水庫排洪分水閘重建工程設計淺析

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摘要：基聯和水庫排洪分水閘建成運行近60a，現狀水閘存在嚴重的安全隱患，現水閘結構破舊、消能防沖設施破壞嚴重，鋼筋外露銹蝕，閘門嚴重變形，電氣設備簡陋，線路老化，管養房殘破不堪。根據工程安全鑒定，聯和水庫排洪分水閘為四類閘，需要報廢重建。本文就聯和水庫排洪分水閘重建工程設計工作展開詳細闡述，以期可供參考。

關鍵詞：水閘；病害；重建工程；設計

1工程概況

聯和水庫排洪分水閘是聯和水庫下游聯和河上的一個重要水閘，位于水庫下游5．0km，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，工程任務主要是蓄水灌溉、排洪和交通功能［1］。聯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4．35m，總寬32．4m，共設有7個閘孔，左邊6孔為翻板閘，每孔凈寬4．0m，凈高2．2m，右邊1孔，凈寬2．5m。總凈寬26．5m。翻板閘底板高程為12．45m（珠江基面高程系統，下同），平板閘底板高程為11．90m。上游漿砌石鋪蓋長3．5m，閘室底板采用寬頂堰型式，閘室下游為混凝土消力池，池長17．0m，池深0．7m，消力池底高程為11．2m，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5．0m。閘頂高程為15．4m，原設計過閘流量150m3／s。

2聯和水庫排洪分水閘重建工程設計

2．1閘址確定

根據現場查勘情況，可知現狀水閘為新店村與外界聯系的交通要道，其左側為三江灌渠，右側是福田老渠，下游右岸為一民房，工程場地狹窄。水閘閘址的選擇應確保不能影響現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，而水閘在現狀位置處正常運行了近60年，現閘址處地基條件好，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施。拆除原破舊管養房，原址新建管養房［3］。

2．2閘頂高程確定

本工程設計、校核洪水標準為20a一遇、50a一遇，設計洪水位為15．48m，校核洪水位為16．15m，水閘正常蓄水位為13．85m，正常蓄水位低于設計、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，設計洪水位的安全加高值為0．7m，校核洪水位的安全加高值為0．5m。設計洪水位情況下，閘頂高程為16．78m（其中閘頂板厚0．60m）；校核洪水位情況下，閘頂高程為17．25m（其中閘頂板厚0．60m）。故閘頂高程取17．25m。

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鋼筋混凝土箱涵結構，該段長13．0m，共設5孔，單孔凈寬8．0m，凈高5．65m，左側三孔一聯，右側兩孔一聯，即3＃、4＃閘孔之間設置一道結構縫，縫寬30mm。中墩厚1．2m，邊墩厚1．0m，距離上游段3．0m處布置鋼制平板閘門，閘門槽寬0．5m，深0．4m；閘頂上部設啟閉機室，啟閉機室長56．83m、寬5．80m，安裝5臺QPK－2×125kN卷揚式啟閉機。閘門下游側設一寬2．50m的檢修平臺，平臺面高程17．25m，便于閘門檢修。檢修平臺下游側為閘頂交通橋，橋寬7．00m，橋面高程為17．25m，兩側設防撞混凝土欄桿。（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5．0m，高2．5m，閘門復位后與水平面成82°角，共設8扇。閘門4扇一聯，共用一個混凝土底板。左右兩聯之間設一縫墩，縫墩厚1．0m，縫寬30mm。壩基底板為C25鋼筋混凝土開口箱涵結構，厚1．2～1．7m，寬13．0m，長22．0m，底板面高程為11．5m。為解決兩岸交通，在橡膠壩的下游設一交通橋，交通橋共4跨。交通橋采用預應力空心板橋，板厚0．6m。（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2．5m，壩袋總長度為40m，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構，厚1．7m，寬13m，長22m，底板面高程為11．5m，墻頂高程為17．25m。為解決兩岸交通，在橡膠壩的下游設一交通橋，交通橋共4跨，每孔跨度為10m。平底板內布設管徑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，圓筒內徑為8m，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30kW，水泵吸水管直接伸至上游河道。充排水管設于控制室下部，與壩底板內充（排）水管道相連［4－5］。經對比，方案二、三雖然結構簡單，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，但結構穩定、運行可靠，水利工程都具有較長的使用年限，故從長遠考慮，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10m（寬）×6m（高）。（2）方案二：5孔，單孔尺寸8m（寬）×6m（高）。（3）方案三：6孔，單孔尺寸6．7m（寬）×6．0m（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50a，原翻板閘頂高程為13．85m，由于本次設計采用平板鋼閘門，為今后水閘運行留有調整余地，閘門頂部高程定為14．60m。左側4個孔閘底板高程為11．30m，右側沖沙閘底板高程比左側閘底板低0．3m，即為11．00m。左側4扇閘門尺寸為寬×高＝8．0m×2．9m，右側沖砂閘門尺寸為寬×高＝8．0m×3．2m。

