病險水閘除險加固設計初探

【摘 要】 水閘是水利工程建設中的重要組成部分，由于設計、管理和操作等方面的問題，使得水閘運行中出現不少安全隱患。本文以水閘工程為例，結合閘區的地質條件，對樞紐布置的相關情況進行闡述，探討了主要建筑物除險加固設計，可供類似工程設計參考。

【摘 要】 病害水閘；除險加固；水工建筑物；引水渠

水利工程是城市基礎設施建設的一部分，水閘作為水利工程的重要部分，擔負著城市供水、發電、灌溉和防洪等綜合任務，對促進城市發展具有巨大作用。但許多水閘由于設計、使用和管理方面的不足，加上使用年限比較長，使得水閘產生一些問題。這些問題主要包括建筑物穩定性差、輸水建筑物老化和破損以及管理設施嚴重缺乏等，若不能進行妥善的處理，很可能導致水閘無法正常的運作，嚴重情況下會導致人員的傷亡和財產的損失。因此，進行病險水閘的加固設計就顯得十分重要了。

1 工程概況

本工程是一座集灌溉、供水、防洪、航運和旅游等多重功能的于一體的大型水閘。水閘工程主要由攔河閘壩、進水閘、船閘、取水口、電站廠房、引渠閘、供取水泵站、灌溉渠道等建筑物組成。

水閘工程已建成運行了較長的時間，目前在安全鑒定中被鑒定為四類閘。因此，必須對一些主要建筑物拆除重建，對其他建筑物進行加固處理。

2 工程地質

閘址位于扁平狀U型河彎的中間，其中直線段長度約0.9km。壩址地處丘陵區，屬侵蝕型地形地貌，原河谷為寬廣的U形谷，河床寬約180m。左岸為平緩渾圓的小丘陵，右岸為Ⅰ級階地，經填土平整后現為水閘管理處，地面高程11.70m左右。

3 樞紐布置

3.1 樞紐布置原則

（1）樞紐布置應重點滿足灌溉、城市供水的需要，兼顧發電、旅游所需的運行條件，并預留出作為二期建設的船閘布置方案。要求船閘、泄流閘壩、電站等樞紐建筑物的布置位置合理，能同時滿足泄洪、通航、發電功能對水流條件的要求；

（2）樞紐布置應方便施工、有利于縮短工期，盡量減少征地拆遷及施工期淹沒的影響，減少對灌溉、城市供水、發電的影響；

（3）根據地形地質條件，合理布置施工建筑物，在滿足運行及建筑物安全的前提下，力求經濟合理。

3.2 樞紐布置方案比選

3.2.1 樞紐主要建筑物

（1）船閘，擬拆除重建，規模由Ⅳ級航道改為Ⅲ級航道（設計最大通航船舶噸位為1000t級），設計為單級一線船閘，2級建筑物，閘室有效尺寸采用180m×18m×2.5m；

（2）攔河閘壩，擬拆除重建，壩總長121.8m，布置11孔溢流閘孔，單孔凈寬9m，平底閘閘型，采用平板升臥式鋼閘門擋水、固定式卷揚機啟閉；

（3）電站、引水渠及渠首閘，電站裝機1880kW，現狀建筑物破舊，原址原規模加固后可滿足使用要求，需根據除險加固樞紐總布置方案確定其加固；

（4）灌溉渠道，左岸、右岸灌溉渠道進水口分別位于左、右岸壩軸線上游約130、450m處，現狀運行良好，滿足使用要求；

（5）城市供水取水泵站，位于右岸壩軸線上游約130m，現狀運行良好，滿足使用要求。

3.2.2 除險加固工程樞紐布置方案比選

由于壩址位于扁平狀U型河彎的中間，壩下游直線段長度較短，河床寬度不大，泄洪閘壩只適宜布置在中間位置，否則下泄水流易沖刷下游凹岸并產生折沖水流，危及行洪和航運安全。因此，設計擬定左岸船閘右岸廠房（方案一，同原樞紐布置方案）及左岸廠房右岸船閘（方案二）進行比選。

（1）方案一：壩軸線總長247.6m，由于壩址段河勢及下游新建南北高鐵橋墩的限制（船閘在高鐵橋下穿過，只能在兩橋墩中間布置），船閘軸線與壩軸線呈15°交角布置，樞紐建筑物從左至右依次為沿船閘軸線布置左岸接頭壩段長25m、船閘段長46m，接著沿壩軸線布置9孔閘壩長121.8m、電站引水渠渠首閘段長27.7m、右岸接頭壩段長27.1m；

（2）方案二：壩軸線總長241.2m，樞紐建筑物從左至右依次布置左岸接頭壩、電站、閘壩、船閘、右岸接頭壩。

樞紐布置方案是從水文、地質、施工、運行、工程造價及其對既有重要建筑物（包括南北高速鐵路橋、欽北鐵路、南北二級公路橋、石油輸油管道、城市供水建筑物）的影響等方面進行比較。樞紐布置兩方案比較的主要優缺點見表1。

