芻議合山水閘東閘消力池的設計及施工

摘 要：合山水閘樞紐工程位于開平市蜆岡鎮潭江主干流中上游河段，利用水閘設計規范推薦公式來計算消力池的長度和深度。為了使設計更加完善，采用水工模型試驗的方法對理論計算的消力池進行了試驗，東閘橡膠壩因報廢后改建為3孔開敞式水閘，其消能效果和出池流速分布等各項性能得到顯著提高。

關鍵詞：合山水閘；消力池；改建

1 工程概況

該閘1971年6月正式開工建設，1974年建成投入運行，1976年東閘橡膠壩報廢改建為3孔開敞式水閘。潭江流經百合、三埠、水口入新會區，由崖門水道注入南海，全長248km，流域面積6026km2。上游多高山峻嶺，坡陡水急，山林茂密，植被良好；中下游地勢平坦開闊，坡度平緩，河道較為彎曲，低水時河沿沙洲畢露。

合山水閘閘址位于潭江干流蜆岡段、蜆岡橋下游300m處，河段自北向南流經水閘。工程區地勢平坦低洼，局部有小山丘；地貌單元屬于珠江三角洲沖積平原。

合山水閘主要水工建筑物有東、西泄洪閘、船閘、電站組成。東泄洪閘共3孔，每孔凈寬15.6m，閘墩厚1.6m，閘室總凈寬46.8m。西閘泄洪閘、船閘、電站位于西河上，電站靠左岸布置，船閘靠右岸布置，中間為泄洪閘，閘墩上布置有交通橋；電站引水明渠長91.5m，渠首底寬12m，引水渠與河道之間為導水墻，明渠末端為電站；船閘閘室長73.1m，凈寬11.5m，上、下閘首凈寬8m；中間泄洪閘為4孔，每孔凈寬16.25m，中墩厚3.0m，左邊墩寬4.20m，右邊墩寬1.80m，泄洪閘閘室總凈寬65m。

2 施工內容

東泄洪閘主要除險加固內容有：拆除閘墩上部螺旋樓梯、工作橋支墩、工作橋、閘墩頂砼欄桿、砼閘門、東閘值班室、下游左岸原橡壩充水泵房。加高閘墩、重建工作橋，原閘墩和閘室底板進行抗沖磨和防碳化處理，中墩牛腿附近扇形受拉區采用碳纖維加固，邊墩牛腿附近扇形受拉區新增受拉扁鋼加固，原受拉扁鋼做防銹處理，新做弧形鋼閘門，更換閘門埋件，新建閘門底坎，重建下游消力池，新建上游兩側翼墻和砼護底，閘室兩側原橡膠壩充水泵室回填砼，下游左側水池回填，重建東閘值班室，下游左岸邊坡整治，更換閘門啟閉設備和電氣設備；閘室上游新增水泥灌漿防滲帷幕。（見圖1）

圖1 東閘下游立視圖

3 設計方案

東閘由原設計橡膠壩改建而成，現狀閘室上游為天然河床，根據地質報告，閘室上游河床基巖出露，出露基巖為強風化粉砂巖，強風化粉砂巖已強烈風化成半巖半土狀，節理裂隙發育，巖芯破碎，遇水易軟化崩解，抗沖流速約為2.5～3.5m/s。

3.1 合山水閘過流能力計算

計算成果表如表1。

表1 合山水閘過流能力計算成果

合水水閘樞紐工程現狀東閘閘底高程-1.0m，共3孔，每孔凈寬15.6m，總凈寬46.8m，30年一遇設計洪水流量1629.8m3/s，100年一遇校核洪水流量2172.9m3/s；西閘泄洪閘現狀閘底高程-1.1m，共4孔，每孔凈寬16.25m，總凈寬65m，30年一遇設計洪水流量2119.9m3/s，100年一遇校核洪水流量2799.2m3/s；合山水閘樞紐工程閘孔總凈寬111.8m，30年一遇設計洪水流量3749.7m3/s，100年一遇校核洪水流量4972.1m3/s，經閘室過流能力計算，30年一遇設計洪水期，過閘流速為4.07m/s，閘上河床抗沖能力不足，需要進行護砌。

3.2 優化方案

3.2.1 上游連接段加固。本次設計上游連接段加固長30m，考慮兩種河底護砌方案。

方案一：采C25埋石砼護底，根據上游河床地形，護底頂高程由河中向兩岸分-3.0、-2.0、-1.0m三級高程。

方案二：采用M7.5漿砌石護底，護底頂高程由河中向兩岸分-3.0、-2.0、-1.0m三級高程，護底最小厚度為0.60m。

兩種方案有差異的工程量及投資對比見表2。

表2 工程量及投資對比表

兩種方案綜合對比見表2。由表2可以看出，方案一較方案二投資大，但方案二抗沖流速相對較小，綜合比較，由于方案一施工質量有保證、整體性好、抗沖磨性能好，故選取方案一作為推薦方案。

3.2.2 閘室段加固。現狀閘室段為整體結構，長17.00m，中墩長16.8m，邊墩長17.00m，單孔凈寬15.60m，閘墩厚度1.60m，共3孔，總凈寬46.8m，閘底板厚1m，閘底板高程為-1.00m，弧門支座中心鉸高程為4.30m，牛腿高1m，寬1m，長1.60m，與水平面傾角為18.43°，牛腿頂面距中心鉸距離為0.25m?，F狀閘室由原設計橡膠壩改造而成，閘底板和閘墩均為砼結構，閘底板以下為埋石砼基礎。

先將底板混凝土表面打磨、清洗，晾干后涂刷潮濕面界面劑，待界面劑表干后直接刮涂SK手刮聚脲2mm一層，局部凹陷處可采用聚合物水泥砂漿找平，每平方米造價約532元。SK手刮聚脲為單組分聚脲。SK手刮聚脲特點是脂肪族，耐老化性能好，不變色，無毒，防滲、抗沖磨性能好，強度高、延伸率大，與基礎混凝土粘接好，耐老化，耐化學腐蝕，抗凍效果好，對混凝土裂縫及伸縮縫表面封閉時可以復合胎基布增強。

3.2.3 水閘閘門改造?，F狀水閘閘門為砼結構，運行已達30多年，弧形閘門各部位砼爆裂脫落，鋼筋銹蝕嚴重，面板存在不同程度的滲漏現象，閘門支臂均出現不規則小裂縫。

選用弧形鋼閘門，將原閘墩及底板止水埋件鑿除砼后進行更換，弧形閘門門頂高程4.50m，閘墩弧形門支鉸牛腿保留現狀。

3.2.4 閘門及啟閉機型號

啟閉機型號：QH2*25t

弧形鋼閘門：東閘：3孔，每孔凈寬15.6m，閘室總凈寬46.8m；西閘：4孔，每孔凈寬16.25m，閘室總凈寬65m

4 結束語

合山水閘東閘在消力池計算中得出的下游水深與試驗成果基本一致，但原有的橡膠壩的實際消能效較差，改建為3孔開敞式水閘，其消能效果和出池流速分布等各項性能得到顯著提高，消能效果和出池流速也有了很大的改善，此類改進設計消能措施對類似水閘工程的設計和建設有寶貴的參考價值。

參考文獻

[1]王斌.永嘉縣烏牛新閘水工模型試驗研究報告[R].水利河口研究院.

[2]SL265-2001.水閘設計規范[S].

[3]江門市合山水閘初步設計報告[R].