安徽省臨淮崗洪水控制工程張集閘除險加固工程方案探討

湯黎明

（安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局 霍邱 237484）

安徽省臨淮崗洪水控制工程張集閘除險加固工程方案探討

湯黎明

（安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局 霍邱 237484）

臨淮崗工程張集閘工程于1976年8月開工建設(shè)，1977年5月投入運行；2003～2006年進(jìn)行了維修加固，并作為臨淮崗洪水控制工程的組成部分，其工程由原來的Ⅲ等提高到Ⅰ等、建筑物級別由3級提高到1級。本文簡要闡述張集閘存在問題、加固初步方案及建成后的工程效益分析。

臨淮崗工程 張集閘 除險加固 方案探討

1 工程概況

張集閘位于安徽省阜南縣焦陂鎮(zhèn)潤河與陶孜河引河段上、臨淮崗洪水控制工程北副壩末端。張集閘為中型水閘，設(shè)計排澇面積為410km2，5年一遇排澇流量236.2m3/s，具有防洪、排澇、蓄水、灌溉、交通等功能。當(dāng)潤河劉莊閘排澇能力不足時，開啟張集閘共同排澇；若淮河水位較高，對內(nèi)河產(chǎn)生頂托時，關(guān)閉張集閘進(jìn)行防洪；正常情況下關(guān)閉閘門蓄水，抬高水位，發(fā)展灌溉。

2 存在問題

目前該閘存在的主要問題：（1）大部分啟閉機(jī)底腳螺栓被頂起，5#、6#孔大梁被頂起，基座和機(jī)臺混凝土隆起，機(jī)房內(nèi)混凝土地坪裂縫縱橫交錯，閘門不能關(guān)閉到底；3#、6#、8#啟閉機(jī)機(jī)座傾斜；（2）二次導(dǎo)向裝置固定螺栓被拉開、螺桿彎曲、變形嚴(yán)重；（3）運行時啟閉機(jī)和機(jī)臺抖動劇烈；（4）受二次導(dǎo)向裝置限制，汛期開啟度不能滿足要求（最大開啟度只有3m），需拆除后才能達(dá)到控泄開度；（5）啟閉機(jī)房及管理房屋頂、窗漏雨，墻面浸水；（6）交通橋橋面、欄桿局部損壞，與副壩連接段壩頂路面損毀。

3 水力、結(jié)構(gòu)計算

張集閘共8孔，每孔凈寬4.0m，選用鋼閘門。閘室順?biāo)飨蜷L12.0m；閘底板為1.2m厚漿砌石結(jié)構(gòu)，底高程22.20m；閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，寬1.0m。閘室后陡坡段坡比1∶4，水平方向長4.0m。

3.1過流能力計算

張集閘設(shè)計水位：上游27.85m，下游27.65m，設(shè)計過閘流量236.2m3/s。

根據(jù)堰頂?shù)男螤詈秃穸龋涸O(shè)計工況δ=12m，H=5.65m，δ/H=2.12，為實用堰流，e=5.0m，e/H=0.88>0.65，為堰流；孔流與堰流分界線為e=3.67m。

由于胸墻底高程低于下游設(shè)計水位，設(shè)計工況過流能力按實用高淹沒度堰流公式計算。

現(xiàn)對加固后的水閘設(shè)計工況過流能力按堰流進(jìn)行驗算，采用《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）附錄A公式計算：。計算得：閘上水位27.85m，閘下水位27.65m，計算流量337.17 m3/s，原設(shè)計流量236.2m3/s。

3.2消能防沖計算

張集閘消力池為閘室后陡坡段末端接消力池，為USBRⅢ型消力池，底高程21.20m，長17.0m，鋼筋混凝土底板厚0.5m。消力池后漿砌石護(hù)坦長8.0m，厚0.4m；干砌石海漫長17.0m，厚0.4m；后接拋石防沖槽底高程20.0m。

3.2.1消力池計算

按《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）附錄B，計算所需的消力池深度、長度和底板厚度，見表1。

現(xiàn)對加固后的水閘設(shè)計工況消能防沖按孔流進(jìn)行驗算，采用《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）附錄A公式計算，結(jié)果見表2。

表1 不同工況下流量與下游水位關(guān)系表

表2 平面閘門垂直收縮系數(shù)

根據(jù)不同的流量計算得出，坎高為0.28m，實際坎高為0.3m，滿足坎高要求。消力池深d的計算：

消力池底板厚度根據(jù)抗沖和抗浮要求，分別下式計算，取兩者的最大值：

經(jīng)計算，消力池抗沖底板厚度取0.70m。在現(xiàn)有運用條件下，消力池所需池長為15.89m，底板厚度為0.70m，消力池深度為1.3m。

此次設(shè)計消力池池長為16.00m，底板厚度為0.70m；深度1.3m，均滿足要求。

3.2.2海漫長度計算

經(jīng)計算，海漫長度為24.50m。

此次設(shè)計漿砌石海漫長8.00m，厚0.40m；干砌石海漫長17.00m，厚0.40m，總長25.00m，滿足要求。

3.2.3河床沖刷深度計算

按《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265－2001）附錄B，海漫末端的河床沖刷深度可按下式計算：

