小清河金橋閘除險加固工程設計方案比選

馬新利

（濱州市水利資源開發建設中心，山東 濱州 256600）

金橋閘位于山東省濱州市小清河干流設計樁號160+025 處，下游距小清河老預備河口300 m，現狀閘室與小清河復航工程閘室下閘首平行布置，上游距小清河復航工程金家橋船閘工作橋約200 m。本次除險加固的主要任務是通過對金橋閘拆除改建，消除安全隱患，正常發揮蓄水灌溉、航運、改善生態環境等綜合效益。金橋閘設計洪水標準取50 年一遇。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017）5.3.1 條規定，攔河閘建筑物為2 級，本水閘校核洪水標準取100 年一遇，消能防沖設計標準為50 年一遇。

1 金橋閘設計方案

1.1 攔河建筑物型式

攔河建筑物具有攔截水流、壅高水位、調蓄水量等作用。常用的攔河建筑物有滾水壩、翻板閘、鋼壩閘、橡膠壩、液壓壩等[1]，目前較為成熟的型式主要有提升閘、橡膠壩、重力式溢流堰，現對此三個類型進行比選。

小清河濱州段為平原河道，現狀河道比較緩，洪水消退慢，河道肩負防洪、排澇、航運、灌溉、引水等多重任務，攔蓄、泄洪等控制運用要求高，本工程修建重力式溢流堰存在壅高水面、增加攔水建筑物長度等不利影響，因此本次除險加固工程不考慮重力式溢流堰。

橡膠壩擋水高度低，一般不大于5 m，本工程擋水高度約為7 m，如改建為橡膠壩，需在橡膠壩下部設底坎，坎頂高程2 m，坎高2 m。根據過流計算，橡膠壩長度為87 m；根據小清河復航工程，金家橋船閘及金家橋翻水泵站工程布置，從翻水泵站邊緣至現狀左側河底僅有67 m，如建設橡膠壩，河道需向左側挖20 m 左右，需增加永久用地。此外，橡膠壩無法控制上游水位，不利于河道雨洪資源利用，且不利于船閘配合使用。其次，橡膠壩運行維護成本高，5 年左右需更換一次壩袋，工程運行管理費高，控制不靈活。

綜上所述，重力式溢流堰、橡膠壩均不適用于本工程，另外在小清河這種集防洪、除澇、航運、灌溉綜合運用的河道上，沿線攔河建筑物均為提升閘，提升閘是最適用于本次金橋閘除險加固工程的建筑物型式。

1.2 攔河閘底板頂高程

1）閘孔規模方案。根據攔河閘現狀地形及小清河復航開挖后河底高程情況，經過流計算，擬定兩種底板頂高程0.0 m 與-0.95 m。金橋閘為平底閘，hs/H0＞0.9，處于高淹沒度，閘孔寬度采用《水閘設計規范》（SL265-2016）中公式：

經計算，得相關參數見表1。

表1 閘孔規模相關參數表

2）經濟技術指標對比。兩方案上下游連接段型式一致，僅寬度不同，兩方案工程量見表2。

表2 工程量對比表

3）方案比選。方案一底板頂高程采取0.00 m，投資為2 465.76 萬元，優點在于相同上下游水頭差時，過流能力較大，行洪時上游水位可降低2 cm，工程控制運用更靈活，閘門重量輕，啟門力小，閘墩、機架高度低，開挖量少。缺點在于工程量大，投資高，啟閉機臺數多，運行維護費用高。

方案二底板頂高程采取-0.95 m，投資為2 044.99 萬元，優點在于閘孔少，管理方便，運行維護費用較方案一可節省很多；工程量少，投資較方案一省420 萬元。缺點為閘門擋水高度高，閘墩排架高度高，過流能力較小。方案二閘門擋水高度為7.95 m，較方案一高0.95 m，排架機架橋高度均高。考慮到小清河復航工程布置影響，方案一閘室總寬度大，金家橋船閘工程布置受限，方案二閘室總寬度小，便于布置，且投資可節省約20%，運行維護費用可節省約28%，經比選，選定方案二，閘室底板頂高程采用-0.95 m。

4）校核洪水及排澇工況過流能力復核。計算采用《水閘設計規范》（SL265-2016）中上述兩個公式，閘孔總凈寬為60 m，復核金橋閘過校核洪水、五年一遇澇水情況下水頭差，見表3。

由表3 可知：方案二，閘孔總凈寬60.0 m，過100 年一遇校核洪水時，水閘水頭差0.2 m；過5年一遇澇水時，過閘水頭差0.04 m，過流能力滿足要求。

表3 金橋閘過閘水頭計算表

1.3 閘室底板結構方案

本工程閘基位于Ⅲ-③層黃褐色砂壤土中，該土層處于松軟可塑狀態，為松軟地基土，強度低，地基承載力特征值為90 kPa，工程地質條件較差，地基土普遍具有中高壓縮性，產生不均勻沉降的可能性較大。大底板整體式結構剛度大，適應變形能力強，閘室產生不均勻沉降的概率低，因此，優先采用分聯式整體底板結構。

1.4 閘門型式

金橋閘為大型河道攔河建筑物，攔河閘擋水高度7.95 m，閘門孔口尺寸較大，過閘水流流量大，考慮宣泄超標準洪水可能，閘室采用開敞式，閘門采用露頂式，根據工程運行管理需要，擬定弧形閘門和平面直升式鋼閘門方案進行比選。

弧形閘門閘室順水流方向尺寸大于平面直升門，平面直升門更適用與小清河復航工程的布置，平面直升門可節省12.34%的投資，因此，最優方案為平面直升門。

2 結論

金橋閘除險加固工程是小清河干流重要節制性樞紐工程，為保證金橋閘除險加固工程的工程效益達到最大化，確定底板頂高程采用-0.95 m的分聯式整體底板平板鋼閘門提升閘，使之更好地提高小清河干流河段攔蓄水功能，為兩岸提供有效水源，更使得小清河綜合效益得到充分發揮。