龍滾分洪擋潮閘加固設(shè)計分析

王壯海

(海南省水利水電勘測設(shè)計研究院，海南 海口 570100)

1 工程概況

海南省萬寧市龍滾分洪擋潮閘防洪工程,保護(hù)下游9個村莊、耕地1253.33 hm2，保護(hù)人口約1650余人，蓄淡提灌約166.67 hm2，為當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展提供保障。原河道出現(xiàn)堵塞情況，阻斷加坦水庫的洪水下泄，使加坦水庫下泄的洪水全部從分洪渠入海，行洪任務(wù)進(jìn)一步加大。目前工程老化程度日趨加劇，隱患明顯增多，特別是閘門損壞及啟閉困難，水閘已不具任何擋潮、蓄淡等功能，且存在海水倒灌問題，常常使上游兩側(cè)河岸較低地帶經(jīng)濟(jì)作物遭受極大損失，同時由于無法蓄淡，下游大片耕地的灌溉亦得不到有效保障。由于海水倒灌及無法蓄淡灌溉問題，2005年至今，在大潮期間導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)作物遭受極大的損失，經(jīng)統(tǒng)計，年均損失約400萬元，其中2005年 受淹耕地面積約28.00 hm2，灌溉影響面積約100.00 hm2，損失財產(chǎn)約450萬元；2010年受淹耕地面積約33.33 hm2，灌溉影響面積約123.33 hm2，損失財產(chǎn)約640萬元。結(jié)合本工程實際，并參考類似工程運(yùn)行與加固案例經(jīng)驗[1-4]，對龍滾分洪擋潮閘進(jìn)行加固設(shè)計是必要且緊迫的。

2 主要問題與加固內(nèi)容

2.1 主要問題

龍滾分洪擋潮閘自1976年建成以來，運(yùn)行了近五十年，目前工程老化嚴(yán)重，隱患增多，閘門損壞且啟閉困難，于2005年進(jìn)行了拆除，水閘目前已不具任何擋潮、蓄淡等功能，存在海水倒灌問題，同時由于舊河道已經(jīng)封堵，水閘的行洪任務(wù)進(jìn)一步加大。

根據(jù)近年多次排查及整治情況，結(jié)合本次除險加固設(shè)計現(xiàn)場檢查與計算分析，仍存在如下問題：

(1)本水閘原公路橋承擔(dān)國道223的交通任務(wù)，現(xiàn)狀1#、4#孔梁露筋，路面開裂，其余混凝土結(jié)構(gòu)均存在碳化和開裂現(xiàn)象，局部存在鋼筋裸露、銹蝕現(xiàn)象，同時公路橋下每跨中部均架設(shè)4根直徑0.6 m鋼筒支撐架，阻水嚴(yán)重。根據(jù)其公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)論，本交通橋評定等級為四類橋梁，主要構(gòu)件有大的缺損，嚴(yán)重影響橋梁使用功能，或影響承載能力，不能保證正常使用。現(xiàn)交通運(yùn)輸部門已在位于下游側(cè)海漫段建成新公路橋，水閘上原公路橋不再承擔(dān)國道交通任務(wù)。(2)啟閉機(jī)平臺建在鋼筋混凝土拱架結(jié)構(gòu)上，平臺梁板、拱架梁、柱局部出現(xiàn)暴筋，拱肋支撐架斷裂、缺失，平臺多處出現(xiàn)縱橫長裂縫。局部弧形閘門牛腿出現(xiàn)裂縫、暴筋，牛腿受力鋼筋及閘墩局部受拉扇形鋼筋銹蝕老化嚴(yán)重。閘室兩側(cè)U型漿砌石橋臺均出現(xiàn)由于基礎(chǔ)不均勻沉降造成的裂縫，右側(cè)下游處擋墻存在2條，左側(cè)上游處擋墻存在1條，豎向貫穿整個結(jié)構(gòu)，裂縫寬約2 cm。檢測結(jié)果表明，翼墻砌體砂漿強(qiáng)度普遍偏低。(3)現(xiàn)水閘鋪蓋、閘室底板、下游消力池護(hù)坦等局部損壞，致使部分閘基土沖刷流失，出現(xiàn)了不同程度的侵蝕淘空現(xiàn)象，其閘基防滲排水已經(jīng)失效，不滿足防滲要求。同時由于曾經(jīng)在鋪蓋段建設(shè)游泳池，現(xiàn)狀仍然存在泳池殘破構(gòu)筑物，影響行洪安全。(4)根據(jù)計算結(jié)果，原水閘消力池池深及池長均大于規(guī)范要求，但在各種水位組合下水躍淹沒系數(shù)過大，遠(yuǎn)大于規(guī)范建議的1.05～1.10，淹沒度過大，消能效果不理想，易形成落地射流，對消能不利，其射流對下游的沖刷，嚴(yán)重時不亞于遠(yuǎn)離式水躍造成的沖刷，同時其海漫長僅25.00 m，不滿足計算要求的39.27 m。因此，根據(jù)計算分析，其原消能設(shè)施不合理也不滿足規(guī)范要求，結(jié)合現(xiàn)狀消力池底板、海漫及防沖槽基本已經(jīng)破損情況，認(rèn)為水閘消能存在安全隱患。(5)閘門原設(shè)計采用鋼筋混凝土弧形閘門，由于閘門損壞及啟閉困難，于2005年進(jìn)行了拆除，水閘目前已不具任何擋水、蓄淡等功能，存在海水倒灌問題;預(yù)埋件等金屬結(jié)構(gòu)銹蝕老化嚴(yán)重。根據(jù)《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標(biāo)準(zhǔn)》(SL 226—1998)[5]中2.0.4條及附錄A中的規(guī)定，中小型閘、閥、啟閉設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)折舊年限為20 a，超過規(guī)定折舊年限，經(jīng)檢測不能滿足安全運(yùn)行條件的設(shè)備應(yīng)報廢。根據(jù)現(xiàn)場檢測，結(jié)合該樞紐金屬結(jié)構(gòu)使用年限，以及日常使用情況的調(diào)查,最終判定該樞紐中金屬結(jié)構(gòu)均已報廢。(6)經(jīng)過本次計算復(fù)核，上游翼墻及下游消力池側(cè)墻頂高程不滿足行洪高度要求。(7)水閘電氣設(shè)備已全部損壞。(8)水閘僅設(shè)水位觀測，而無其他觀測設(shè)施。