經(jīng)計算，在現(xiàn)有運用條件下，海漫末端河床沖刷深度計算值為5.06m，如按此河床沖刷計算深度設(shè)計下游防沖槽，既不經(jīng)濟(jì)，施工也很困難。參照已建水閘工程的實踐經(jīng)驗，下游防沖槽深度一般為1.5～2.5m，此次除險加固工程維持原有防沖槽深度不變，為2.2m。

3.3抗?jié)B穩(wěn)定性、閘室抗滑穩(wěn)定計算、閘室基地應(yīng)力計算、閘室抗浮穩(wěn)定計算

上述計算均能滿足規(guī)范要求。

3.4建筑設(shè)計

張集閘全長40.5m，共8孔，每孔凈寬4.0m；在啟閉機(jī)房的建筑外觀設(shè)計上，結(jié)合業(yè)主要求和現(xiàn)場周邊環(huán)境，在滿足水工功能要求和經(jīng)濟(jì)適用的前提下對機(jī)房的屋面高程進(jìn)行局部的變化，以形成豐富的立面效果，在機(jī)房立面設(shè)置GRC成品線條，采用平行桁架裝飾旋轉(zhuǎn)樓梯，在墻體使用豐富的色彩加強(qiáng)視覺沖擊力，使泄水閘與周邊景觀相適應(yīng)；在啟閉機(jī)房的結(jié)構(gòu)形式上，啟閉機(jī)房上部結(jié)構(gòu)為新建磚混機(jī)房，下部結(jié)構(gòu)仍采用原水閘排架柱；整個泄水閘建筑外觀和結(jié)構(gòu)形式力求充分體現(xiàn)現(xiàn)代化、景觀性水利的要求。

表3 敏感性分析表（is=8%）

3.5金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

張集閘金屬結(jié)構(gòu)布置主要有8扇潛孔式工作門，配8 臺QP-250kN卷揚式啟閉機(jī)進(jìn)行操作；工作門前面設(shè)浮箱式疊梁檢修門1扇，8孔共用，臨時啟吊。

4工程效益分析

4.1防洪效益

由于張集閘等建筑物帶病運行，給汛期防洪及堤防安全造成極大壓力，使得實際防洪標(biāo)準(zhǔn)無法達(dá)到設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)，夏季暴雨經(jīng)常造成上下游多處渠段出現(xiàn)險工險段、漫水等現(xiàn)象，大面積農(nóng)田和渠堤受損。根據(jù)調(diào)查資料統(tǒng)計，過去30年間由于汛期不同程度的險情給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)等造成的經(jīng)濟(jì)損失約為4000萬元。分?jǐn)傊?0年運行期內(nèi)，則每年的防洪效益為4000÷30=133.33萬元。

4.2節(jié)水效益

經(jīng)實地調(diào)查，由于閘門老化損壞嚴(yán)重，調(diào)度不暢，水量浪費現(xiàn)象十分嚴(yán)重，工程實施后可以提高渠系水的利用系數(shù)，預(yù)計每年可以節(jié)約灌溉用水200萬m3，渠系水利用系數(shù)按0.45考慮，則可利用水量為90萬m3，灌水效益為1.303kg/m3，糧食價格按2.1元/kg計，增產(chǎn)效益246.27萬元，考慮水利分?jǐn)偤螅瑒t節(jié)水效益為246.27×0.332=81.76萬元。

該工程產(chǎn)生的年經(jīng)濟(jì)效益合計為251.09萬元，工程實施后動態(tài)投資回收期Pt=11.4年。

4.3國民經(jīng)濟(jì)評價

經(jīng)過國民經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)計算，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率EIRR=14.2%，大于社會折現(xiàn)率8%，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值ENPV=763萬元＞0，經(jīng)濟(jì)效益費用比RBC=1.52＞1，各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均能滿足《規(guī)范》要求。

從表3中可以看出，當(dāng)投資增加15%或效益減少15%時，該工程經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值、經(jīng)濟(jì)效益費用比均能滿足要求，具有較強(qiáng)的抗風(fēng)險能力。

5 結(jié)語

安徽省臨淮崗洪水控制工程張集閘除險加固工程靜態(tài)總投資1398.26萬元，該項目的實施可以在防洪及節(jié)水上每年產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益215.09萬元，12年可收回投資。工程的實施對于保證臨淮崗洪水控制工程乃至淮河大堤堤防的安全運行，保障灌區(qū)灌溉效益的正常發(fā)揮，保證當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義。有利于流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，并能促進(jìn)工程管理走向良性循環(huán)■