諸城市三里莊水庫溢洪閘工程設計方案

王棟梁 孫煒棟

1.諸城市密州水庫運營維護中心 山東諸城 262200 2.諸城市林家村水庫運營維護中心 山東諸城 262200

由于三里莊水庫建于上世紀60年代，已經超服役運行，在機上受到當時條件與技術的限制，其已經出現老化問題。根據國務院加強病險水庫建設的指示，筆者結合設計工作中積累的經驗，對諸城市三里莊水庫溢洪閘工程設計進行分析，以期能設計出更加合理、經濟的方案。

1 工程現狀

三里莊水庫溢洪道建有5孔溢洪閘，凈寬50.0m，堰頂高程為65.70m，閘門尺寸為10×5.23m。交通橋頂高程74.50m，寬4.0m。

（1）現狀溢洪閘基礎位于①層壤土，①層壤土具有中等壓縮性，工程地質條件較好，不易產生不均勻沉降。其下為③層土質砂礫石具有強透水性，存在閘基滲漏問題。

（2）①層壤土、②層中粗砂與③層土質砂礫石地基承載力特征值建議值分別為120kPa、160kPa、180kPa，①層壤土與閘基礎的摩擦系數f建議值為0.28。

（3）存在問題：①水閘無檢修閘門，無防凍脹措施，閘墩及門槽混凝土老化、剝蝕嚴重，無法確保啟閉機正常安全運行。②閘門門體無變形、損傷等缺陷，焊縫及周圍熱影響區均無裂紋等缺陷。③啟閉機為1963年前后產品，達到報廢年限，減速器及聯軸器有漏油現象，啟閉機無高度指示裝置、無限位開關及荷載控制器。機組均為接地，存在安全隱患。④經現場負載試驗，5臺啟閉機機械構件均存在異常聲音；水閘5臺啟閉機負載試驗結果均不滿足《水利水電工程啟閉機制造安裝與驗收規范》（SL381-2007）要求。

根據《水利水電工程金屬結構報廢標準》（SL226-98）規定，該水閘啟閉機達到報廢標準，應予以報廢。

2 工程任務與規模

2.1 工程任務與規模

本工程重要任務是通過拆除改建溢洪閘，使三里莊水庫達到設計洪水標準，滿足城市及周邊地區供水及河道生態用水要求。

2.2 工程等別和建筑物級別

依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017），三里莊水庫總庫容9041m3/s，工程規模為中型，水庫工程等別為Ⅲ等，溢洪道建筑物級別為3級。

依據《防洪標準》（GB50201-2014）及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017），確定三里莊水庫溢洪道設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為2000年一遇；溢洪道消能防沖標準為30年一遇。施工臨時建筑物洪水標準為5年一遇。閘后交通橋荷載標準參照公路Ⅱ級。

2.3 工程布置及建筑物

拆除改建溢洪閘，溢洪道泄槽增設鋼筋混凝土面層防護，上游增設裹頭、鋪蓋，加固下游翼墻。

3 溢洪閘工程設計方案

3.1 溢洪道加固

3.1.1拆除改建溢洪閘

拆除原溢洪閘及進口段，改建后溢洪道進水渠兩側設置圓弧與直線結合的直立式導流墻。

改建后閘室仍采用開敞式結構，閘孔規模同現狀溢洪閘，共5孔，每孔凈寬10.0m。閘室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，采用在閘墩設縫分段，中間一孔為一聯，分段長11.80m，兩側邊孔兩孔一聯，分段長度23.0m，中墩厚1.2m，縫墩及邊墩厚0.9m。閘室順水流向長17.0m，閘頂高程76.00m。檢修門為疊梁式平面滑動鋼閘門，檢修橋寬1.5m。工作閘門為雙吊點露頂式平面鋼閘門。墩頂設排架及機架橋，上設啟閉機房[1]。交通橋位于工作閘門的下游側，荷載設計標準為公路-II級，溢洪閘左右兩岸均設橋頭堡。

閘室底板上游齒墻下設混凝土防滲墻，墻體厚度30cm。地基采用水泥土攪拌樁復合地基。

3.1.2 泄槽加固

本次將原泄槽表層混凝土鑿毛，新增厚度30cm的C30鋼筋砼，兩側漿砌石邊墻增設C30鋼筋砼貼面，新老結構之間設錨筋。

3.2 機電和金屬結構

3.2.1 金屬結構設計

溢洪閘金屬結構設計包括工作閘門、檢修閘門及其啟閉設備的設計。該閘共5孔，共設工作閘門5扇。閘門采用10.0×5.2-4.56m（寬×高—設計擋水水頭）露頂式平面定輪鋼閘門。共設1套疊梁式平面檢修鋼閘門，共1套，每套檢修門由5節組成，每節高1.0m，規格為10.0×1.0×5-4.56m疊梁式平面滑動鋼閘門。

