六盤水玉舍供水工程大壩底孔弧形工作閘門門楣修復改造方案設計

陶光慧,楊 松

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

1 概 述

玉舍水庫位于六盤水市水城縣玉舍鄉境內，大壩座落于珠江流域北盤江支流舍戛河上，距六盤水市中心22 km。玉舍供水工程任務是向六盤水市市中心供水，工程規模為中型，工程等別為Ⅲ等，由水源工程和水廠工程組成。水庫壩址以上集水面積90 km2，舍戛河多年平均流量 1.71 m3/s，主河長度16.3 km，平均坡降12.5‰，流域形狀系數0.339，為典型的扇形流域。

玉舍水庫正常蓄水位1956.00 m，相應庫容3320萬m3，有效庫容2720萬m3，死水位1926.70 m，死庫容600萬m3。水庫大壩最大壩高80.40 m，年供水量3650萬m3，供水保證率97%；輸水工程線總長19.16 km，設計輸水流量1.80 m3/s，水廠設計規模為日處理水11.5萬t，日供水10萬t。

沖沙兼放空底孔設于大壩的右岸非溢流壩段內，總長32.23 m，其中進口塔段6.12 m，孔身段長15.31 m，出口段長10.80 m。進口底板高程為1905.00 m，進口為喇叭型，進口孔身為2.0 m×2.0 m的正方形斷面，出口斷面2.0 m×1.5 m。出口泄槽末端采用挑流消能，挑流鼻坎高程1905.60 m，反弧半徑10.0 m，挑角為20°。進口設2.0 m×2.0 m的平面事故檢修閘門[1]，閘門井尺寸為6.0 m×6.1 m，頂部高程1957.40 m，其上設啟閉排架，設置一套QPG—630—55固定卷揚式啟閉機啟閉事故檢修閘門。出口設2.0 m×1.5 m的弧形工作閘門，設置一套LQ—500/130帶導向滑槽螺桿啟閉機。2017年大壩安全鑒定發現出門楣鑄鋼埋件左側出現約10 cm的斜向裂縫，并已出現了垂直向下的位移，漏水量約1 L/s，大壩底孔工作弧門門楣漏水嚴重。

2 改造方案設計

2.1 大壩底孔工作弧門布置及項目情況

底孔設在壩身右端，進口底板高程1905.00 m，底孔進口為2.0 m×2.0 m方形斷面，出口斷面漸變為2.0 m×1.5 m，設置一扇工作閘門[2]，閘門孔口尺寸為2.0 m×1.5 m，設計水頭51.0 m，閘門型式為弧形鋼閘門，圓柱鉸支臂形式，支鉸高度2.5 m，工作弧門半徑3.0 m。閘門操作方式為動水啟閉，門體重5.5 t，埋件重2.5 t。與閘門配套的啟閉機采用帶滑槽式螺桿機，型號LQ—500/130，最大啟門容量500 kN，最大閉門容量130 kN，揚程3.5 m。啟閉機配有手搖裝置，操作方式為手動、電動兩用現門楣下垂，漏水嚴重，存在著安全隱患，急需改造,如圖1～圖2所示。

圖1 大壩底孔門楣漏水

圖2 大壩底孔門楣撕裂

2.2 改造依據

門楣修復改造依據主要有：

(1)2017年安全鑒定報告書(初稿)。

(2)業主委托對玉舍水庫大工程底孔出口弧形工作閘門門楣改造項目進行勘查設計的委托書。

(3)六盤水市玉舍水庫工程大壩底孔弧形工作閘門門楣修復改造工程勘測設計合同。

(4)現場實際情況。

(5)原設計基礎資料。

2.3 改造方案比選

止水裝置是閘門重要的組成之一。止水不嚴，會造成水庫的滲漏損失，同時高水頭下將使閘門與埋件產生空蝕、磨損乃至破壞。根據本閘門的結構布置與空間尺寸，適用于本閘門改造的頂止水主要有以下幾種形式。

2.3.1 圓滾浮子式(鴨舌式)頂止水結構

大壩底孔弧形工作閘門原門楣結構采用的就是鴨舌式頂止水結構(圖3)。上面一道P形止水裝設在門葉上，下面一道圓滾浮子式止水橡皮裝設在門槽的凹槽內[3]，上游庫水壓力將止水橡皮壓緊于門葉上，此種形式的頂止水應用較普遍，但若加工與安裝精度不良，閘門啟閉易使橡皮扭曲變形，以至撕裂損壞。若本工程依然按原來的結構重新制造安裝一套，因結構形式及加工安裝精度等的限制，不能保證新門楣止水效果好，且鑄鋼件加工工藝相對復雜、工期較長。若將原鑄鋼件改為碳鋼焊接件，則對異形尺寸加工工藝要求較高。

