六股河攔河閘溢流壩除險加固設計與計算分析

劉桂雁

(綏中縣水利服務總站，遼寧 綏中125200)

1 工程概況

葫蘆島市綏中縣六股河攔河閘位于葫蘆島市綏中縣境內，六股河干流上。工程地處綏中縣城防洪段，肩負著灌溉、防洪和縣城生態景觀的任務。攔河閘建成后運行了33 a，由于凍融破壞，閘門滲漏嚴重，不能正常運用。

攔河閘工程由溢流壩、沖沙閘及渠首進水閘組成，攔河閘總寬406.00 m，其中溢流壩總寬385.179 m，沖沙閘總寬20.821 m，從左至右由1 跨5.179 m左側邊跨溢流壩、15 跨20.00 m 中跨溢流壩、10 孔20.821 m 沖沙閘及4 跨20.00 m 右側邊跨溢流壩組成。

1.1 溢流壩

溢流壩壩頂高程為14.35 m，壩基高程為13.10 m，堰型為曲線型駝峰堰，底寬12.00 m，中間為砂礫料填心，外包混凝土結構。

1.2 沖沙閘

沖沙閘從右往左排列，第一孔為人工啟閉鑄鐵閘門，閘孔凈寬1.20 m;其余9 孔均為人工翻轉翻板鋼閘門，其中第二孔至第九孔閘孔寬1.56 m，第十孔閘孔寬1.41 m，共設9個中墩，中墩寬0.50 m，邊墩寬0.6155 m，閘底高程為13.10 m。

1.3 進水閘

進水閘位于攔河閘上游約40.00 m 處，進水口軸線與攔河閘軸線呈約60°，進水閘總寬3.90 m，共設2 孔1.20 m×1.20 m(寬×高)鑄鐵閘門，閘底高程為13.10 m，進水閘設一中墩，墩寬0.50 m，為鋼筋混凝土結構，兩側邊墩寬0.5 m，為漿砌石結構。

2 溢流壩存在的問題

六股河攔河閘溢流壩總寬385.179 m，被沖沙閘分割為左右兩段，其中左側寬305.179 m，從左至右為1 跨5.179 m 左側邊跨溢流壩及15 跨20.00 m 中跨溢流壩，右側寬80.00 m，由4 跨20.00 m寬左側邊跨溢流壩組成，溢流壩壩頂高程為14.35 m，壩基高程為13.10 m，堰型為曲線型駝峰堰，底寬12.00 m，中間為砂礫料填心，外包混凝土結構。

3 除險加固方案

鑒于壩體僅為外包結構破損，填心部位大部分完好，因此本次除險加固將溢流面拆除，重新澆筑鋼筋混凝土護面，拆除和新澆混凝土厚度均為0.10 m。由于沖沙閘位置進行了調整，將右側靠近河岸的3跨20.00 m寬的溢流壩拆除，并在原沖沙閘空位新建一跨20.821 m 的溢流壩，外形與其余溢流壩相同，采用混凝土結構。重建被沖毀的下游消能設施和上游鋪蓋防滲設施［2］。

4 工程位置布設

將沖沙閘移至右側河岸后，剩余溢流壩總寬346.00 m，從左至右由1 跨5.179 m 左側邊跨、15 跨20.00 m 中跨、1 跨20.821 m 中跨及1 跨20.00 m 右側邊跨，右側邊跨與沖沙閘連接，堰基高程仍為13.10 m。

壩體結構由壩前鋪蓋、壩體、下游消力池、海漫、防沖槽、隔墩及左側翼墻組成。溢流壩壩體仍維持原結構型式，溢流壩壩頂高程為14.35 m，壩基高程為13.10 m，堰型為曲線型駝峰堰，底寬12.00 m，中間為砂礫料填心，外包混凝土結構，混凝土厚0.10 m;上游鋪蓋采用鋼筋混凝土結構，順水流方向長5.00 m，鋪蓋頂高程131.10 m，厚0.40 m，鋪蓋前端設置混凝土防沖槽，槽深1.00 m。

消力池根據實際落差采用兩級消力池，一級消力池長18.30 m，池底高程為12.60 m，底板厚0.60 m，尾坎頂高程13.10 m，二級消力池長12.50 m，池底高程為11.80 m，底板厚0.50 m，防沖槽采用格柵石籠結構，順水流方向長7.00 m，頂高程由11.80 m降至11.20 m，防沖槽最深部位2.40 m。

沖沙閘與溢流壩隔墩墩頂高程為14.60 m，其中閘上游隔墩長10.00 m，與閘連接長14.00 m，閘下游長15.30 m，均厚0.50 m;左側翼墻墻頂高程均為17.00 m，翼墻型式為懸臂式擋土墻，壩上游長5.00 m，上游垂直插入岸坡12.80 m 并與上游河道岸坡護坡連接，壩下游長37.80 m，下游垂直插入岸坡16.60 m 并與下游河道岸坡護坡連接［3］。

