坑口閘除險加固工程設(shè)計分析

袁啟銘

(江西省水利規(guī)劃設(shè)計院，江西 南昌 330029)

坑口閘位于江西省余江縣錦江鎮(zhèn)坑口村，坐落于信江支流團(tuán)湖港上，距縣城35km，距206國道50m。工程始建于20世紀(jì)70年代初。自建成以來保護(hù)了錦江鎮(zhèn)1萬余人生命財產(chǎn)安全，保護(hù)耕地0.5萬畝，灌溉農(nóng)田1000畝。水閘最大下泄流量為276m3/s，是一座以灌溉為主，兼顧防洪的中型水閘工程。

1 工程概況

坑口閘為涵洞式水閘，主要建筑物由進(jìn)水口段、涵閘段、出口段等組成。

進(jìn)口段長約4m，兩岸為漿砌石八字墻，墻頂高程22.60～20.00m。

涵閘段底板高程18.00m，涵洞共4孔，城門洞型，每孔凈寬 2.3m，洞高 2.9m。涵閘段長7.5m，寬14.5m，中墩厚1.1m，邊墩厚1.0m，閘墩頂高程22.7m。中間兩孔為鋼筋混凝土平板閘門，采用手動螺桿啟閉機(jī)啟閉，邊孔為混凝土疊梁門，無啟閉設(shè)施。中墩為漿砌紅條石結(jié)構(gòu)，邊墩為漿砌紅條石重力式擋土墻，頂寬 1.0m，高約4.2m。

坑口閘出口兩岸為漿砌紅條石八字墻，均已老化、破損，消力池幾乎全部沖毀，尤其左岸，近60m岸坡嚴(yán)重坍塌，嚴(yán)重危及岸邊的民房，河床沖坑深約3.0m，范圍約200m2。

工程運行后基本達(dá)到設(shè)計目的，但因受興建時的經(jīng)濟(jì)條件、技術(shù)水平的限制，工程設(shè)計不夠合理，工程質(zhì)量存在較多問題。水閘運行多年來，遭遇幾次大洪水，使坑口閘及出口消力池受到不同程度破壞和損傷，尤其是消力池，基本全部沖毀。坑口閘工程的正常運行，對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，但工程自身存在的問題對錦江鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)灌溉等已構(gòu)成威脅。

2 工程存在的問題

根據(jù)《江西省余江縣坑口閘工程安全評價報告》安全鑒定結(jié)論確定坑口閘為四類閘，建議盡快拆除重建。工程存在主要問題如下。

(1)水閘中間兩孔為兩臺手動螺桿啟閉機(jī)，啟閉機(jī)老化銹蝕，不能正常使用，上部無閘房，不利于啟閉設(shè)備養(yǎng)護(hù)，啟閉機(jī)工作梁，混凝土機(jī)墩和混凝土閘門均老化，漿砌紅條石閘墩開裂沉陷，裂縫寬達(dá)2cm。出口兩岸為漿砌紅條石八字墻，均已老化，基礎(chǔ)掏空，開裂破損，消力池幾乎全部沖毀，尤其左岸，近60m岸坡嚴(yán)重坍塌，嚴(yán)重危及岸邊的民房，河床沖坑深約3.0m，范圍約200m2。

(2)該設(shè)計坑口閘20年一遇洪峰流量為219.0m3/s，50年一遇的洪峰流量為276.0m3/s。通過分析計算可知:坑口閘過20年一遇洪峰流量時，水位已全部上岸溢出，說明水閘的過流能力偏小。

(3)該水閘坐落于砂礫石層之上，閘基存在滲漏問題;閘基最大滲透坡降值大于允許滲透坡降值，滲透穩(wěn)定不滿足要求;該水閘無滲流觀測設(shè)備，不利于水閘的安全管理。

(4)供電線路老化，無備用電源。啟閉機(jī)控制、保護(hù)等設(shè)備不完善;工程無安全監(jiān)測設(shè)施，無水情、雨情測報設(shè)施;工程管理、通訊設(shè)施簡陋，無管理用房。

3 除險加固工程布置及主要建筑物

坑口閘坐落在信江支流團(tuán)湖港上，該工程灌溉農(nóng)田1000畝，保護(hù)農(nóng)田5000余畝，是一座以灌溉為主，兼顧防洪的中型水閘工程。