通過綜合比較，左岸船閘右岸廠房方案優于左岸廠房右岸船閘方案，因此，設計推薦左岸船閘右岸廠房方案（方案一）作為樞紐布置方案。

4 主要建筑物除險加固設計

4.1 攔河閘壩

攔河閘壩在原址按原/規模重建。相關建筑物主要有：閘室、閘頂交通橋、啟閉機維護房、上游護底、下游消力池及海漫等 。

閘壩總長122m，采用平底閘型，布置11孔閘孔單孔凈寬9m，閘室底板高程3.0m，順水流向底寬15.5m。正常擋水水位8.5m，擋水高度5.5m，鋼筋混凝土底板厚度2m，底板下設2.5m-3.7m深的埋石砼基礎使閘基坐落在基巖上。

閘室分縫除中間一孔作為一個獨立單元外，其他為兩孔一聯、墩中分縫、對稱布置，中墩厚1.6m，縫墩厚2.4m，邊墩1.5m。

擋水閘門采用升臥式平板鋼閘門，固定式啟閉機布置在18m高程的現澆啟閉平臺上，機房層高2m，設活動地板并在其上設維護房，啟閉機維護房設計吸納了風雨橋等特色景觀建筑元素，設計成觀光亭和觀光長廊，既滿足使用要求又兼顧了城市旅游觀光的需要。考慮到水閘下游多年平均水位僅為1.8m，低于閘室底板高程，因此不設下游檢修閘門，僅設置上游檢修閘門，采用汽車吊啟閉。

閘頂交通橋布置在上游側的閘室工作閘門槽與檢修閘門槽之間，采用預制T形梁吊裝再澆筑橋面鋪裝層，設計荷載標準為公路－Ⅱ級，橋面高程14.5m，總寬度為4.8m，其中車道寬3.8m，人行道寬1.0m。在檢修閘門槽上游側設1.7m寬的檢修平臺兼人行道。

閘室前流速達2.3m/s，為防止閘前沖刷破壞，閘室上游設置漿砌石護底長30m，厚度0.5m，砂礫石墊層厚0.3m。

消力池長28.2m，與閘室段同寬，池底高程1.2m，末端設消力坎，池深2m，混凝土底板厚度1m，設置雙向間距2.5m×2.5m的無砂排水體排出基底滲水。

消力池下游海漫長42m，前10m水平段海漫采用混凝土結構，后35m斜坡段采用漿砌石結構，按1：15的坡度斜向下游，末端設金屬網石籠防沖槽，底寬3m。海漫厚度0.5m，設置雙向間距2.5m×2.5m的無砂排水體排出基底滲水。

為防止基底滲流，設計對閘壩段進行基礎帷幕灌漿。帷幕灌漿軸線布置在壩軸線下游2.5m，采用單排孔距1.5m，帷幕鉆孔深入基礎透水率5Lu線以下，灌漿終孔高程為-4.5～-12.5m。

4.2 電站引水渠及渠首閘

電站廠房布置引水渠末端，現狀建筑物破舊但仍能運行，且不影響水閘樞紐安全，不考慮加固。引水渠加固包括拆除重建渠首控制閘、加固引水渠底板、邊墻及基礎帷幕灌漿等。

重建渠首控制閘采用整體混凝土結構，閘室尺寸與原閘室相同，閘室長21m，設3孔閘門，單孔凈寬4.5m，閘底板高程6m，正常水位8.5m，采用平板鋼閘門擋水，固定啟閉機啟閉。閘墩頂高程12.8m，上游側布置啟閉機室，下游側布置交通橋與閘壩交通橋連接。

對于引水渠邊墻及底板，考慮拆除重建。新建底板采用現澆混凝土結構，厚0.4m，按10m間距設一道伸縮縫，采用瀝青木板填縫；新建的左、右岸邊墻采用混凝土重力式擋土墻，墻頂高程10m內坡1：0.4，外坡直立，墻頂寬0.7m。其中左岸邊墻兼做為消力池的右邊墻，結合消力池邊墻進行設計。

為防止基底及繞壩滲流，設計對引水渠段及右岸連接段進行帷幕灌漿。帷幕灌漿軸線布置在壩軸線上游4m，采用單排孔距1.5m，帷幕鉆孔深入基礎透水率5Lu線以下，灌漿終孔高程為-4.5～-6.5m。

4.3 樞紐其他建筑物

樞紐其他建筑物包括左岸、右岸灌溉渠道和城市供水取水泵站等，現狀運行良好，滿足使用要求，無需加固。

5 結語

本工程除險加固設計選擇的方案符合水閘發展的需要，取得了明顯的效果。工程施工沒有對城市供電、農田灌溉、防洪等功能產生影響，并且工程在投資較小的情況下能滿足水閘的安全運行。實踐證明，對于一些病險水閘，在不影響水閘功能的情況下進行加固設計處理，有利于水閘充分發揮出它的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 徐長青.淺析水利工程水閘施工中設計管理的作用[J]科技風.2012年第14期

[2] 彭德慧.章江水閘出現加固工程設計[J]工程建設與設計.2012年第10期