2.2 加固內(nèi)容

根據(jù)水閘現(xiàn)狀情況，多個重要部位存在隱患，本次除險加固設(shè)計僅對工程建筑物加固改造及設(shè)備更換，其工程總體布置基本不變，主要加固內(nèi)容有：

(1)改建整個閘室結(jié)構(gòu)、上部工作橋啟閉機(jī)平臺結(jié)構(gòu)及檢修橋梁，并加固閘室兩側(cè)U型橋臺，根據(jù)改建閘室情況采取相應(yīng)基礎(chǔ)處理設(shè)施。(2)改建上游鋪蓋及下游防沖消能設(shè)施滿足防滲及消能要求。(3)加高加固上下游兩側(cè)擋墻滿足行洪高度要求，重建止水，并使其與改建閘室、上游鋪蓋及下游消力池護(hù)坦形成完整防滲體系。(4)增設(shè)閘門及啟閉機(jī)設(shè)備，更換全部電氣設(shè)備。(5)增設(shè)觀測設(shè)施。

3 分洪擋潮閘加固工程設(shè)計

針對水閘存在的問題，本次除險加固設(shè)計僅對工程建筑物加固改造及設(shè)備更換，其工程總體布置基本不變，主要加固內(nèi)容包括上游連接段、閘室段、下游消能段防沖，并增設(shè)觀測設(shè)施及管理設(shè)施。

3.1 上游連接段加固設(shè)計

3.1.1 加固方案

只拆除后期建設(shè)的游泳池殘留設(shè)施，保留并加固原漿砌石鋪蓋，原漿砌石鋪蓋上面增設(shè)20 cm厚C30混凝土一層及止水，并加高加固原兩側(cè)翼墻，增設(shè)上游拋石防沖槽；該方案加固后鋪蓋頂面高程為-1.43 m，同時上游設(shè)計/校核行洪水位分別為3.53 m和4.28 m。

3.1.2 上游鋪蓋加固設(shè)計

本次鋪蓋加固延長至143.00 m，從舊鋪蓋首端開始加固至改建閘室首端。拆除后期建設(shè)的游泳池殘留設(shè)施，保留并加固原漿砌石鋪蓋，原漿砌石鋪蓋上面增設(shè)20 cm厚C30鋼筋混凝土一層，鋪蓋新增混凝土層部分按原結(jié)構(gòu)縫分縫錯開，閉孔泡沫板嵌縫并設(shè)置銅片止水。本水閘具有雙向擋水和單向泄洪的特點(diǎn)，因此，內(nèi)河側(cè)鋪蓋除了防沖、防滲作用外，還需要具有排水的作用，在鋪蓋首端段43.00 m范圍內(nèi)延長設(shè)置排水孔，采用Φ5 cm的PVC排水管。鋪蓋首端根據(jù)防沖按一般的工程經(jīng)驗布置防沖槽，槽深1.20 m，底寬1.50 m，上游坡比為1∶2。