該工程水閘最大過閘流量為276m3/s。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)、《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-94)及《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL265-2001)，確定該工程等別為Ⅲ等中型工程。根據(jù)工程等別，確定水閘為3級建筑物，次要建筑物級別為4級，臨時建筑物為5級。

3.1 泄洪閘加固設(shè)計

根據(jù)工程現(xiàn)狀、安全鑒定結(jié)論及復(fù)核計算，泄洪閘存在的主要問題是:泄流斷面偏小，不滿足水閘行洪要求。

根據(jù)現(xiàn)有情況綜合考慮，泄洪閘在原址拆除重建。

針對存在的問題擬定采取的方案為:通過減少孔數(shù)、適當(dāng)加大孔口尺寸使泄流能力滿足要求，拆除原老閘，擬建3孔泄洪閘布置方案，設(shè)置消能設(shè)施。

3.1.1 閘孔底高程選擇

泄洪閘閘孔底高程的確定，主要關(guān)系到洪水對上游的淹沒范圍，合理的確定閘底高程，不僅對閘孔的寬度、閘室的穩(wěn)定有著決定性的影響，而且直接關(guān)系到整個工程的工程量和造價，為了加大過閘水深和過閘單寬流浪，減少閘室總寬度，減少工程投資，根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL265-2001)，盡量將泄洪閘底板高程定得低一些，并與河底基本齊平。參照閘址處上游河床底高程，確定泄洪閘閘底板高程為18.00m。各孔選擇閘門及啟閉機(jī)型式一致布置。

3.1.2 閘孔寬度、孔數(shù)選擇

該工程水閘正常擋水高度為2.55m，根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》(SL74-95)及閘門運行、啟閉機(jī)容量、閘門的制作及安裝等因素，并協(xié)調(diào)泄洪閘布置、閘門尺寸、啟閉機(jī)型式等，新建泄洪閘閘孔寬度均為6m。根據(jù)泄流規(guī)模計算，綜合考慮河道寬度，工程選擇3孔單寬6m的閘室結(jié)構(gòu)。

工程泄洪閘結(jié)構(gòu)布置如下:

(1)閘室段。泄洪閘采用開敞式水閘，閘底板高程18.00m，閘室段長11.70m，底板厚1.2m，寬23.0m，3孔，單孔凈寬6.0m，泄洪閘設(shè)上游檢修閘門和工作閘門，閘門結(jié)構(gòu)形式為平面滑動鋼閘門。邊墩厚 1.0m，中墩厚 1.5m。閘墩頂高程22.70m，閘墩頂布設(shè)有啟閉排架和交通橋，啟閉平臺高程28.50m，啟閉平臺上閘房內(nèi)布設(shè)卷揚式啟閉機(jī);交通橋采用裝配式鋼筋混凝土板橋，交通橋?qū)?.50m，橋面高程22.70m。

(2)進(jìn)口段。水閘上游進(jìn)口段河底高程17.80～18.10m，為促進(jìn)閘前淤積體的排泄，同時增加閘室的滲透穩(wěn)定性，本次設(shè)計進(jìn)口段采用 C20混凝土護(hù)底，厚0.5m，護(hù)底高程為18.0m，順?biāo)鞣较蜷L5.00m。兩岸采用重力式C15混凝土擋墻，墻頂高程22.30m，墻高4.8m，墻頂寬0.5m，墻背邊坡 1∶0.6。

(3)出口段。閘室下游布置消力池，消力池總長19.20m。閘室與消力池之間的連接段底板邊坡為1∶4，長6.2m，閘室底板高程18.00m，消力池底板高程16.70m。消力池底板水平段長13.00m，底板厚度0.9m，池深0.7m，坎頂高程17.40m。消力池后采用厚1.0m的鋼筋石籠海漫護(hù)底，長18m，端部為10m長的干砌石塊石防沖槽，防沖槽兩側(cè)邊坡為1∶2，深2m。消力池及海漫兩岸采用重力式C15混凝土擋墻，擋墻頂高程21.40m，墻高5.2m，墻頂寬0.5m，墻背邊坡1∶0.6，墻后采用砂性土回填至現(xiàn)狀地面高程，墻頂與地面之間的高程用1∶1.5的坡度銜接。

