六盤水玉舍供水工程大壩底孔弧形工作閘門門楣修復(fù)改造方案設(shè)計(jì)

陶光慧,楊 松

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002)

1 概 述

玉舍水庫(kù)位于六盤水市水城縣玉舍鄉(xiāng)境內(nèi)，大壩座落于珠江流域北盤江支流舍戛河上，距六盤水市中心22 km。玉舍供水工程任務(wù)是向六盤水市市中心供水，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等，由水源工程和水廠工程組成。水庫(kù)壩址以上集水面積90 km2，舍戛河多年平均流量 1.71 m3/s，主河長(zhǎng)度16.3 km，平均坡降12.5‰，流域形狀系數(shù)0.339，為典型的扇形流域。

玉舍水庫(kù)正常蓄水位1956.00 m，相應(yīng)庫(kù)容3320萬(wàn)m3，有效庫(kù)容2720萬(wàn)m3，死水位1926.70 m，死庫(kù)容600萬(wàn)m3。水庫(kù)大壩最大壩高80.40 m，年供水量3650萬(wàn)m3，供水保證率97%；輸水工程線總長(zhǎng)19.16 km，設(shè)計(jì)輸水流量1.80 m3/s，水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理水11.5萬(wàn)t，日供水10萬(wàn)t。

沖沙兼放空底孔設(shè)于大壩的右岸非溢流壩段內(nèi)，總長(zhǎng)32.23 m，其中進(jìn)口塔段6.12 m，孔身段長(zhǎng)15.31 m，出口段長(zhǎng)10.80 m。進(jìn)口底板高程為1905.00 m，進(jìn)口為喇叭型，進(jìn)口孔身為2.0 m×2.0 m的正方形斷面，出口斷面2.0 m×1.5 m。出口泄槽末端采用挑流消能，挑流鼻坎高程1905.60 m，反弧半徑10.0 m，挑角為20°。進(jìn)口設(shè)2.0 m×2.0 m的平面事故檢修閘門[1]，閘門井尺寸為6.0 m×6.1 m，頂部高程1957.40 m，其上設(shè)啟閉排架，設(shè)置一套QPG—630—55固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉事故檢修閘門。出口設(shè)2.0 m×1.5 m的弧形工作閘門，設(shè)置一套LQ—500/130帶導(dǎo)向滑槽螺桿啟閉機(jī)。2017年大壩安全鑒定發(fā)現(xiàn)出門楣鑄鋼埋件左側(cè)出現(xiàn)約10 cm的斜向裂縫，并已出現(xiàn)了垂直向下的位移，漏水量約1 L/s，大壩底孔工作弧門門楣漏水嚴(yán)重。

2 改造方案設(shè)計(jì)

2.1 大壩底孔工作弧門布置及項(xiàng)目情況

底孔設(shè)在壩身右端，進(jìn)口底板高程1905.00 m，底孔進(jìn)口為2.0 m×2.0 m方形斷面，出口斷面漸變?yōu)?.0 m×1.5 m，設(shè)置一扇工作閘門[2]，閘門孔口尺寸為2.0 m×1.5 m，設(shè)計(jì)水頭51.0 m，閘門型式為弧形鋼閘門，圓柱鉸支臂形式，支鉸高度2.5 m，工作弧門半徑3.0 m。閘門操作方式為動(dòng)水啟閉，門體重5.5 t，埋件重2.5 t。與閘門配套的啟閉機(jī)采用帶滑槽式螺桿機(jī)，型號(hào)LQ—500/130，最大啟門容量500 kN，最大閉門容量130 kN，揚(yáng)程3.5 m。啟閉機(jī)配有手搖裝置，操作方式為手動(dòng)、電動(dòng)兩用現(xiàn)門楣下垂，漏水嚴(yán)重，存在著安全隱患，急需改造,如圖1～圖2所示。

圖1 大壩底孔門楣漏水

圖2 大壩底孔門楣撕裂

2.2 改造依據(jù)

門楣修復(fù)改造依據(jù)主要有：

(1)2017年安全鑒定報(bào)告書(初稿)。

(2)業(yè)主委托對(duì)玉舍水庫(kù)大工程底孔出口弧形工作閘門門楣改造項(xiàng)目進(jìn)行勘查設(shè)計(jì)的委托書。

(3)六盤水市玉舍水庫(kù)工程大壩底孔弧形工作閘門門楣修復(fù)改造工程勘測(cè)設(shè)計(jì)合同。

(4)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

(5)原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料。

2.3 改造方案比選

止水裝置是閘門重要的組成之一。止水不嚴(yán)，會(huì)造成水庫(kù)的滲漏損失，同時(shí)高水頭下將使閘門與埋件產(chǎn)生空蝕、磨損乃至破壞。根據(jù)本閘門的結(jié)構(gòu)布置與空間尺寸，適用于本閘門改造的頂止水主要有以下幾種形式。

2.3.1 圓滾浮子式(鴨舌式)頂止水結(jié)構(gòu)

大壩底孔弧形工作閘門原門楣結(jié)構(gòu)采用的就是鴨舌式頂止水結(jié)構(gòu)(圖3)。上面一道P形止水裝設(shè)在門葉上，下面一道圓滾浮子式止水橡皮裝設(shè)在門槽的凹槽內(nèi)[3]，上游庫(kù)水壓力將止水橡皮壓緊于門葉上，此種形式的頂止水應(yīng)用較普遍，但若加工與安裝精度不良，閘門啟閉易使橡皮扭曲變形，以至撕裂損壞。若本工程依然按原來(lái)的結(jié)構(gòu)重新制造安裝一套，因結(jié)構(gòu)形式及加工安裝精度等的限制，不能保證新門楣止水效果好，且鑄鋼件加工工藝相對(duì)復(fù)雜、工期較長(zhǎng)。若將原鑄鋼件改為碳鋼焊接件，則對(duì)異形尺寸加工工藝要求較高。

