水利工程除險施工技術研究

黃磊棟

（廣州堅磊建設有限公司，廣東 廣州 510900）

水利工程運行受多方面因素的影響，包括自然環境因素、水文因素、人為因素以及磨損等，出現病害在所難免，要確保水利工程安全穩定運行需要定期進行檢查，確定病害類型、損壞程度以及病害部位，進而有針對性地采取除險加固措施，有效控制險情[1]。在水利工程中，水閘是最容易出現病害的部分，常見病害包括鋼筋腐蝕、結構老化、滲漏破壞、穩定性降低等，如不進行除險加固，會導致水閘難以發揮相應的作用，進而影響水利工程運行效益。

1 工程概況

某引水樞紐工程始建于1982 年，原閘全長56 m，共5 孔，單孔凈寬3.0 m，為直升式鋼混平板閘門。工程設計排澇流量為79.6 m3/s，防洪流量為113.5 m3/s，蓄水位為11.5 m，蓄水量為50 萬m3，為中型水閘。工程主要以農業灌溉為主，同時兼顧水環境治理，涉及流域面積共計428.4 km2，工程設計等級為III 級，校核洪水標準為50 年一遇。工程自建成以來運行28 年，創造了巨大的社會效益與經濟效益，但由于數次洪水侵襲以及多種因素影響，病害纏身，經鑒定為三類閘，必須采取除險加固措施。需要拆除原閘在原址進行重建，工程其他建筑保留。

2 除險加固方案比選

綜合考量多方面因素，給出三種方案：一是直升式平板閘，即與原閘保持一致，這種方案的優點在于整體結構簡單，水閘控制靈活，操作簡單，可靠性較高，且投資相對適中，后續的維護費用較低；缺點在于機架橋排架比較高，且阻水相對而言較大，工程整體投資為586.04 萬元。二是底軸自動翻板閘，這種方式的優點在于水閘啟動閉合可以實現自動化，整體穩定性良好，可以精準控制水位，且阻水相對而言較小，不會影響河道泄洪[2]；其缺點在于工程投資規模較大，后期運行維護費用比較高且難度較大，工程整體投資為708.39 萬元。三是橡膠壩，該方案的優點在于整體結構簡單，投資費用較低，阻水相對而言較小，施工周期短，可以盡快恢復運行；其缺點在于使用壽命較短，壩袋容易損壞，正常情況下運行15 年就需要更換，且后期管理維護難度較大，費用較高[3]，工程整體投資為465.00 萬元。

三種設計方案各有優劣，考慮到工程所處區域的水文、地質條件等自然因素與投資規模、后期維護管理、操作運行等因素，擬采用第一種方案，即直升式平板閘。

3 除險加固方案設計

3.1 整體設計

水閘布置于主河槽位置，水閘設計為4 孔，單孔凈距為4 m，其中閘墩采用C25 鋼混結構，閘墩高度為6.4 m，中墩厚度為1.0 m，邊墩溝瀆為1.0 m。底板設計為C25 鋼混底板，總寬度為21.0 m，厚度為1.0 m，高程為6.7 m。檢修閘門與工作閘門設計為4 m×5 m，配備電動葫蘆與卷揚式啟閉機，在閘墩頂部上游位置設置寬度為70 cm 的檢修橋，采用C30 鋼混結結構；高度為5.5 m 的土排架與寬度為4.0 m 的機架橋，均采用C30 鋼混結構。閘室設置橋頭堡，共計3 層，分為配電室、啟閉控制室、發電室以及觀測室[4]。水閘控制段設計如圖1所示，上游連接護坡與鋪蓋，下游連接海漫、消力池、防沖槽以及護坡。

圖1 水閘控制段設計簡圖

3.2 建筑結構設計

1）過流能力設計。原閘防洪標準設計為20 年一遇，重建后設計為50 年一遇，設計防洪流量為168.5 m3/s，防洪水位為15.32 m，水閘底板高程設計為6.7 m，水閘閘孔總凈寬為16.0 m，當上下游的水位差超過13 cm 時，水閘閘孔可泄流量為166.85 m3/s，超過設計流量，水閘的過流能力滿足工程設計標準。

3）消能防沖復核。工程改造重建后，水閘渠底的寬度為11.0 m，邊坡比為1∶3，比降為1/14 000，糙率為0.025，考慮在最壞情況下，水閘前水深最大為4.5 m，按照閘門運行工況，確定下游消能水利條件，開閘時，根據閘門提起高度計算下泄流量，當開啟1 孔閘門時為最不利工況，按照閘門提起高度為0.25 m、0.5 m、1.0 m、1.5 m進行計算，消能效果如表2 所示。根據《水閘設計規范》SL 265-2016 的相關規定，防沖槽的計算值通常較大，考慮到本項目的實際情況，若按照規定設計防沖槽的深度，不僅施工難度較大，且需要增加較大成本投入，結合以往的經驗，防沖槽深度設計為2.0m[5]。根據表2 的數據，同時綜合工程所處區域水文條件、地質條件等多種因素，并參考類似工程設計經驗，最終確定本工程消能防沖設施的尺寸為：消力池深度1.0 m、底板厚度50 cm、長度19.0 m、閘門開度為4.5m、防沖槽深度為2.0m、海漫長度為30.0m。

表1 水閘改造前后壅水對比表

表2 改造后不同運行工況下消力池水力特性計算表

4 結 論

本工程除險加固方案綜合考量了技術、經濟等多方面條件，方案選擇科學合理，投資規模適中，改造后水閘單孔凈寬與總凈寬增加，從表1 可以看出壅水高度明顯下降，河道行洪過流暢通，可以承擔周邊地區農業灌溉以及防洪排澇需求。