水閘除險加固工程施工技術探討

摘要：為提高水閘運行安全性和穩定性，以汕頭市下埔橋閘改建達標加固工程為例，開展對其水閘除險加固工程施工技術研究。通過導流施工、加固施工作業面總體布置、水能計算、配套加固設施組織設計，提出一種新的除險加固工程施工思路。通過將新施工技術應用于實際證明，新的施工技術可以實現除險加固目標，有效促進水閘穩定性和安全性提升。

關鍵詞：水閘；加固；技術；施工；工程；除險

0" "引言

由于河床嚴重下切、水位下降，引韓工程難以取水，再加上建設期條件限制，目前韓江出海口的五座閘均出現建筑物老化、損壞、變形等險情。根據《韓江下游及三角洲河段綜合整治開發規劃綱要》及三角洲地區綜合整治工程規劃，需要對五閘進行除險加固施工，以保證工程投入使用后的正常收益[1]。而西溪下游的三座出海閘中，除下埔橋閘外，梅溪橋閘、外砂橋閘均已重建完成，并提高了正常蓄水位，而下埔橋閘現狀正常蓄水位僅為2.147m。為避免降低由于水閘穩固性較差引發的工程安全事故，本文以汕頭市地區下埔橋閘改建達標加固工程為例，設計主線加固工程的施工方法，以確保梅溪橋閘、外砂橋閘正常發揮作用[2]。

1" "工程概況

下埔橋閘分東、西兩閘，東閘16孔，每孔凈寬5m，閘底板高程-0.053m；西閘20孔，每孔凈寬5m，閘底板高程0.047m。下埔橋閘于1978年開始建設，因條件限制，當時僅建設了閘墩和底板及公路橋，曾是汕頭至福建漳州主干公路的一座橋梁，1989年底至1992年初下埔橋閘改建配套完成[3]。

下埔橋閘改建配套工程自1992年3月竣工投入使用，運行至今已20年。2002年經汕頭市水利局組織安全鑒定，現狀橋閘主要存在以下問題：水閘原設計的工程等別和洪水標準不符合現行規范要求；過流能力不滿足規范要求；閘體的安全系數與抗滑穩定系數無法達到設計標準；閘基下存在軟弱下臥層；西閘閘底板和閘墩結構承載力不滿足要求，東、西閘混凝土和砂漿強度等級不滿足規范要求；西閘閘室結構抗震能力不滿足現行規范要求；東、西閘消能防沖均不滿足要求；閘門止水失效、漏水；西閘的啟閉機容量不滿足規范規定，電氣設備老化；水閘安全觀測設施缺失。

基于以上原因，省水利廳于2002年11月22日下達的“粵水管[2002]125號”一文《關于汕頭市下埔橋閘安全鑒定報告的批復》，同意將下埔橋閘評定為“三類閘”。項目可研報告于2006年9月經省發改委批準立項，省水利廳對初步設計提出審查意見和復核意見，水利部珠江水利委員會對初步設計提出復核意見，2013年9月省發改委批復初步設計，并要求管理方根據閘壩隱患現狀，設計除險加固施工方案，以保證此工程項目在投入使用后可以發揮預期的經濟效益。

2" "水閘除險加固工程施工技術

2.1" " 導流施工

本工程主要為加固改建項目，工程規模簡單，工程量較少，故選擇10月至3月枯水期作為工程導流時段[5]。結合天然的中間砂洲地形，本工程采用分期實施的導流方式。由于新建電站布置在西閘，與改造的舊電站并列，考慮盡早發電、早收益的原則，第1個枯水期先一次攔斷西閘河道，由東閘泄水導流；第2個枯水期再一次攔斷東閘河道，由已改建成的西閘泄水導流。

為了給主體工程施工爭取更多施工時間，盡量提早圍堰施工，截流選擇在9月下旬流量較小時進行。東、西橋閘關閉后，對應的上游圍堰基本在靜水中施工，可直接抽砂填至堰頂高程[6]。為實現對閘口流速的控制，可設置如圖1所示的導流屏。施工對應下游圍堰受上游水閘漏水和潮水位影響，為此預備少量砂包、塊石用于圍堰合龍部位。

