龍滾分洪擋潮閘加固設計分析

王壯海

(海南省水利水電勘測設計研究院，海南 海口 570100)

1 工程概況

海南省萬寧市龍滾分洪擋潮閘防洪工程,保護下游9個村莊、耕地1253.33 hm2，保護人口約1650余人，蓄淡提灌約166.67 hm2，為當地社會經濟持續(xù)發(fā)展提供保障。原河道出現(xiàn)堵塞情況，阻斷加坦水庫的洪水下泄，使加坦水庫下泄的洪水全部從分洪渠入海，行洪任務進一步加大。目前工程老化程度日趨加劇，隱患明顯增多，特別是閘門損壞及啟閉困難，水閘已不具任何擋潮、蓄淡等功能，且存在海水倒灌問題，常常使上游兩側河岸較低地帶經濟作物遭受極大損失，同時由于無法蓄淡，下游大片耕地的灌溉亦得不到有效保障。由于海水倒灌及無法蓄淡灌溉問題，2005年至今，在大潮期間導致經濟作物遭受極大的損失，經統(tǒng)計，年均損失約400萬元，其中2005年 受淹耕地面積約28.00 hm2，灌溉影響面積約100.00 hm2，損失財產約450萬元；2010年受淹耕地面積約33.33 hm2，灌溉影響面積約123.33 hm2，損失財產約640萬元。結合本工程實際，并參考類似工程運行與加固案例經驗[1-4]，對龍滾分洪擋潮閘進行加固設計是必要且緊迫的。

2 主要問題與加固內容

2.1 主要問題

龍滾分洪擋潮閘自1976年建成以來，運行了近五十年，目前工程老化嚴重，隱患增多，閘門損壞且啟閉困難，于2005年進行了拆除，水閘目前已不具任何擋潮、蓄淡等功能，存在海水倒灌問題，同時由于舊河道已經封堵，水閘的行洪任務進一步加大。

根據近年多次排查及整治情況，結合本次除險加固設計現(xiàn)場檢查與計算分析，仍存在如下問題：

(1)本水閘原公路橋承擔國道223的交通任務，現(xiàn)狀1#、4#孔梁露筋，路面開裂，其余混凝土結構均存在碳化和開裂現(xiàn)象，局部存在鋼筋裸露、銹蝕現(xiàn)象，同時公路橋下每跨中部均架設4根直徑0.6 m鋼筒支撐架，阻水嚴重。根據其公路橋梁技術狀況評定標準及結論，本交通橋評定等級為四類橋梁，主要構件有大的缺損，嚴重影響橋梁使用功能，或影響承載能力，不能保證正常使用。現(xiàn)交通運輸部門已在位于下游側海漫段建成新公路橋，水閘上原公路橋不再承擔國道交通任務。(2)啟閉機平臺建在鋼筋混凝土拱架結構上，平臺梁板、拱架梁、柱局部出現(xiàn)暴筋，拱肋支撐架斷裂、缺失，平臺多處出現(xiàn)縱橫長裂縫。局部弧形閘門牛腿出現(xiàn)裂縫、暴筋，牛腿受力鋼筋及閘墩局部受拉扇形鋼筋銹蝕老化嚴重。閘室兩側U型漿砌石橋臺均出現(xiàn)由于基礎不均勻沉降造成的裂縫，右側下游處擋墻存在2條，左側上游處擋墻存在1條，豎向貫穿整個結構，裂縫寬約2 cm。檢測結果表明，翼墻砌體砂漿強度普遍偏低。(3)現(xiàn)水閘鋪蓋、閘室底板、下游消力池護坦等局部損壞，致使部分閘基土沖刷流失，出現(xiàn)了不同程度的侵蝕淘空現(xiàn)象，其閘基防滲排水已經失效，不滿足防滲要求。同時由于曾經在鋪蓋段建設游泳池，現(xiàn)狀仍然存在泳池殘破構筑物，影響行洪安全。(4)根據計算結果，原水閘消力池池深及池長均大于規(guī)范要求，但在各種水位組合下水躍淹沒系數過大，遠大于規(guī)范建議的1.05～1.10，淹沒度過大，消能效果不理想，易形成落地射流，對消能不利，其射流對下游的沖刷，嚴重時不亞于遠離式水躍造成的沖刷，同時其海漫長僅25.00 m，不滿足計算要求的39.27 m。因此，根據計算分析，其原消能設施不合理也不滿足規(guī)范要求，結合現(xiàn)狀消力池底板、海漫及防沖槽基本已經破損情況，認為水閘消能存在安全隱患。(5)閘門原設計采用鋼筋混凝土弧形閘門，由于閘門損壞及啟閉困難，于2005年進行了拆除，水閘目前已不具任何擋水、蓄淡等功能，存在海水倒灌問題;預埋件等金屬結構銹蝕老化嚴重。根據《水利水電工程金屬結構報廢標準》(SL 226—1998)[5]中2.0.4條及附錄A中的規(guī)定，中小型閘、閥、啟閉設備金屬結構折舊年限為20 a，超過規(guī)定折舊年限，經檢測不能滿足安全運行條件的設備應報廢。根據現(xiàn)場檢測，結合該樞紐金屬結構使用年限，以及日常使用情況的調查,最終判定該樞紐中金屬結構均已報廢。(6)經過本次計算復核，上游翼墻及下游消力池側墻頂高程不滿足行洪高度要求。(7)水閘電氣設備已全部損壞。(8)水閘僅設水位觀測，而無其他觀測設施。

