大藤峽水利樞紐南木副壩取水口攔污柵設(shè)計(jì)

魯詩刊

（廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 工程概況

大藤峽水利樞紐工程是一座防洪、航運(yùn)、發(fā)電、補(bǔ)水壓咸、灌溉等綜合利用的流域性關(guān)鍵工程。大藤峽灌區(qū)工程是大藤峽水利樞紐工程的配套工程，工程任務(wù)以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧城鄉(xiāng)供水，并為區(qū)域鄉(xiāng)村振興創(chuàng)造條件。灌區(qū)中潯江北岸區(qū)的金田灌片、羅旺灌片，主體工程利用已建的大藤峽水利樞紐南木副壩取水口從大藤峽水庫自流取水后通過新建南木補(bǔ)水干管補(bǔ)水。

南木副壩取水口按無壓輸水方式設(shè)計(jì)，灌溉運(yùn)行設(shè)計(jì)水位為47.76 m，設(shè)計(jì)過流能力8.8 m3/s。灌溉取水口設(shè)1扇平面定輪事故閘門和1扇弧形工作閘門，孔口尺寸分別為4.2 m×3.0 m、4.2 m×2.0 m，工作閘門后接消力池及明渠段（長45.7 m），明渠渠底高程45.86 m，孔口尺寸4.2 m×5.0 m。灌溉取水口事故閘門與2#魚道口事故閘門和生態(tài)泄水口事故閘門共用1臺2×250 kN單向門機(jī)通過抓梁操作，工作閘門采用1 臺QHSY-400/200 kN 液壓啟閉機(jī)操作。

為了更好利用水頭，本次灌區(qū)設(shè)計(jì)將灌溉運(yùn)行設(shè)計(jì)取水水位由47.76 m 調(diào)整為53.76 m，灌溉取水設(shè)計(jì)流量為5.5 m3/s。已建南木副壩取水口按無壓輸水接明渠的方式，取水口未設(shè)有攔污柵，而本次南木干管設(shè)計(jì)為有壓管道輸水的方式，并在下游配置流量調(diào)節(jié)閥控制流量。為了流量調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行安全，在取水口增設(shè)1道攔污柵，保留已建事故閘門門槽，廢棄原弧形工作閘門及啟閉機(jī)。

2 攔污柵及柵槽結(jié)構(gòu)型式比選

2.1 攔污柵型式比選

（1）方案一：固定式攔污柵。不設(shè)柵槽埋件，通過錨栓將攔污柵固定于取水口混凝土邊墩。本方案工程投資較省，但攔污柵固定于取水口，無法提柵清污和檢修，壩前常水位為61.16 m（檢修水位較高），后期清污和檢修需人工潛水作業(yè)，維護(hù)成本較高，且存在安全風(fēng)險。另外，攔污柵需水下安裝，攔污柵的尺寸較大，重量約為8.8 t，水下安裝施工難度大，安裝精度無法保證。

（2）方案二：活動式攔污柵。設(shè)置柵槽埋件，攔污柵柵葉通過臨時啟吊設(shè)備進(jìn)行吊裝。本方案較方案一工程投資大，但攔污柵可通過啟閉設(shè)備提柵人工清污，后期攔污柵檢修維護(hù)成本較低，且操作安全風(fēng)險較小。

考慮到攔污柵后期運(yùn)行維護(hù)便利性，攔污柵采用活動式。

2.2 柵槽型式比選

（1）方案一：混凝土柵槽。在取水口設(shè)混凝土柵槽，柵槽埋件二期安裝，為保證柵槽埋件安裝和混凝土澆筑的精度，需設(shè)施工圍堰。由于大藤峽南木副壩已投入運(yùn)行，并進(jìn)行一期蓄水，本方案施工圍堰投資較大。而且，增設(shè)的混凝土柵槽總厚度2 m，對灌溉取水口過流流態(tài)和左側(cè)2#魚道運(yùn)行的影響還需進(jìn)一步論證。