圖3 圓滾浮子式頂止水結(jié)構(gòu)

2.3.2 Ω形頂止水結(jié)構(gòu)

上面一道P形止水裝設(shè)在門葉上，下面一道Ω形止水橡皮裝設(shè)在門楣結(jié)構(gòu)上，上游庫(kù)水壓力將止水橡皮壓緊于門葉上(圖4)。關(guān)閉閘門時(shí)兩道止水均起到止水作用，開(kāi)門后上面一道止水脫離接觸面，下面一道止水保持與門葉的接觸，防止縫隙射流。但Ω形水封的安裝、調(diào)整和維護(hù)比較困難，同時(shí)對(duì)門葉對(duì)應(yīng)部位改造較大[4]。

2.3.3 兩道P形頭頂止水結(jié)構(gòu)

上面一道P形頭止水裝設(shè)在門葉上，下面一道P形頭止水安裝于門楣結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，使用效果較好，采用普遍(圖5)。頂止水橡皮可依靠水壓力和預(yù)留壓縮量壓緊在面板上，達(dá)到啟閉全過(guò)程的止水作用，但該型式的止水橡皮的壓縮變形量不大，這種形式的頂止水承受水頭比較有限。本閘門設(shè)計(jì)水頭 51 m，采用此結(jié)構(gòu)型式尚能適應(yīng)，若改成此結(jié)構(gòu)形式，門葉上需要將頂止水上移到原止水擋板螺孔位置，重新設(shè)置止水擋板及增焊防射流板[5]。

2.3.4 轉(zhuǎn)鉸式頂止水結(jié)構(gòu)

上面一道P形頭壓蓋止水裝設(shè)在門葉上，轉(zhuǎn)鉸式防射止水布置在門楣頂部埋件上，借助于彈簧壓片和上游庫(kù)水壓力推動(dòng)止水元件繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)壓緊于工作弧門面板上達(dá)到止水目的，這種布置具有適應(yīng)變形能力強(qiáng)、結(jié)單簡(jiǎn)單，制造、加工、操作、運(yùn)行方便等優(yōu)點(diǎn)，能較好的滿足高水頭閘門止水要求(圖6)。但需要較大空間進(jìn)行布置，針對(duì)本閘門而言，需要加高閘門高度，同時(shí)擴(kuò)寬二期混凝土尺寸，改動(dòng)較大，難以適應(yīng)本閘門門楣修復(fù)改造要求。

圖4 Ω形頂止水結(jié)構(gòu)

圖5 兩道P形頭頂止水結(jié)構(gòu)

圖6 轉(zhuǎn)鉸式頂止水結(jié)構(gòu)

綜合比選，本次門楣改造選用兩道P形頭止水結(jié)構(gòu)的方案，修改后的閘門擋水的水壓力與原設(shè)計(jì)基本一致。

2.3.5 改造方案選定

大壩底孔弧形工作閘門門楣原結(jié)構(gòu)為鑄造件(圖7)，因壓力過(guò)大導(dǎo)致門楣斷裂，門楣脫落近10 mm,與門楣連接的一期插筋已部分拉斷，雖已復(fù)位并修補(bǔ)裂縫，但門楣鋼板與混凝土已脫空，水直接從混凝土與鋼板的縫隙中射出，漏水嚴(yán)重。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及資料收集來(lái)看，要徹底解決門楣漏水問(wèn)題，需要拆除原門楣結(jié)構(gòu)，更換新門楣結(jié)構(gòu)如圖8。

圖7 底孔工作弧門原門楣布置

先將原門楣(含二期混凝土結(jié)構(gòu))沿原一期、二期分界線全部剝離，重新設(shè)計(jì)門楣結(jié)構(gòu)形式并重新進(jìn)行門楣結(jié)構(gòu)的制做及安裝，同時(shí)將門體上的止水結(jié)構(gòu)向上移升至適當(dāng)位置，將原門楣止水形式圓滾浮子式水封改為P形頭水封，與門體上的止水共同組成兩道P形橡皮止水型式，并于門上適當(dāng)位置設(shè)置射水擋板。

2.3.6 改造具體內(nèi)容

根據(jù)工程特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)情況，本次改造主要為更換原來(lái)的門楣結(jié)構(gòu)，重新制造安裝一套門楣結(jié)構(gòu)，修改主要有以下內(nèi)容：

(1)拆除原門楣結(jié)構(gòu)，沿一期、二期分界線將原門楣二期混凝土剝離并檢查原一期插筋是否有效。

(2)根據(jù)剝露的一期插筋情況，適當(dāng)增補(bǔ)部分插筋。

(3)將側(cè)軌增寬板焊于原側(cè)軌面板與上游側(cè)門楣端部連接位置。

(4)重新制造安裝新的門楣結(jié)構(gòu)。

(5)澆筑二期混凝土并按要求養(yǎng)護(hù)。

(6)將閘門原頂止水拆除。

(7)封堵閘門原頂上第二排螺栓孔。

(8)重新固定門頂止水擋板角鋼。

(9)重新安裝門葉頂止水裝置，以螺栓孔位置定位上移至原止水擋板角鋼對(duì)應(yīng)螺栓孔位置處。

(10)于門葉面板外則加焊射水擋板。

(11)防腐處理。

(12)調(diào)試及驗(yàn)收。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前門楣改造修復(fù)工作已完成并運(yùn)行了較長(zhǎng)時(shí)間，從擋水及運(yùn)行效果來(lái)看，選用兩道P形頭止水結(jié)構(gòu)的方案，達(dá)到了修復(fù)改造的目的。在改造過(guò)程中積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可為同類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。