2.2 加固內容

根據水閘現(xiàn)狀情況，多個重要部位存在隱患，本次除險加固設計僅對工程建筑物加固改造及設備更換，其工程總體布置基本不變，主要加固內容有：

(1)改建整個閘室結構、上部工作橋啟閉機平臺結構及檢修橋梁，并加固閘室兩側U型橋臺，根據改建閘室情況采取相應基礎處理設施。(2)改建上游鋪蓋及下游防沖消能設施滿足防滲及消能要求。(3)加高加固上下游兩側擋墻滿足行洪高度要求，重建止水，并使其與改建閘室、上游鋪蓋及下游消力池護坦形成完整防滲體系。(4)增設閘門及啟閉機設備，更換全部電氣設備。(5)增設觀測設施。

3 分洪擋潮閘加固工程設計

針對水閘存在的問題，本次除險加固設計僅對工程建筑物加固改造及設備更換，其工程總體布置基本不變，主要加固內容包括上游連接段、閘室段、下游消能段防沖，并增設觀測設施及管理設施。

3.1 上游連接段加固設計

3.1.1 加固方案

只拆除后期建設的游泳池殘留設施，保留并加固原漿砌石鋪蓋，原漿砌石鋪蓋上面增設20 cm厚C30混凝土一層及止水，并加高加固原兩側翼墻，增設上游拋石防沖槽；該方案加固后鋪蓋頂面高程為-1.43 m，同時上游設計/校核行洪水位分別為3.53 m和4.28 m。

3.1.2 上游鋪蓋加固設計

本次鋪蓋加固延長至143.00 m，從舊鋪蓋首端開始加固至改建閘室首端。拆除后期建設的游泳池殘留設施，保留并加固原漿砌石鋪蓋，原漿砌石鋪蓋上面增設20 cm厚C30鋼筋混凝土一層，鋪蓋新增混凝土層部分按原結構縫分縫錯開，閉孔泡沫板嵌縫并設置銅片止水。本水閘具有雙向擋水和單向泄洪的特點，因此，內河側鋪蓋除了防沖、防滲作用外，還需要具有排水的作用，在鋪蓋首端段43.00 m范圍內延長設置排水孔，采用Φ5 cm的PVC排水管。鋪蓋首端根據防沖按一般的工程經驗布置防沖槽，槽深1.20 m，底寬1.50 m，上游坡比為1∶2。

3.1.3 上游側墻加固設計

原兩側翼墻采用C30鋼筋混凝土加高至5.00 m，并于側墻迎水側增設厚30 cm鋼筋混凝土面板，新增混凝土面板在原擋墻鑿毛清洗基礎上采用錨筋方式與原翼墻結合。同時為了管理防護安全，側墻頂部均增設C20鋼筋混凝土防護欄桿。

3.2 閘室段加固設計

3.2.1 加固方案

完全拆除原閘室底板、中墩、上部啟閉機架及兩側橋頭堡生產用房，拆除邊墩墻趾，保留并加固兩側邊墩及漿砌石U型橋臺，利用加固后的橋臺及原邊墩承擔閘室段邊荷載。在原兩側舊邊墩之間新建整體式閘室、上部啟閉機房，并在兩側橋臺處建橋頭堡生產用房。該方案新建閘室調整閘墩寬度下可保持70.00 m總凈寬不變，僅結合上游鋪蓋加固需要提高堰頂高程至-1.43 m，同時上游設計/校核行洪水位分別為3.53 m和4.28 m，行洪水位變化不大。

3.2.2 改建閘室設計

根據閘室布置及防滲需要，閘室控制段長度為17.00 m，與原閘室一致，底板為C30混凝土厚1.50 m，底板下設C15混凝土墊層，厚10 cm，閘室底板頂部高程為-1.43 m，上下游齒墻深0.80 m。由于兩側原交通道路頂部高程為7.65 m,工作門槽中心線距擋潮側閘室外端6.37 m 處槽寬1.42 m，為了有利于整個閘室抗震，盡可能地降低啟閉層高度，采用升臥式平面鋼閘門，向下游擋潮側升臥。在閘室兩端附近各設一道檢修門槽，槽寬1.30 m，深0.35 m。閘室內河側設C30混凝土檢修橋，結構為梁板式，橋面凈寬設計為7.00 m，橋板總寬為7.60 m。閘室外河側設C30混凝土排架，結構為框架型式，頂高程為12.95 m，排架側邊增設C30混凝土人行橋，橋面寬1.20 m。啟閉機層高程為9.65 m，整個啟閉機層工作橋采用C30鋼筋混凝土連續(xù)梁結構，連續(xù)梁上設置啟閉機房。