2．6設計計算

（1）水閘過流能力復核。經計算，在閘前為設計水位17．14m，閘后為16．94m的情況下，水閘的過閘流量為558．4m3／s，水閘過流能力滿足要求。（2）水閘整體穩定及應力計算。根據閘室布置，水閘整體穩定及基底應力計算需要按左側三孔一聯和右側兩孔一聯分別計算。由地質報告可知，閘基為天然地基粗砂，地基允許承載力160～180kP，經計算基底最大應力為93．46kN，承載力滿足要求。水閘各工況下的應力不均勻系數及抗滑KC安全系數均滿足規范要求，因而水閘是穩定的，安全的。（3）滲透穩定計算。經計算，上下游水位差△H＝2．65m。根據地質報告得知水閘建基面以下均為粗砂，查規范粗砂層容許滲徑系數C＝5～4，偏安全考慮，取C＝5。則初擬閘基防滲長度為L＝13．25m。排洪分水閘底板水平投影長度為30．20m。因此，擬定的閘基防滲長度滿足防滲要求。通過《水工結構有限元分析系統AUTOBANK5．6》軟件進行滲流穩定復核，經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，不會發生滲流穩定破壞。

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16．0m；閘室段采用C25鋼筋混凝土箱涵，該段長13．0m，共設5孔，單孔凈寬8．0m，凈高5．65m，閘頂上部設啟閉機室，啟閉機室長56．83m、寬5．8m，安裝5臺QPK－2×125kN卷揚式啟閉機，在底板上閘門位置處設一閘坎，坎頂高程為11．30m，采用高壓擺噴防滲處理措施。出口設置22．0m長消力池，池深1．20m，池寬45．63m。下游連接段總長40．25m，寬45．63m，出口為C25鋼筋混凝土海漫，長10m，中間段為M7．5漿砌石海漫，末端為拋石防沖槽，槽長10．25m，深1．3m。（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12．4m，兩岸地面高程為16．0m；進水閘室采用鋼筋混凝土整體箱涵，共設兩孔，單孔凈寬3．5m，閘底板高程為12．00m，閘室段長15．5m，箱涵進口處設一檢修門槽，工作橋后布置鋼制平板閘門，閘頂上部設啟閉機室，啟閉機室通過左側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9．6m、寬6．0m，室內高程為22．25m，安裝2臺QPK－2×100kN卷揚式啟閉機；閘室出口接C25鋼筋混凝土開口箱涵，凈寬8．0m，箱涵頂部高程為17．25～15．50m，與兩岸地面齊平。（3）福田老渠進水閘布置。現狀福田老渠渠首寬度為0．8m，進口位于聯和水庫排洪分水閘左側上游翼墻上，為了控制渠道水流，防止洪水沖毀渠道，擬結合排洪分水閘重建，將福田老渠進口段渠道改成暗涵，采用管徑為0．8m的鋼管鋪設至村道邊，設一閘閥井，井內設一長柄閘閥，用以控制渠道水流。

3結語

受早期建設標準低、運行管理不到位的影響，聯和水庫排洪分水閘經過近60a的運行，出現諸多問題，存在嚴重的安全隱患，需報廢重建。通過對現場地形地質勘探，經過設計計算和方案比選，合理選擇除險加固措施，并做好相關設計布置工作，可發揮水閘應有的灌溉、排洪等功能。

作者:黃琪 單位:惠州市華禹水利水電工程勘測設計有限公司