春風閘加固設計方案分析

宋靈根

(樟樹市水利局水政監察大隊，江西 樟樹 331200)

1 工程概況

春風閘屬贛江水系錦江支流藥湖水。閘址以上控制流域面積為179 km2，設計灌溉面積0.27萬hm2，現狀最大下泄流量為626 m3/s，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、供水功能的中型水閘。

工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級。設計洪水標準為20 a一遇(P=5%)，設計洪峰流量為525 m3/s；校核洪水標準為50 a一遇(P=2%)，校核洪峰流量為704 m3/s。 樞紐工程始建于1977年，1978年4月建成受益，后經1997年加固，達現有規模，主要由泄洪閘、交通橋等組成。

春風閘為鋼筋混凝土結構，由閘室段、上游連接段及下游連接段組成。閘室段為平底寬頂堰開敞式水閘，布置為10孔，單孔3.40～4.30 m不等，溢流總凈寬39.4 m，閘室長8.8 m，閘底板高程24.80 m，閘墩頂高程28.95 m，閘墩頂設4.7 m寬交通橋，啟閉平臺頂高程32.92 m。閘基坐落在壤土和粉質壤土層上，閘門型式鋼筋混凝土平板閘門，啟閉機為手搖螺桿啟閉機[1-2]。

交通橋橋長49.88 m，為漿砌塊石拱橋，橋面寬4.97 m，橋墩高3.0 m，橋面高程為29.65 m。

根據水閘安全鑒定結論意見，春風閘主要存在如下工程問題：

(1)水閘按30 a一遇洪水設計，100 a一遇洪水校核，水閘閘墩頂不滿足超高要求。水閘上游淤塞嚴重，影響河道安全行洪。

(2)據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2015)，閘址區地震動峰值加速度小于0.05 g，可不進行抗震安全復核。

(3)閘基左岸坐落在壤土層上，右岸坐落在粉質壤土層上，閘基承載力滿足要求。基礎與下伏土層接觸部位未處理好，存在接觸滲漏問題。閘室及啟閉框架等混凝土老化、剝落、蜂窩、麻面、露石現象嚴重。下游護坦沖毀，沖坑最深處達2.0 m，嚴重威脅閘室安全；兩側漿砌石擋墻護岸長度不足，多處裂縫、滲漏。

(4)閘門混凝土剝蝕露筋，閘槽埋件銹蝕嚴重；止水老化失效，閘門漏水嚴重。啟閉設備陳舊，部分螺母磨損嚴重，鋼套齒磨平，螺桿彎曲，啟閉困難，Ⅴ號閘門無法開啟。

(5)渠道水對混凝土具分解類溶出型中等腐蝕性，分解類碳酸型中等腐蝕性，地下水對混凝土具分解類溶出型中等腐蝕性。

(6)水閘工程無安全監測設施，無電氣設備，無水、雨情測報設施。

(7)水閘工程管理、通信設施簡陋。

2 加固設計方案比選

本階段擬定的工程總體布置綜合考慮防汛搶險、運行管理方便、投資等綜合因素，為確定本工程總體布置，選擇兩個方案進行比選[3-5]。

方案一：因交通橋橋墩與原泄洪閘閘墩位置對應，將原泄洪閘上游部分拆除后重建閘室段閘孔仍與原閘孔對應，布置10孔，單孔3.45～3.95 m 不等，中墩厚1.1 m，縫墩厚1.5 m，閘室縱向長11.2 m，閘底高程24.80 m，閘墩頂高程30.15 m。啟閉平臺頂高程34.55 m，啟閉房屋面高程37.55 m。閘室設工作閘門，采用平板滾動鋼閘門，工作閘門采用QPQ-2×100 kN 卷揚式啟閉。交通橋上部結構拆除，橋墩加高至設計高程，采用現澆鋼筋混凝土T梁板式橋結構，五跨，跨徑為9.0～9.5 m。交通橋橋面板高程30.23 m，主梁高0.50 m，寬為0.4 m，橫梁高0.4 m，寬為0.3 m，相鄰兩根梁中心距為1.6 m。橋面寬4.5 m，橋面板厚為0.2 m，橋面鋪裝層厚50～80 mm。

方案二：原泄洪閘上游部份拆除后重建閘室段閘孔與原閘孔兩孔對應一孔，共布置5孔，孔口凈寬8.9 m，中墩厚1.2 m，縫墩厚1.6 m，閘室縱向長11.2 m，閘底高程24.80 m，閘頂高程29.75 m。啟閉平臺頂高程34.75 m，啟閉房屋面高程37.75 m。閘室設工作閘門，采用平板滾動鋼閘門，工作閘門采用QPQ-2×160 kN卷揚式啟閉機啟閉。交通橋上部結構拆除，橋墩加高至設計高程，采用現澆鋼筋混凝土T梁板式橋結構，5跨，跨徑為9.0～9.5 m。交通橋橋面板高程29.96 m，主梁高0.97 m，寬為0.4 m，橫梁高0.6 m，寬為0.3 m，相鄰兩根梁中心距為1.6 m。橋面寬4.5 m，橋面板厚為0.2 m，橋面鋪裝層厚50～80 mm。