3.2.2 電氣設計

溢洪閘防汛指揮調度系統、通信系統，閘門啟閉設備的動力系統及現場照明用電負荷為一級，其他用電負荷為三級[2]。溢洪閘采用雙重電源供電，為一路網電電源和一臺自備柴油發電機組。網電電源由110kV東郊變電站10kV三里莊線51#桿T接。溢洪閘啟閉機，配套電動機2×11kW，啟閉機電動機采用全壓直接啟動。選擇1臺125kVA干式變壓器和1臺90kW自備柴油發電機組。在橋頭堡設供電變電站。

（1）溢洪閘改建方案比選。原溢洪閘共5孔，每孔凈寬10m，總凈寬50.0m，堰頂高程為65.70m，興利水位70.26m，采用弧形閘門，尺寸為10×5.23m。本次除險加固仍然維持原閘孔規模，進行弧形閘門和平板閘門兩種方案比選。

①弧形閘門方案。閘室采用開敞式結構，共5孔，每孔凈寬10.0m。閘室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，水閘位于土基上，采用在閘墩設縫分段，中間一孔為一聯，兩側邊孔兩孔一聯，分段長度23.0m，中墩厚1.2m，縫墩及邊墩厚0.9m。閘室順水流向長20.0m，墩頭、墩尾均為半圓形，閘頂高程76.00m。檢修門為疊梁式平面滑動鋼閘門，檢修閘門啟閉設備采用1套2×50kN雙吊點移動式啟閉機及1套2×50kN自動掛脫梁，檢修橋寬1.5m。工作閘門與檢修門為雙吊點露頂式弧形鋼閘門，尺寸為10.0×5.2m（寬×高），支鉸安裝高程為70.70m，選用2×250kN雙吊點固定卷揚啟閉機。墩頂設排架及機架橋，排架柱斷面尺寸為700×800mm（寬×高），蓋梁斷面尺寸為1200×800mm（寬×高），機架橋由兩片預制鋼筋砼π型梁組成，梁高1.2m，橋面高程83.60m。上設啟閉機房，凈寬3.96m。交通橋位于工作閘門的下游側，荷載設計標準為公路-II級，橋面板為空心板結構，橋面寬7.0+2×1.0m，頂高程76.50m。

②平面閘門方案。該方案和弧形門方案布置基本形式相似。閘室采用開敞式結構，共5孔，每孔凈寬10.0m。閘室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，水閘位于土基上，采用在閘墩設縫分段，中間一孔為一聯，分段長11.80m，兩側邊孔兩孔一聯，分段長度23.0m，中墩厚1.2m，縫墩及邊墩厚0.9m。閘室順水流向長17.0m，墩頭、墩尾均為半圓形，閘頂高程76.00m。檢修門為疊梁式平面滑動鋼閘門，檢修閘門啟閉設備采用1套2×50kN雙吊點移動式啟閉機及1套2×50kN自動掛脫梁，檢修橋寬1.5m。工作閘門與檢修門吊點距3.12m，為雙吊點露頂式平面鋼閘門，尺寸為10.0×5.2m（寬×高），選用2×250kN雙吊點固定卷揚啟閉機。墩頂設排架及機架橋，排架柱斷面尺寸為700×800mm（寬×高），蓋梁斷面尺寸為1200×800mm（寬×高），機架橋由兩片預制鋼筋砼π型梁組成，梁高1.2m，橋面高程83.60m。上設啟閉機房，凈寬3.96m。

③方案選擇。a.本次除險加固重新進行了洪水復核，在考慮青墩水庫潰壩的情況下，推求三里莊水庫兩千年一遇洪水位為75.37m，洪峰流量為2115m3/s，此時，閘后水位達到71.2m，經優化，弧形閘門支鉸最大安裝高程70.7m，閘門支鉸會受到水流沖擊。b.由于本工程閘門擋水高度僅為4.56m，上游設有檢修閘門，排架高度主要受檢修門起吊高度控制，不能發揮弧形閘門所需排架高度小的優勢。c.弧形閘門門葉所占據的空間較大，閘室順水流向長度較平板門加長3.0m。d.弧形閘門受力集中在支鉸處，需要土建閘墩結構進行特殊處理。

