草子灣攔河閘工程溢流壩加固設計分析

江傳生，陳小波

(上饒市科信水利水電勘察設計咨詢有限公司，江西 上饒 334000)

1 工程概況

草子灣攔河閘位于萬年縣蘇橋鄉崗上村，橫跨萬年河。此工程興建于1978年，1979年投入運行，工程等級為Ⅲ等。草子灣攔河閘總長75 m，主要建筑物有混凝土溢流壩、放空閘、引水閘、交通橋、電站，以及左、右岸防洪堤等。

2 攔河閘存在的問題

2008年11月，上饒市水利局組織對草子灣攔河閘工程初建時存在的問題進行了論證，對工程現場進行了詳細的檢查。經現場檢查發現水閘存在的主要問題如下：

(1)混凝土溢流段。混凝土溢流壩上游鋪蓋被水流沖刷嚴重，局部被掀起沖走，溢流壩面局部混凝土有蜂窩麻面，如圖1所示，壩下基腳部分淘空。

圖1 混凝土蜂窩麻面示意圖

(2)引水閘閘墩及啟閉排架。所有閘墩和排架均存在著不同程度的表層混凝土老化問題，特別是受水流沖刷或水位變化部位出現混凝土剝落、露石、露筋情況。現場還進行了閘門開啟試驗，試驗時選擇了使用較頻繁的4#閘門。在提升過程中兩側導輪卡死，發出“吱吱”的響聲。閘門面板迎水面、水下部分均存在嚴重的銹蝕問題。

(3)放空閘。所有閘墩均存在著不同程度的表層混凝土老化問題，特別是受水流沖刷或水位變化部位混凝土剝落、露石嚴重，放空閘、引水閘閘門啟閉螺桿彎曲變形較嚴重。

(4)引水閘和放空閘閘門導輪大部分銹蝕失靈，致使閘門在開啟過程中，有晃動、噪聲大的現象，閘門止水失效，漏水嚴重；每次大洪水過后，均發現壩頂混凝土磨損厲害，骨料外露，閘上、下游兩岸護坡受洪水急流沖刷，破壞較為嚴重，或沉陷、或錯位、或淘空；交通橋多處斷裂、露筋，影響行人及車輛安全。

(5)工程無任何觀測設施。通過現場安全檢查、地質勘探、室內土工試驗、工程測量、現場檢測及水閘安全復核計算等工作，編寫安全評價報告，確定草子灣攔河閘為四類閘壩，不僅使用功能無法得到切實發揮，更是對下游地區人民的生命財產安全構成威脅，因此必須盡早對攔河閘進行除險加固。

3 攔河閘除險加固必要性與設計原則

3.1 除險加固必要性

(1)工程防洪安全需要。草子灣攔河閘運行多年，水工建筑物出現了嚴重老化的情況；閘門的啟閉機啟門力不滿足要求，啟閉機機座斷裂，無法正常運行；設計洪水位時，設計閘頂高程為53.1 m，現狀閘頂高程為53.0 m，不滿足《水閘設計規范》(SL 265—2016)要求。由此表明：草子灣攔河閘運行安全問題嚴重，必須及時采取有效的加固處理措施，防止出現垮壩失事問題。

(2)農田灌溉需要。草子灣攔河閘攔河引水灌溉蘇橋鄉800.00 hm2農田。因此,從提高保證農業生產、糧食安全角度出發，對草子灣攔河閘進行除險加固是必要的。

(3)社會穩定需要。對草子灣攔河閘壩工程進行除險加固，可有效解除洪水對下游的威脅，保證人民群眾的生命財產安全，實現社會穩定。由此，必須根據工程實際，科學制定合理的加固設計方案，規范落實設計內容，保證閘壩結構安全。

3.2 除險加固設計原則

草子灣攔河閘除險加固設計原則如下：嚴格根據工程規劃、相關文件要求展開設計，查清、解決水閘運行中存在的問題，恢復攔河閘原有作用；需保證河道行洪安全，泄洪設施運行安全可靠；需保證攔河閘結構安全可靠、投資經濟、施工便利、管理高效[1]。

4 攔河閘工程溢流壩加固設計方案

4.1 攔河閘工程溢流壩加固設計內容

針對草子灣攔河閘工程溢流壩現存的主要問題，確定加固設計的主要內容如下：溢流堰改為閘壩設計；下游消力池拆除重建設計；放空閘拆除，引水閘更換金屬結構及啟閉設備設計；交通橋拆除重建設計；上、下游導墻加固設計。