鋪蓋、外包堰面混凝土、下游消力池、隔墩及左側翼墻均采用鋼筋混凝土結構，混凝土標號均采用C25F150。

5 水力計算與分析

溢流壩過流能力計算采用《溢洪道設計規范》(SL253—2000)公式:

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當

式中:Q 為流量，m3/s;c 為上游堰坡影響系數，取1.00;m 為駝峰堰堰流量系數;ε 閘墩側收縮系數;δs為淹沒系數;B 為總凈寬，346.00 m;H0計入流速水頭的堰上總水頭;ξk為邊墩形狀系數，取1.00;ξ0為中墩形狀系數;n 為閘孔數目，取1;b 為單孔寬度，取B;P1為駝峰堰堰高，1.25 m。

溢流壩泄流能力計算成果見表1。

表1 攔河閘水位與流量關系表

沖沙閘上游水位在14.00 ～15.00 m 時需要修建消力池，而溢流壩由于沖沙閘提前開啟已將下游水位抬升，均屬于淹沒水躍。消力池深度按下式計算:

式中:d 為消力池深度，m;σ0為水躍淹沒系數，采用1.05;△Z 為出池落差，m;h's出池河床水深，m。

消力池池深控制工況:

沖沙閘當上游水位為14.35 m 時，其(hc″ －ht) 為最大值。消力池池深計算結果見表2。

表2 消力池池深計算結果

根據表2，溢流壩各工況均發生淹沒水躍，無需修建消能設施，但實際現場由于河道因采沙形成的河道下切極為嚴重，已經形成了1.90 m 的落差，導致消能設施和防護設施損毀，因此，本次除險加固主要針對地形及水毀情況對溢流壩進行防護，同時兼顧消能。

消力池根據實際落差采用兩級消力池，一級消力池長18.30 m，池底高程為12.60 m，底板厚0.60 m，尾坎頂高程13.10 m，二級消力池長12.50 m，池底高程為11.80 m，底板厚0.50 m，防沖槽采用格柵石籠結構，順水流方向長7.00 m，頂高程由11.80 m降至11.20 m，防沖槽最深部位2.40 m。

6 防滲分析

根據現場監測看，壩基防滲木板樁腐爛，喪失防滲功能，因此，本次除險加固設計認為該木板樁的防滲效果已經失效。

6.1 上游鋪蓋長度

根據《水閘設計規范》SL256—2001，上游鋪蓋長度一般采用上、下游最大水位差的3 ～5 倍，即上游鋪蓋長度3.75 ～5.25 m(上、下游最大水位差取1.25 m)，上游設置5.00 m 鋪蓋。

6.2 防滲長度校核

按照勃萊法計算閘基所需防滲長度。

擬建升降壩建基于圓礫層，根據地質勘察報告，圓礫層可能發生管涌型滲透變形，其允許水力比降建議值為0.15。

計算公式如下:

式中:L 為閘基所需防滲長度;C 為滲徑系數;△H為上下游水位差。

查圓礫有濾層時允許滲徑系數值采用4，正常運用時上下游水位差△H =3.15 m，壩基所需防滲長度L = C△H =12.60 m;坍壩行洪時上下游水位差非常小，壩基所需防滲長度極小，防滲控制長度為12.60 m。壩上游鋪蓋、壩底板、下游消力池用鋼筋混凝土結構分縫處均采用橡膠止水帶連接，其地下輪廓線總長為44.80 m，滿足防滲要求。沖沙閘邊墩及上下游翼墻均為鋼筋混凝土結構且有橡膠止水帶連接滿足側向防滲要求。

6.3 導滲

為進一步加強下游出逸點滲透安全，在防沖槽下設置反濾土工布，加強出逸點反濾，防止土料發生滲透變形。

7 穩定及應力計算

取單寬壩體進行穩定及應力分析計算。在設計洪水位、校核洪水位工況下，溢流壩上下游水位基本齊平，不需驗算抗滑穩定、基底壓應力，壩體穩定計算工況只需計算其最高擋水位(上下游水位差1.25 m)。抗滑穩定和基底應力計算公式同沖沙閘相同。

壩體抗滑穩定滿足規范要求，壩體平均基底應力小于地基允許承載力，壩體基底應力最大值與最小值之比滿足規范要求。

7 結 語

葫蘆島市綏中縣六股河攔河閘建成后運行了33 a，由于凍融破壞，閘門滲漏嚴重，不能正常運用。通過對攔河閘溢流壩除險加固工程設計與計算分析，工程除險加固設計滿足工程建設規范要求，該工程除險加固設計合理，工程建設切實可行。

［1］朱展毅. 烏石攔河閘除險加固工程消能建筑物的設計［J］. 廣東水利水電，2003(03):33 －34.

［2］段生榮. 古浪河攔河閘改建設計中新舊建筑物的結合問題探討［J］. 甘肅水利水電技術，2001，37(04):59 －60.

［3］尹如飛. 關于明秀水閘除險加固工程初步設計的探討［J］. 沿海企業與科技，2011(06):91 －92.