根據以上兩種方案的布置，經計算，各方案主要工程量及投資比較見表1。

由表1可知方案一較方案二增加投資66.78萬元；啟閉數量增加5臺，管護工作量大幅增加，因此本次設計選取方案二為推薦方案。

3 泄洪閘加固設計

3.1 泄洪閘布置

根據以上對水閘加固方案的比選，確定本工程采用方案二為加固方案，即水閘兩孔合并一孔方案，本工程總體布置方案如下： 將原泄洪閘上游部分拆除后重建閘室段，加固后仍采用開敞式寬頂堰，與原閘孔兩孔對應一孔，共布置5孔，單孔尺寸8.97 m×3.0 m(寬×高)。閘室上游C25混凝土鋪蓋厚0.5 m，順水流方向長10 m，頂高程24.80 m.下游采用底流消能，消力池長197 m，池深0.8 m，底板厚0.8 m，底板高程20.30 m。消力池與閘室間采用0.4 m 厚鋼筋混凝土陡槽連接，陡槽進口底高程24.80 m，出口高程20.30 m，全長40.5 m，底坡1∶9；消力池后緊接海漫，海漫長49.0 m，前5 m采用C15混凝土，后44.0 m采用M7.5漿砌石砌筑；陡槽下原沖坑采用C15混凝土回填。

表1 兩方案主要工程量及造價比較結果

橋臺擱置寬度為0.5 m。橋面板邊緣每2.0 m設置一個1 .0 m高的C20混凝土欄桿。

閘上渡槽拆除后在閘室上游側改建為豎井式倒虹吸管，進口渠底高程29.10 m，出口渠底高程29.0 m。進出口豎井尺寸為0.8 m×0.8 m，壁厚0.3 m，井底高程為22.5 m，平管為箱涵，長54.0 m，凈空尺寸0.8 m×1.0 m(寬×高)，壁厚0.3 m，管底高程23.0 m。

3.2 地基處理

泄洪閘地基左岸為壤土，右岸為粉質壤土，地基承載力較高，且無軟弱下臥層，不存在閘壩基變形穩定問題。壤土及粉質壤土具弱透水性。但由于閘基與下伏土層接觸部位未處理，存在接觸滲漏問題。根據類似工程，本次閘基防滲設現澆C25混凝土防滲鋪蓋以延長滲徑。現澆C25混凝土防滲鋪蓋設于閘底板上游側，順水流方向長10.0 m，混凝土底板厚0.5 m，頂高程24.80 m，按構造雙向配置Φ12@200溫度筋。閘底板與上游鋪蓋、閘底板與下游消力池底板分縫處用瀝青杉板填實，并設止水銅片。

閘基礎坐落在粉質壤土和壤土層上，滲徑系數C0=5，經計算，混凝土防滲鋪蓋長度滿足防滲要求。

4 相關計算

4.1 泄流能力計算

本工程泄洪閘堰頂高程24.8 m，溢流總凈寬44.5 m。泄流能力復核按閘門全開泄洪時泄流能力計算，泄洪閘按堰流計算，泄流能力計算結果見表2。

根據加固后泄洪閘泄流規模，查上述水位流量關系曲線表，春風閘遇P=5%洪水時，洪峰流量為525 m3/s，相應上游洪水位為27.89 m；遇P=2%洪水時，洪峰流量為704 m3/s，相應上游洪水位為28.56 m。

4.2 閘頂高程計算

泄洪閘閘頂高程計算結果見表3,泄洪閘所需閘頂高程為29.06 m，加固后閘頂高程為29.75 m，閘頂高程滿足要求。

表2 加固后閘址水位流量關系曲線

表3 泄洪閘閘頂高程計算結果 m

4.3 閘室抗滑穩定及基底應力計算

泄洪閘為3級建筑物，泄洪閘基礎為壤土層和粉質壤土層，泄洪閘抗滑穩定及基底應力計算,計算結果見表4。

表4 泄洪閘閘室穩定及基底應力計算成果

由表4可知，泄洪閘閘室抗滑穩定及基底應力均滿足規范要求。

5 結 語

本文針對春風閘存在的問題，結合工程實際情況，通過方案比選，選取了合理的加固設計方案，并進行相關的復核計算，春風閘加固設計方案可供類似泄洪閘加固設計予以借鑒。