)三孔一聯(lián)和右側(cè)兩孔一聯(lián)分別計算。由地質(zhì)報告可知，閘基為天然地基粗砂，地基允許承載力160～180 kP，經(jīng)計算基底最大應(yīng)力為93.46 kN，承載力滿足要求。水閘各工況下的應(yīng)力不均勻系數(shù)及抗滑KC安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，因而水閘是穩(wěn)定的，安全的。

(3)滲透穩(wěn)定計算。經(jīng)計算，上下游水位差△H=2.65 m。根據(jù)地質(zhì)報告得知水閘建基面以下均為粗砂，查規(guī)范粗砂層容許滲徑系數(shù)C=5～4，偏安全考慮，取C=5。則初擬閘基防滲長度為L=13.25 m。排洪分水閘底板水平投影長度為30.20 m。因此，擬定的閘基防滲長度滿足防滲要求。通過《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)AUTOBANK5.6》軟件進行滲流穩(wěn)定復(fù)核，經(jīng)計算閘室出口段滲流坡降0.25，水平段最大滲流坡降0.10。采用高壓擺噴樁進行防滲處理后，經(jīng)滲流計算閘室出口段滲流坡降0.16，水平段最大滲流坡降0.06。閘室進出口段及水平段滲透坡降均小于允許滲流坡降，不會發(fā)生滲流穩(wěn)定破壞。

2.7 水閘布置

(1)排洪分水閘布置。水閘位于原水閘閘址處，與兩岸村道布置成一條直線，共設(shè)5個閘孔。上游連接段河道向左岸擴寬，并新建C25懸壁式擋墻，擋墻與上游河岸、下游閘室岸墻順暢連接，墻頂高程為16.0 m；閘室段采用C25鋼筋混凝土箱涵，該段長13.0 m，共設(shè)5孔，單孔凈寬8.0 m，凈高5.65 m，閘頂上部設(shè)啟閉機室，啟閉機室長56.83 m、寬5.8 m，安裝5臺QPK-2×125 kN卷揚式啟閉機，在底板上閘門位置處設(shè)一閘坎，坎頂高程為11.30 m，采用高壓擺噴防滲處理措施。出口設(shè)置22.0 m長消力池，池深1.20 m，池寬45.63 m。下游連接段總長40.25 m，寬45.63 m，出口為C25鋼筋混凝土海漫，長10 m，中間段為M7.5漿砌石海漫，末端為拋石防沖槽，槽長10.25 m，深1.3 m。

(2)三江灌渠進水閘布置。進水閘上游連接段采用C25鋼筋混凝土開口箱涵和懸壁式擋墻與兩岸順暢連接，其中開口箱涵長12.4 m，兩岸地面高程為16.0 m；進水閘室采用鋼筋混凝土整體箱涵，共設(shè)兩孔，單孔凈寬3.5 m，閘底板高程為12.00 m，閘室段長15.5 m，箱涵進口處設(shè)一檢修門槽，工作橋后布置鋼制平板閘門，閘頂上部設(shè)啟閉機室，啟閉機室通過左側(cè)樓梯間可與排洪分水閘啟閉機室連通，便于管理，啟閉機室長9.6 m、寬6.0 m，室內(nèi)高程為22.25 m，安裝2臺QPK-2×100 kN卷揚式啟閉機；閘室出口接C25鋼筋混凝土開口箱涵，凈寬8.0 m，箱涵頂部高程為17.25～15.50 m，與兩岸地面齊平。

(3)福田老渠進水閘布置。現(xiàn)狀福田老渠渠首寬度為0.8 m，進口位于聯(lián)和水庫排洪分水閘左側(cè)上游翼墻上，為了控制渠道水流，防止洪水沖毀渠道，擬結(jié)合排洪分水閘重建，將福田老渠進口段渠道改成暗涵，采用管徑為0.8 m的鋼管鋪設(shè)至村道邊，設(shè)一閘閥井，井內(nèi)設(shè)一長柄閘閥，用以控制渠道水流。

3 結(jié) 語

受早期建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、運行管理不到位的影響，聯(lián)和水庫排洪分水閘經(jīng)過近60 a的運行，出現(xiàn)諸多問題，存在嚴(yán)重的安全隱患，需報廢重建。通過對現(xiàn)場地形地質(zhì)勘探，經(jīng)過設(shè)計計算和方案比選，合理選擇除險加固措施，并做好相關(guān)設(shè)計布置工作，可發(fā)揮水閘應(yīng)有的灌溉、排洪等功能。