（2）方案二：反鉤式柵槽。不設(shè)柵槽，在攔污柵上設(shè)置反鉤，埋件上設(shè)置較小而不影響流態(tài)的反鉤槽，攔污柵反鉤在導(dǎo)軌內(nèi)上下滑動，利用導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向；底部設(shè)混凝土基礎(chǔ)，用于支撐攔污柵。單根反鉤導(dǎo)槽自重約0.68 t，人工水下安裝固定。本方案對混凝土基礎(chǔ)澆筑精度要求不高，可采用船舶運(yùn)輸及泵送水下混凝土進(jìn)行施工，故無需設(shè)施工圍堰。本方案較方案一工程投資省，對灌溉取水口流態(tài)和2#魚道運(yùn)行的影響較小。

考慮工程投資省，工程影響小，攔污柵柵槽型式采用反鉤式。

3 取水口攔污柵設(shè)計(jì)

3.1 總體布置

取水口設(shè)攔污柵1 孔1 扇，孔口尺寸5.4 m×4.8 m（寬×高），底高程45.23 m。攔污柵為直立平面滑動鋼柵，設(shè)計(jì)水頭為3 m，攔污柵總高度5.2 m，沿高度方向分成2節(jié)。柵槽埋件采用反鉤式。攔污柵通過臨時啟閉設(shè)備操作，人工提柵清污。攔污柵柵葉重約8.8 t，柵槽埋件重約1.79 t。

3.2 攔污柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

攔污柵為焊接結(jié)構(gòu)，柵葉及埋件材料采用Q235B。攔污柵直立活動式布置，為了便于制造和運(yùn)輸，沿高度方向分2節(jié)，每節(jié)高度均為2.6 m，節(jié)間通過軸板連接。攔污柵由柵條、框架組成，柵條截面尺寸為10 mm×80 mm，根據(jù)流量調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行要求，柵條中心距取50 mm，框架采用工字型雙主橫梁、邊梁焊接結(jié)構(gòu)。攔污柵主支承采用鋼滑塊，側(cè)向和反向支承采用角鋼，規(guī)格為63 mm×40 mm×7 mm。

攔污柵埋件采用反鉤式，導(dǎo)槽截面為焊接槽鋼，通過M20-300 后擴(kuò)底錨栓與取水口混凝土連接。底軌為I20 a工字和鋼板的焊接件，側(cè)面通過膨脹螺栓與取水口混凝土臨時固定后再澆筑底板混凝土。攔污柵與導(dǎo)槽安裝示意圖見圖1。

圖1 攔污柵與導(dǎo)槽安裝示意圖

3.3 攔污柵主要構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算

攔污柵采用平面體系假定進(jìn)行分析，主梁按受均布荷載的簡支梁設(shè)計(jì)，柵條按雙懸臂單跨梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，其它零部件按《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 74-2019）有關(guān)規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算。攔污柵主要計(jì)算成果見表1。

表1 攔污柵主要受力構(gòu)件計(jì)算成果

3.4 攔污柵啟閉設(shè)備

攔污柵的操作方式為靜水啟閉，整扇起吊，單吊點(diǎn)操作。按啟柵時附著1 kN/m2的污物重量，計(jì)算得啟柵力為127.9 kN。柵葉采用船舶運(yùn)輸及船上吊裝的方式進(jìn)行安裝，清污方式通過清污船吊裝人工清污。

3.5 防腐設(shè)計(jì)

攔污柵柵葉和埋件采用噴鋅和涂料的復(fù)合保護(hù)系統(tǒng)，噴砂除銹表面清潔度達(dá)Sa2.5，表面粗糙度值Ry 為60～100 μm，先噴涂鋅層厚0.15 mm，用0.08 mm環(huán)氧富鋅底漆封閉，然后用厚0.08 mm環(huán)氧云鐵中間漆，最后噴0.15 mm氯化橡膠漆作為面漆。

4 結(jié)語

本工程為已建大壩取水口增設(shè)攔污柵，施工條件受限。采用反鉤式柵槽，節(jié)省了施工圍堰投資，減輕了埋件安裝重量，降低了水下安裝難度，對取水口水工結(jié)構(gòu)和流態(tài)影響較小。反鉤式攔污柵方案為本次設(shè)計(jì)的推薦方案，后期實(shí)施過程中，由于南木副壩權(quán)屬人對柵槽安裝是否影響進(jìn)水口結(jié)構(gòu)安全存在顧慮，故該方案對進(jìn)水口結(jié)構(gòu)的影響還需進(jìn)一步論證。