3.3 下游消能防沖段加固設計

3.3.1 加固方案

只拆除原消力池底板首端部分，同時清除原消力池內覆蓋的淤積細砂，重新填筑中粗砂，并在其上重建C30鋼筋混凝土消力池護坦，根據水力計算結果，抬高消力池底板，縮短消力池護坦段，后接重建海漫段長40.70 m，海漫末端處拋石防沖槽。同時對原有兩邊側墻加高加固及增設止水，右岸側墻背回填工程棄渣及開挖土料。

3.3.2 加固設計

(1)消力池及海漫防沖加固設計。根據計算分析，按下游河床高程與改建堰頂高程一致的情況下改建消能設施，各種水位組合計算消力池池深最大為0.18 m，但考慮到閘室淤沙情況及一般構造，按池深0.30 m設置。首先拆除原消力池底板首端部分，同時清除原消力池內覆蓋的淤積細砂，重新填筑中粗砂，并在其上改建C30鋼筋混凝土消力池護坦，消力池斜坡段長1.70 m(包0.50 m 首端水平段)，坡比為1∶4，斜坡段首端凈寬為78.00 m，消力池池底高程為-1.70 m，池深0.30 m，水平段池長12.50 m，池末端坎頂高程為-1.43 m，坎頂寬0.50 m，重建消力池段總長14.70 m，末端池寬83.86 m。首端段消力池底板為厚60 cm的C30鋼筋混凝土結構，其下設置厚10 cm的C15混凝土墊層，在水平段尾部6.00 m范圍內設置Φ5 cm的PVC排水管，間距1.50 m，梅花樁布置。

根據計算結果，池后接總長40.70 m海漫段，前段為漿砌石海漫整流水平段，長5.50 m，漿砌石厚40 cm，設置Φ5PVC排水管；水平段后接厚40 cm干砌石海漫斜坡段，其下設置15 cm厚中粗砂及15 cm厚碎石墊層，海漫干砌石段長35.20 m，設計坡比為1∶20，海漫末端總寬100.43 m，末端頂面高程-3.16 m，海漫縱向按間距15.00 m設置漿砌石格埂，橫向按間距10.00 m 設置漿砌石格埂，尺寸為40 cm×70 cm (寬×高)。

海漫末端根據防沖計算結果，按一般的工程經驗布置防沖槽，槽深1.50 m，底部寬2.00 m，內、外坡1.0∶1.2，并拋填塊石。

(2)下游兩側擋墻加固設計。原兩側翼墻采用C30鋼筋混凝土加高至4.60 m，改建消力池及整流段范圍原側墻于迎水側增設厚30 cm鋼筋混凝土面板，并按原排水孔位置增設延長排水管，新增混凝土面板在原擋墻鑿毛清洗基礎上采用錨筋方式結合。海漫段斜坡段側墻加高至4.60 m后于迎水面采用厚4 cm的M10水泥砂漿批擋進行保護。同時下游側右岸側墻背后回填工程棄渣及開挖砂土料至高程4.30 m，防止洪水倒灌，亦可增加管理用地。為了管理防護安全，側墻頂部均增設C20鋼筋混凝土防護欄桿。

3.4 工程觀測設計

3.4.1 表面變形觀測布置

水平位移擬采用視準線法進行觀測，豎向位移采用水準法進行觀測，擬在閘室上下游邊線右側延長線各布置一個工作基點和一個校核工作基點，其在延長線上的位置視地形、地質條件確定。本水閘水平位移、豎向位移觀測共用一個標點。沿閘室上下游邊線的邊墻及閘墩頂部布置6列表面變形觀測標點，以閘墩分縫為一跨，在每跨4個角點各布置1個位移觀測標點，共12個位移觀測標點。

3.4.2 滲流監(jiān)測布置

滲壓計與測壓管相比，不需要設立孔口保護裝置，易于管理，本次滲流壓力監(jiān)測擬采用埋設滲壓計的方式。本水閘滲流觀測分為繞閘滲流觀測和揚壓力觀測。其中繞閘滲流觀測布設在岸墻填土側，沿繞滲流線兩邊墻填土側各設置3支滲壓計；閘底揚壓力測點分3列布設在閘底板中部，每個斷面設5個測點，共21個測點。

3.4.3 環(huán)境量監(jiān)測

環(huán)境量監(jiān)測包括上下游水位測量和閘址氣溫。水位測量采用自記水位計在閘室上游鋪蓋及下游消力池尾端布設。閘址氣溫在閘室MCU房安設溫度計1支進行監(jiān)測。

3.4.4 監(jiān)控主站(機房)和MCU房

考慮到水閘管理水平較低的現(xiàn)狀，采用GPRS通信方式進行傳感器監(jiān)測數據傳輸。擬將閘室左側塔樓二層作為MCU房，接入監(jiān)測水閘滲流壓力的滲壓計以及氣溫計等環(huán)境量監(jiān)測儀器。監(jiān)控主站設在水閘管理房內。

4 結 語

本文基于海南省萬寧市龍滾分洪擋潮閘工程的運行情況與存在老化及安全隱患等實際問題，提出了相應的加固設計方案，以滿足閘安全長效運行的要求。對不同部位分區(qū)進行了詳細設計，并提出了工程觀測布置與監(jiān)測方案。