圖3 圓滾浮子式頂止水結構

2.3.2 Ω形頂止水結構

上面一道P形止水裝設在門葉上，下面一道Ω形止水橡皮裝設在門楣結構上，上游庫水壓力將止水橡皮壓緊于門葉上(圖4)。關閉閘門時兩道止水均起到止水作用，開門后上面一道止水脫離接觸面，下面一道止水保持與門葉的接觸，防止縫隙射流。但Ω形水封的安裝、調整和維護比較困難，同時對門葉對應部位改造較大[4]。

2.3.3 兩道P形頭頂止水結構

上面一道P形頭止水裝設在門葉上，下面一道P形頭止水安裝于門楣結構上，結構型式簡單，安裝維護方便，使用效果較好，采用普遍(圖5)。頂止水橡皮可依靠水壓力和預留壓縮量壓緊在面板上，達到啟閉全過程的止水作用，但該型式的止水橡皮的壓縮變形量不大，這種形式的頂止水承受水頭比較有限。本閘門設計水頭 51 m，采用此結構型式尚能適應，若改成此結構形式，門葉上需要將頂止水上移到原止水擋板螺孔位置，重新設置止水擋板及增焊防射流板[5]。

2.3.4 轉鉸式頂止水結構

上面一道P形頭壓蓋止水裝設在門葉上，轉鉸式防射止水布置在門楣頂部埋件上，借助于彈簧壓片和上游庫水壓力推動止水元件繞轉軸轉動壓緊于工作弧門面板上達到止水目的，這種布置具有適應變形能力強、結單簡單，制造、加工、操作、運行方便等優點，能較好的滿足高水頭閘門止水要求(圖6)。但需要較大空間進行布置，針對本閘門而言，需要加高閘門高度，同時擴寬二期混凝土尺寸，改動較大，難以適應本閘門門楣修復改造要求。

圖4 Ω形頂止水結構

圖5 兩道P形頭頂止水結構

圖6 轉鉸式頂止水結構

綜合比選，本次門楣改造選用兩道P形頭止水結構的方案，修改后的閘門擋水的水壓力與原設計基本一致。

2.3.5 改造方案選定

大壩底孔弧形工作閘門門楣原結構為鑄造件(圖7)，因壓力過大導致門楣斷裂，門楣脫落近10 mm,與門楣連接的一期插筋已部分拉斷，雖已復位并修補裂縫，但門楣鋼板與混凝土已脫空，水直接從混凝土與鋼板的縫隙中射出，漏水嚴重。根據現場踏勘及資料收集來看，要徹底解決門楣漏水問題，需要拆除原門楣結構，更換新門楣結構如圖8。

圖7 底孔工作弧門原門楣布置

先將原門楣(含二期混凝土結構)沿原一期、二期分界線全部剝離，重新設計門楣結構形式并重新進行門楣結構的制做及安裝，同時將門體上的止水結構向上移升至適當位置，將原門楣止水形式圓滾浮子式水封改為P形頭水封，與門體上的止水共同組成兩道P形橡皮止水型式，并于門上適當位置設置射水擋板。

2.3.6 改造具體內容

根據工程特點及現場情況，本次改造主要為更換原來的門楣結構，重新制造安裝一套門楣結構，修改主要有以下內容：

(1)拆除原門楣結構，沿一期、二期分界線將原門楣二期混凝土剝離并檢查原一期插筋是否有效。

(2)根據剝露的一期插筋情況，適當增補部分插筋。

(3)將側軌增寬板焊于原側軌面板與上游側門楣端部連接位置。

(4)重新制造安裝新的門楣結構。

(5)澆筑二期混凝土并按要求養護。

(6)將閘門原頂止水拆除。

(7)封堵閘門原頂上第二排螺栓孔。

(8)重新固定門頂止水擋板角鋼。

(9)重新安裝門葉頂止水裝置，以螺栓孔位置定位上移至原止水擋板角鋼對應螺栓孔位置處。

(10)于門葉面板外則加焊射水擋板。

(11)防腐處理。

(12)調試及驗收。

3 結 語

目前門楣改造修復工作已完成并運行了較長時間，從擋水及運行效果來看，選用兩道P形頭止水結構的方案，達到了修復改造的目的。在改造過程中積累的實踐經驗，可為同類項目的設計提供參考。