團(tuán)湖港河道兩岸陡峭，民房集中，為使水流順接，確保工程安全，本次對進(jìn)口段上游35m、出口段下游32m范圍內(nèi)的兩岸進(jìn)行岸坡整治，岸坡削坡坡度為1∶1.5，采用C15混凝土預(yù)制塊護(hù)坡。

3.2 閘門和啟閉設(shè)備設(shè)計

閘室段順?biāo)鞣较蛞来尾贾脵z修閘門、工作閘門。

檢修閘門為露頂式，閘門設(shè)計擋水位20.55m，設(shè)計水頭為2.55m，門高為3.0m。閘門設(shè)計為下游面板下游止水結(jié)構(gòu)型式的平面滑動鋼閘門，側(cè)止水為“P”型橡皮，底止水為“I”型橡皮，正向支承采用工程塑料合金滑道。閘門共設(shè)1扇，3孔共用。閘門及埋件主要材料為 Q235B，閘門重約5t/扇，埋件重2.5t/孔。閘門運行方式為靜水關(guān)閉，動水開啟。

啟閉設(shè)備選擇兩臺MD-50-6D型電動葫蘆，容量2×50(kN)，重約0.5t/臺，三孔共用。軌道為I28b，重約1.6t/套。

工作閘門設(shè)計擋水位為21.60m，設(shè)計水位差3.6m，門高4.0m。每孔設(shè)工作閘門一扇，共3扇。工作閘門結(jié)構(gòu)型式設(shè)計為平面滑動鋼閘門，采用下游面板下游止水的雙向擋水的結(jié)構(gòu)型式。側(cè)止水為雙“P”頭型橡皮，底止水為“I”型橡皮，正反向支承采用工程塑料合金材料自潤滑滑道。閘門及埋件主要材料為Q235B，閘門重約6t/扇，埋件重3t/孔。

閘門運行方式為動水啟閉，啟閉設(shè)備選擇QPQ-2×80kN型固定卷揚式啟閉機(jī)，揚程約6m，重約2t/臺(套)。啟閉機(jī)采用現(xiàn)地和遠(yuǎn)程兩種控制相結(jié)合的控制方式。啟閉機(jī)安裝高程為28.30m。

4 除險加固工程設(shè)計中應(yīng)注意的問題

水閘除險加固工程的工作量通常比設(shè)計一座新閘還要大，由于受原閘的限制，設(shè)計往往處于被動，因此設(shè)計中還需注意以下幾點。

(1)調(diào)查水閘的主要問題，包括水閘的建成時間，工程規(guī)模及建筑物級別，工程設(shè)計的特征值，主要結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，閘門、啟閉機(jī)及電器設(shè)備的完好程度，觀測設(shè)備的有效性，工程運行、管理及損壞情況等。

(2)對原始資料的收集，主要包括原設(shè)計資料、施工資料與管理資料。收集的資料力求準(zhǔn)確、真實，還需要設(shè)計人員去偽存真，將其作為自己的設(shè)計依據(jù)。受當(dāng)時施工背景的影響，有些資料可能不能真實地反映水閘的情況，這樣的資料如被采用，將直接影響除險加固設(shè)計方案的選定。

(3)要重視規(guī)劃條件的變化及未來發(fā)展的需要。要以最新修訂的規(guī)劃數(shù)據(jù)為依據(jù)，對原工程的規(guī)模進(jìn)行重新確定。水閘原來所采用的規(guī)劃數(shù)據(jù)，受當(dāng)時條件的限制往往不夠確切，從而影響水閘的安全運用。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水閘的功能及保護(hù)范圍會發(fā)生很大的變化，造成水閘的級別發(fā)生改變。

5 結(jié)語

坑口閘運行至今，受當(dāng)時經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等條件的限制，工程質(zhì)量存在較多問題，工程運行幾十年以來，由于水閘工程自然老化、水毀嚴(yán)重等原因，工程效益難以發(fā)揮。且水閘一旦失事，不僅影響工程效益的正常發(fā)揮，還直接危及兩岸耕地、圩堤及人民生命財產(chǎn)的安全。對坑口閘除險加固后，消除了水閘運行的安全事故隱患，大大提高了水閘的防洪能力及運行的安全性和可靠性。

坑口閘除險加固工程提高了防洪標(biāo)準(zhǔn)，社會效益顯著;實現(xiàn)水閘的計算機(jī)監(jiān)控，提高設(shè)備運行的可靠性。

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