相比而言，本工程采用平面閘門閘室順水流向長度較弧形門減少3.0m，且不用考慮支鉸受水流沖擊問題，閘門結構簡單，制作、安裝及運輸容易，運行安全可靠。

綜上所述，鑒于三里莊水庫溢洪閘擋水高度低，而最高洪水位較高，為確保工程安全、技術、經濟，本次除險加固閘門型式選用平面閘門[3]。

（2）溢洪道除險加固總體布置。改建后溢洪道進水渠在左右兩側均設置圓弧與直線結合的直立式導流墻。

閘室采用開敞式結構，閘孔共5孔，每孔凈寬10.0m。閘室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，水閘位于土基上，采用在閘墩設縫分段，中間一孔為一聯，分段長11.80m，兩側邊孔兩孔一聯，分段長度23.0m，中墩厚1.2m，縫墩及邊墩厚0.9m。閘室順水流向長17.0m，墩頭、墩尾均為半圓形，閘頂高程76.00m。檢修門為疊梁式平面滑動鋼閘門，配一臺2×50KN電動葫蘆及自動掛脫梁一套，檢修橋寬1.5m。工作閘門與檢修門吊點距3.12m，為雙吊點露頂式平面鋼閘門，尺寸為10.0×5.2m（寬×高），選用2×250kN雙吊點固定卷揚啟閉機。墩頂設排架及機架橋，排架柱斷面尺寸為700×800mm（寬×高），蓋梁斷面尺寸為1200×800mm（寬×高），機架橋由兩片預制鋼筋砼π型梁組成，梁高1.2m，橋面高程83.60m。上設啟閉機房，凈寬3.96m。交通橋位于工作閘門的下游側，荷載設計標準為公路-II級，橋面板為空心板結構，橋面寬7.0+2×1.0m，頂高程76.50m。溢洪閘左右兩岸均設橋頭堡。

閘室底板滲漏嚴重。本次除險加固結合閘室改建，在閘室底板上游齒墻下設塑性混凝土墻，墻體厚度30cm，防滲墻嵌入巖基面以下1.0m。

本次將原泄槽表層混凝土鑿毛，新增厚度30cm的C30鋼筋砼，兩側漿砌石邊墻增設厚度50cm的C30鋼筋砼，新老結構之間設錨筋，錨筋間距2m，梅花形布置。對消力池邊墻破損部位予以修補。

（3）防滲排水布置。防滲布置采用截滲與導滲結合。在閘的上游端采用截滲，以削減滲水壓力，減小出逸坡降。在閘的下游端采取排滲，使進入閘基內的滲透水流，可以順利地排泄到下游去。

①防滲布置。底板上、下游各設0.5m深齒坎，閘前設鋼筋砼鋪蓋長18m，閘室底板6m以下有一層土質砂礫石層，厚度為2～3m，為強透水層，滲漏嚴重。本次除險加固結合閘室改建，在閘室底板上游齒墻下混凝土防滲墻，墻體厚度30cm，防滲墻嵌入巖基面以下1.0m。防滲墻設計同大壩防滲。兩岸翼墻亦采用鋼筋砼結構，上游翼墻及邊墩后均回填壤土。

②排水布置。現狀閘室下游護坦及泄槽底板下部已經設置了網格排水系統，并運行正常，本次除險加固仍利用現狀排水系統。橫向排水溝沿橫縫下布置，直徑150mm，排水管外包碎石反濾。縱向排水溝布置2道置于泄槽板下，直徑200mm，排水管外包碎石反濾。

（4）泄槽加固設計。經現場檢查，現狀泄槽混凝土受凍融及水流沖刷，表面混凝土脫落，手碾易碎，骨料外露。泄槽流速較大，現狀兩側邊墻為漿砌石結構，不滿足防沖要求。

泄槽現狀底部排水良好，總體運行正常。本次將原表層混凝土鑿毛后，新增厚度30cm的C30鋼筋砼，兩側漿砌石邊墻增設厚度50cm的C30鋼筋砼，新老結構之間設錨筋，錨筋間距2m，梅花形布置。

4 結語

工程實施以后，從根本上解決了三里莊水庫溢洪道、溢洪閘存在的安全隱患，解決好除害與興利之間的矛盾，最大限度的攔蓄洪水，減輕下游的防汛壓力，確保水庫的運行安全與下游河道及整個諸城市城區的防洪安全，確保城區及周邊生產生活用水、生態用水，經濟效益、生態效益、社會效益顯著。