4.2 加固工程設計方案

(1)壩型選擇。草子灣攔河閘現狀采用無閘控制的溢流堰泄流，50 a一遇的校核洪水已淹沒交通橋及防洪堤。為提高攔河閘的泄洪能力，本次設計采用以下三種閘型進行比選：閘壩、閘壩加溢流壩和翻板壩。

方案一：閘壩方案。溢流閘設計為閘壩，布置在河床部位，閘底采用寬頂堰的形式，堰頂高程為46.0 m，建基面開挖高程為40.5 m，底板為C25混凝土結構。閘壩總長157.0 m，總凈寬132.6 m。閘壩設7個閘孔，每孔凈寬8.0 m，總溢流凈寬56.0 m。閘門采用平面滾輪鋼閘門，高度為4.5 m，正常蓄水位時其擋水高度為4.0 m，閘門均采用2×160 kN雙吊點卷揚式啟閉機啟閉。閘墩厚1.5 m，為C25鋼筋混凝土結構，墩頂設8.0 m寬的交通橋。

方案二：閘壩加溢流壩方案。為方便管理，將方案一中的一閘孔改為溢流壩，寬度為12.0 m。溢流壩采用WES溢流堰，堰頂高程取正常水位，即50.0 m。其余部分設計同方案一。

方案三：水力自控液壓翻板壩。翻板壩堰型采用寬頂堰，建基面、堰頂高程以及堰高分別是40.5 m、46.0 m、5.3 m。寬頂堰上設水力自控翻板門，凈擋水高度4.0 m，單扇門寬8.0 m，共7扇，總溢流凈寬56.0 m，寬頂堰與下游C25混凝土護坦相銜接。閘中墩厚1.0 m，邊墩厚1.5 m，墩體為C25鋼筋混凝土結構，墩頂設8.0 m寬的交通橋。在左岸布置3.0 m寬的放空閘，閘底高程48.0 m，保留現有8.0 m寬的引水閘[2]。

三種方案投資相差不大，具體優缺點見表1。綜合考慮，草子灣攔河閘除險加固初步設計在閘型選用時采用方案一，即閘壩方案。

(2)堰頂高程選擇。草子灣攔河閘現狀為溢流段是無閘控制的溢流壩，壩頂高程為50 m，經方案比選，本次加固擬采用閘壩方案，閘基為寬頂堰。根據上、下游河床高程，本次堰頂高程采用46 m和47 m兩種方案進行比較。

經計算，當堰頂高程取46.0 m時，交通橋橋面高程為53.5 m，比現狀高0.5 m；當堰頂高程取47.0 m時，交通橋橋面高程已達54.3 m，比現狀高1.3 m。為了與兩岸公路更好銜接，本次加固堰頂高程取46.0 m。

(3)加固設計泄洪閘堰型采用寬頂堰，建基面高程43.25 m，堰頂高程46.00 m。在寬頂堰上設7扇8.00 m×4.50 m(b×h)的平面鋼閘門，總溢流凈寬56.00 m，凈擋水高度4.00 m。工作門前設一道檢修門槽，7個溢流孔共用一扇檢修閘門，檢修閘門為平面鋼閘門，尺寸為8.00 m×4.10 m(b×h)。

表1 三種方案比較

閘中墩及邊墩厚1.50 m，上游端呈光滑的半圓形，墩體為鋼筋混凝土結構。墩頂設6.00 m寬的交通橋，橋面高程53.50 m，兩側設花崗巖欄桿。檢修平臺高程53.60 m，啟閉平臺高程60.50 m。啟閉房為磚混結構，長78.70 m，寬5.45 m[3]。

消力池采用C25鋼筋混凝土結構，池寬64.0 m，池長20.0 m，池深1.0 m，池底高程44.5 m，前半部分底板厚1.0 m，后半部分底板厚0.5 m。消力池底板每9.0 m設一分縫，縫寬20.0 mm，瀝青杉板填縫；底板后半部分設Φ50PVC排水管，梅花型布置，間距2.0 m。消力池底板采用紫銅片止水，厚1.0 mm。消力池后設6.0 m長的漿砌石護坦，護坦厚0.6 m。

在攔河閘上游河床設C25混凝土鋪蓋，長18.5 m，寬77.5 m，厚0.4 m，下設0.15 m厚的C15混凝土墊層。混凝土鋪蓋在順水流方向每9.5 m設1道伸縮縫，中部設1道橫向伸縮縫。

5 結 語

草子灣攔河閘工程，通過安全鑒定，明確了閘壩運行存在的問題，并展開了針對性的加固設計，將溢流堰改為閘壩設計、下游消力池拆除重建設計等，切實保證了工程防洪安全與運行效益。