3.1.3 上游側(cè)墻加固設(shè)計

原兩側(cè)翼墻采用C30鋼筋混凝土加高至5.00 m，并于側(cè)墻迎水側(cè)增設(shè)厚30 cm鋼筋混凝土面板，新增混凝土面板在原擋墻鑿毛清洗基礎(chǔ)上采用錨筋方式與原翼墻結(jié)合。同時為了管理防護(hù)安全，側(cè)墻頂部均增設(shè)C20鋼筋混凝土防護(hù)欄桿。

3.2 閘室段加固設(shè)計

3.2.1 加固方案

完全拆除原閘室底板、中墩、上部啟閉機(jī)架及兩側(cè)橋頭堡生產(chǎn)用房，拆除邊墩墻趾，保留并加固兩側(cè)邊墩及漿砌石U型橋臺，利用加固后的橋臺及原邊墩承擔(dān)閘室段邊荷載。在原兩側(cè)舊邊墩之間新建整體式閘室、上部啟閉機(jī)房，并在兩側(cè)橋臺處建橋頭堡生產(chǎn)用房。該方案新建閘室調(diào)整閘墩寬度下可保持70.00 m總凈寬不變，僅結(jié)合上游鋪蓋加固需要提高堰頂高程至-1.43 m，同時上游設(shè)計/校核行洪水位分別為3.53 m和4.28 m，行洪水位變化不大。

3.2.2 改建閘室設(shè)計

根據(jù)閘室布置及防滲需要，閘室控制段長度為17.00 m，與原閘室一致，底板為C30混凝土厚1.50 m，底板下設(shè)C15混凝土墊層，厚10 cm，閘室底板頂部高程為-1.43 m，上下游齒墻深0.80 m。由于兩側(cè)原交通道路頂部高程為7.65 m,工作門槽中心線距擋潮側(cè)閘室外端6.37 m 處槽寬1.42 m，為了有利于整個閘室抗震，盡可能地降低啟閉層高度，采用升臥式平面鋼閘門，向下游擋潮側(cè)升臥。在閘室兩端附近各設(shè)一道檢修門槽，槽寬1.30 m，深0.35 m。閘室內(nèi)河側(cè)設(shè)C30混凝土檢修橋，結(jié)構(gòu)為梁板式，橋面凈寬設(shè)計為7.00 m，橋板總寬為7.60 m。閘室外河側(cè)設(shè)C30混凝土排架，結(jié)構(gòu)為框架型式，頂高程為12.95 m，排架側(cè)邊增設(shè)C30混凝土人行橋，橋面寬1.20 m。啟閉機(jī)層高程為9.65 m，整個啟閉機(jī)層工作橋采用C30鋼筋混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，連續(xù)梁上設(shè)置啟閉機(jī)房。

3.3 下游消能防沖段加固設(shè)計

3.3.1 加固方案

只拆除原消力池底板首端部分，同時清除原消力池內(nèi)覆蓋的淤積細(xì)砂，重新填筑中粗砂，并在其上重建C30鋼筋混凝土消力池護(hù)坦，根據(jù)水力計算結(jié)果，抬高消力池底板，縮短消力池護(hù)坦段，后接重建海漫段長40.70 m，海漫末端處拋石防沖槽。同時對原有兩邊側(cè)墻加高加固及增設(shè)止水，右岸側(cè)墻背回填工程棄渣及開挖土料。

3.3.2 加固設(shè)計

(1)消力池及海漫防沖加固設(shè)計。根據(jù)計算分析，按下游河床高程與改建堰頂高程一致的情況下改建消能設(shè)施，各種水位組合計算消力池池深最大為0.18 m，但考慮到閘室淤沙情況及一般構(gòu)造，按池深0.30 m設(shè)置。首先拆除原消力池底板首端部分，同時清除原消力池內(nèi)覆蓋的淤積細(xì)砂，重新填筑中粗砂，并在其上改建C30鋼筋混凝土消力池護(hù)坦，消力池斜坡段長1.70 m(包0.50 m 首端水平段)，坡比為1∶4，斜坡段首端凈寬為78.00 m，消力池池底高程為-1.70 m，池深0.30 m，水平段池長12.50 m，池末端坎頂高程為-1.43 m，坎頂寬0.50 m，重建消力池段總長14.70 m，末端池寬83.86 m。首端段消力池底板為厚60 cm的C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其下設(shè)置厚10 cm的C15混凝土墊層，在水平段尾部6.00 m范圍內(nèi)設(shè)置Φ5 cm的PVC排水管，間距1.50 m，梅花樁布置。