2.2" " 加固施工作業面總體布置

本工程閘址砂洲處場地開闊、地勢平坦，現有地方建筑物適宜征用，作為布置施工區。但其高程較低，一般均在2.3～3.5m間，不能滿足工程所需的10年一遇洪水5.5m高程。為此本階段不考慮在砂洲周圍建土堤擋水，而是將施工營建區布置在西閘右側的平坦空闊地（需考慮臨時征用）[7]。同時在砂洲較高地帶，靠近兩閘消力池部位，布置混凝土拌和站、水泥倉庫和砂石料堆場。

本工程施工高峰期在第1年11月至第2年3月，該時段前后施工人數明顯減少。而工程區附近砂洲島上現有民房較多，為減少征地，在施工高峰期考慮租用部分民房。本工程高峰施工人數為750人，營地標準按8.5m2/人計算，共需臨時房屋6375m2，占地面積7650m2，考慮部分為租房，部分為自建房。施工倉庫1590m2（其中2550m2為租用），占地面積3180m2。施工輔助企業需臨時房屋2650m2，占地面積7950m2。

經土石方平衡計算，確定約有1.06萬m3（自然方）棄渣，除淤泥運于新津河口指定的棄渣場外，其他均考慮棄于砂洲低洼地平整場地。初定棄渣高度1.0m，占地約15.86畝。

2.3" " 水能計算

在進行配套設施組織設計前，先完成各個水能參數計算，以此為后續設計提供更可靠依據。根據下述公式，可計算得出是施工區域各時段面雨量：

Ht=a·K·H-" " " " " " " " " " " " " " "（1）

式中：Ht代表施工區域某一時段面雨量；a代表點面系數；K代表暴雨均值；H-代表暴雨歷時。針對地面徑流匯流計算，采用瞬時位線方法，其公式如下：

m=1.07F1.03L0.1" " " " " " " " " " " " " （2）

式中：代表地面徑流匯流；代表控制流域面積；代表主河道長度。最后，對泄流量進行計算，其公式如下：

（3）

式中：代表泄流量；代表流量系數；代表收縮系數；代表總凈寬；代表計入流速水頭的堰上總水頭。根據上述公式，對相關參數進行計算。

2.4" " 配套加固設施組織設計

根據水能計算結果，得到電站總裝機在1000kW左右。由于受到現有老廠房左端的實際平面尺寸的限制，電站機組的構成只能采用以下兩個方案。方案一：將原3臺機組進行改造，再新增2臺320kW機組；方案二：保留原有廠房及3臺水輪機水下水工結構和主要埋件，更換水輪機轉輪及水輪發電機，再新增3臺同型號和同容量的水輪發電機組機組[8]。

方案一雖可減少電站的裝機臺數，但新增的2臺320kW機組需選用ZDXXX-HL-265型水輪機，配SF320-60/3050型發電機。布置新、舊兩種不同轉輪和容量等級的水輪發電機組，要求廠房的平面尺寸和高度差別較大，實現新舊廠房的協調和合理布置難度極大。為使機組能在各種工況下靈活運行，并使各新舊機組之間備件具有通用性，以利于機組的管理何維修，故本電站機組構成采用方案二。配套加固設施組織如圖2所示。

下埔橋工程金屬結構由攔河閘、電站兩部分組成，攔河閘分東閘和西閘兩段，除西閘設3孔為電站進水孔外，共設有33個閘孔，每孔均設置工作門槽和事故檢修門槽，其中：東閘16孔，每孔寬5m；西閘17孔，每孔寬4.8m。工作閘門平時蓄水拒咸，以保證城市供水及灌溉用水。

翻板閘、弧形閘門雖適宜于作攔河壩工作門，但下埔橋閘屬低水頭徑流式工程，行洪時上下游水位相差小，要求工作門開啟高度大，故采用翻板閘、弧形閘門啟閉機布置困難。為避免支鉸不受洪水沖擊，需將支鉸布置得高一些，由此造成閘墩長度及高度均有所增加，工程投資相應加大。直升式平面鋼閘門具有較好的適應水位變幅大的特點，滿足大開度工作要求，可減少閘墩的高度、長度，有利于節省投資，且制作簡單，運行維護工作量較少，故攔河壩工作閘門采用直升式平面鋼閘門，并在工作門上游側設置檢修閘門。

原電動/手動螺桿式啟閉機為單吊點啟閉，啟閉容量為150kN，自1992年投入運行以來已有10多年，設備已顯老化，設備主要構件磨損、變形嚴重。由于設備型號老舊，很多易損配件市場上已很難采購到，故本次設計仍采用可行性調研階段選定方案，即全部更換東、西工作閘啟閉機，共33臺。工作閘門選用雙吊點電動/手動固定卷揚式啟閉機，檢修閘門采用小車式電動葫蘆進行啟閉操作。

2.5" " 圍堰拆除施工及安全

為確保汛期橋閘行洪和度汛安全，根據相關規定，組織水下工程的通水驗收，同時進行施工臨時圍堰的拆除工作。圍堰的拆除順序為先下游圍堰，后上游圍堰。下游圍堰的拆除順序為先水上后水下的拆除順序。圍堰拆除前，進行基坑建筑廢料、雜物的清理工作，對上游圍堰至鋪蓋、下游圍堰至防沖槽間的河床平整修順，以免影響過閘流態的穩定及橋閘建筑物的安全。

施工過程中，避免對河道邊坡以及周邊環境造成破壞，積極配合水務部門河道管理工作。加強對現場施工人員的保護意識，確保施工現場整潔有序，做好施工廢料的回收，垃圾清理，保護河道水質不受破壞。臨近施工區域，凡有可能對人或物構成威脅的地方，必須支搭防護棚，并制定可行性措施，以確保安全。圍堰填筑區域安裝足夠照明設施，保證夜間作業安全。施工時，注意兩側圍擋搭設到位，避免影響交通或阻塞河流。

3" "實證分析

為確保工程順利實施，施工前對汕頭市地區下埔橋閘改建達標加固工程所在地的水文條件進行分析，如表1所示。下埔橋閘下游為潮感區，潮汐屬于不規則半日潮，在靠近新津河出口處有媽嶼潮位站。該站觀測年限長，潮位資料規范、齊全，可作為本工程設計的外海潮位參證站。根據媽嶼站資料統計可知，其各潮位特征值如表2所示。

閘壩上游庫區兩岸堤防較好，堤頂高程較高，堤內大多有較寬的臺地，堤后有較好的排水系統，庫區不存在滲漏及淤積問題，除現管理所后中心洲外庫區無浸沒及淹沒問題。新建電站及尾水渠基礎為淤泥層及淤泥質土層，而且其厚度較大，建議采取碎石墊層置換法、水泥攪拌樁或樁基對其進行處理。

閘址兩岸護堤壩基為雙層結構，上部為中粗砂層，下部為軟弱的淤泥層，建議基礎盡可能利用上部砂層，但由于下部為淤泥層，應在施工前，對堤基抗滑及沉降進行校核。下埔橋閘工程是保證西溪兩岸工農業用水的重要水利工程，為保障韓江三角洲區社會經濟穩定和可持續發展，建議對下埔橋閘達標加固改建工程盡快開工建設。

完成上述工程后，對工程進行除險加固施工，選擇測點進行施工后壩基滲漏量的計算，計算公式如下：

A=b·C·E·q" " " " " " " " " " " " " （4）

式中：A代表滲漏量，單位m3/a，b代表滲漏段長度，單位m，C代表滲漏系數，單位m/s，E代表漏水層厚度，單位m，q代表引用流量值，常數取值為0.462。

除險加固施工前后的壩基滲漏量對比如圖3所示。根據圖3可知，施工后的壩基滲漏量顯著小于施工前的壩基滲漏量，說明設計的除險加固施工方法在應用中可以提高工程整體的防滲性，起到較好的穩固結構效果。

4" "結語

下埔橋閘是韓江下游5個出海口的控制閘之一，是韓江下游三角洲地區供水工程體系的一個重要組成部分，改建達標加固后，工程的任務是以防潮、供水、灌溉為主，兼顧地區交通、發電、航運等工作，經濟效益較高，在地區建設發展中的綜合效益良好，預期該工程建成后將在區域內形成較好的示范作用。

水閘的運行管理是一項長期、細致而繁復的工作，同時也是一項關系到工農業生產和人民生命財產安全的一項重要工作。在規劃設計的基礎上，要根據水文氣象、上級防洪防潮要求，并結合水閘運行的具體情況，做好工程的巡查管理、維護維修工作，及時發現異常現象，及時消除工程隱患，把各種事故消滅在萌芽狀態之中。

參考文獻：

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[8] 王俊.對大中型水閘除險加固設計的一些思考——以湖南省湘陰縣白水江水閘為例[J].湖南水利水電，2019（6）：5-7.