根據(jù)計算結(jié)果，池后接總長40.70 m海漫段，前段為漿砌石海漫整流水平段，長5.50 m，漿砌石厚40 cm，設(shè)置Φ5PVC排水管；水平段后接厚40 cm干砌石海漫斜坡段，其下設(shè)置15 cm厚中粗砂及15 cm厚碎石墊層，海漫干砌石段長35.20 m，設(shè)計坡比為1∶20，海漫末端總寬100.43 m，末端頂面高程-3.16 m，海漫縱向按間距15.00 m設(shè)置漿砌石格埂，橫向按間距10.00 m 設(shè)置漿砌石格埂，尺寸為40 cm×70 cm (寬×高)。

海漫末端根據(jù)防沖計算結(jié)果，按一般的工程經(jīng)驗布置防沖槽，槽深1.50 m，底部寬2.00 m，內(nèi)、外坡1.0∶1.2，并拋填塊石。

(2)下游兩側(cè)擋墻加固設(shè)計。原兩側(cè)翼墻采用C30鋼筋混凝土加高至4.60 m，改建消力池及整流段范圍原側(cè)墻于迎水側(cè)增設(shè)厚30 cm鋼筋混凝土面板，并按原排水孔位置增設(shè)延長排水管，新增混凝土面板在原擋墻鑿毛清洗基礎(chǔ)上采用錨筋方式結(jié)合。海漫段斜坡段側(cè)墻加高至4.60 m后于迎水面采用厚4 cm的M10水泥砂漿批擋進(jìn)行保護(hù)。同時下游側(cè)右岸側(cè)墻背后回填工程棄渣及開挖砂土料至高程4.30 m，防止洪水倒灌，亦可增加管理用地。為了管理防護(hù)安全，側(cè)墻頂部均增設(shè)C20鋼筋混凝土防護(hù)欄桿。

3.4 工程觀測設(shè)計

3.4.1 表面變形觀測布置

水平位移擬采用視準(zhǔn)線法進(jìn)行觀測，豎向位移采用水準(zhǔn)法進(jìn)行觀測，擬在閘室上下游邊線右側(cè)延長線各布置一個工作基點(diǎn)和一個校核工作基點(diǎn)，其在延長線上的位置視地形、地質(zhì)條件確定。本水閘水平位移、豎向位移觀測共用一個標(biāo)點(diǎn)。沿閘室上下游邊線的邊墻及閘墩頂部布置6列表面變形觀測標(biāo)點(diǎn)，以閘墩分縫為一跨，在每跨4個角點(diǎn)各布置1個位移觀測標(biāo)點(diǎn)，共12個位移觀測標(biāo)點(diǎn)。

3.4.2 滲流監(jiān)測布置

滲壓計與測壓管相比，不需要設(shè)立孔口保護(hù)裝置，易于管理，本次滲流壓力監(jiān)測擬采用埋設(shè)滲壓計的方式。本水閘滲流觀測分為繞閘滲流觀測和揚(yáng)壓力觀測。其中繞閘滲流觀測布設(shè)在岸墻填土側(cè)，沿繞滲流線兩邊墻填土側(cè)各設(shè)置3支滲壓計；閘底揚(yáng)壓力測點(diǎn)分3列布設(shè)在閘底板中部，每個斷面設(shè)5個測點(diǎn)，共21個測點(diǎn)。

3.4.3 環(huán)境量監(jiān)測

環(huán)境量監(jiān)測包括上下游水位測量和閘址氣溫。水位測量采用自記水位計在閘室上游鋪蓋及下游消力池尾端布設(shè)。閘址氣溫在閘室MCU房安設(shè)溫度計1支進(jìn)行監(jiān)測。

3.4.4 監(jiān)控主站(機(jī)房)和MCU房

考慮到水閘管理水平較低的現(xiàn)狀，采用GPRS通信方式進(jìn)行傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸。擬將閘室左側(cè)塔樓二層作為MCU房，接入監(jiān)測水閘滲流壓力的滲壓計以及氣溫計等環(huán)境量監(jiān)測儀器。監(jiān)控主站設(shè)在水閘管理房內(nèi)。

4 結(jié) 語

本文基于海南省萬寧市龍滾分洪擋潮閘工程的運(yùn)行情況與存在老化及安全隱患等實際問題，提出了相應(yīng)的加固設(shè)計方案，以滿足閘安全長效運(yùn)行的要求。對不同部位分區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，并提出了工程觀測布置與監(jiān)測方案。