西五官攔河閘除險加固工程設計

張顯龍

(朝陽縣河道管理所，遼寧 朝陽122000)

1 工程概況

西五官攔河閘位于凌源市城關街道四五官，1999 年由水利勘測設計隊設計，凌源市農水科施工，于2000 年完工并交付使用，主要功能為灌溉和防洪。

工程投運至今未經歷較大洪水，但是受經費缺乏的影響，日常管理和維護工作難以得到有效開展，每年雖進行大量的清淤工作，但效果并不顯著。

該攔河閘工程主要由右岸水力自動翻板閘、左岸溢流壩、左右岸引水閘及上下游防護堤組成:

1)水力自動翻板閘。

翻板閘門高1.5 m，閘孔總凈寬70 m(共10 孔)，包括面板、支臂、支座、聯(lián)動裝置等部分。除聯(lián)動裝置采用鋼結構外，其余均為鋼筋混凝土結構。

2)溢流壩。

溢流壩長約80 m，為土石結構，經多年運行后已出現(xiàn)破損，嚴重影響壩身安全。

3)引水閘。

引水閘為單孔穿堤涵洞式，涵洞凈寬1.2 m，高1.0 m。

4)防護堤。

左岸護坡總長81 m，由上游至下游依次為30 m干砌石護坡、51 m漿砌石護坡;右岸護坡總長200 m，由上游至下游依次為60 m干砌石護坡、54 m漿砌石護坡和86 m干砌石護坡。

2 除險加固工程的必要性

依據《水閘安全鑒定規(guī)定》(LS214—98)，遼寧省水利水電科學研究院對西五官攔河閘進行安全鑒定，并形成了《凌源市西五官攔河閘進行安全鑒定報告書》，將西五官攔河閘安全類別評定為四類，具體鑒定結論如下:

1)工程過流能力不足，無法滿足本河段防洪要求。

2)翻板閘閘門、底板、支墩、翼墻等構造物嚴重損壞，無法正常運行。

3)進水閘閘門全部丟失，無機電設備、無啟閉機、無觀測設施。

4)閘室滲透穩(wěn)定未能滿足相關要求，消能防沖設施完全損壞。

5)混凝土強度、凍融、炭化、剝蝕局部未能滿足相關要求。

6)閘前淤積深度超過1.5 m，大部分位置與閘門頂部齊平［1－3］。

總的來說，沉陷變形問題、穩(wěn)定問題、滲漏問題、閘前淤積問題是西五官攔河閘的主要病險問題，不僅對其使用功能的發(fā)揮造成嚴重的影響，而且對下游地區(qū)人民群眾的生命財產安全構成一定威脅，急需進行治理。

3 工程布置及主要建筑物加固設計

3.1 設計原則與依據

根據西五官攔河閘的實際情況，本次除險加固設計采用以下原則:

1)嚴格根據工程規(guī)劃及相關文件的要求進行設計。

2)設計成果需滿足國家和水利水電行業(yè)現(xiàn)行的規(guī)范與規(guī)程［4－6］。

3)水閘防洪設計:

水閘泄洪能力設計以河道防洪標準為依據;由于早年河道防洪規(guī)劃已經考慮水閘的影響，因此除險加固設計中，水閘泄洪能力不低于原水閘標準;需進行河道清灘(淤)。

4)引水閘設計:

引水閘規(guī)模沿用原有設計，在滿足引水灌溉流量要求的同時，確保泄流、過流能力不小于原閘;引水閘閘室、閘門、上部結構、啟閉設備重新設計，閘底板上部混凝土需鑿除置換，效能防沖設施整體拆除重建［7］。

5)引水閘啟閉設備選擇手電兩用螺桿啟閉機。

6)水利自動翻板閘設計:

結合翻板閘實際情況，處理原則為拆除新建，并于下游增設消能防沖設施;考慮原水力自動翻板閘依靠水力開閉閘門，無需人為開閉，因此新建翻板閘選用液壓自動翻板閘。

7)溢流壩設計:

結合溢流壩實際情況，處理原則為拆除原有土石結構，增設消能防沖設施，與右岸翻板閘統(tǒng)一新建液壓自動翻板閘。

3.2 閘型與軸線的選擇

3.2.1 攔河閘軸線

本次設計是將原閘拆除后新建攔河閘，因此攔河閘軸線沿用原有軸線。

3.2.2 攔河建筑物形式

本攔河閘原有壩型為水力自動翻板閘，因此備選壩型包括水力自動翻板閘、液壓翻板閘和橡膠壩。

水力自動翻板閘具有成本低、操作簡單、便于維護等優(yōu)點，但本河道泥沙含量較大，隨著使用時間的延長，淤積問題將會使部分閘門無法正常開啟，因此予以排除。

橡膠壩具有成本低、安裝簡易、塌壩后阻水建筑物少等優(yōu)點，但同時也存在使用年限較短、運行維護費用較高、泵房投資較大等缺陷，為確保運行可靠性予以排除。

液壓翻板閘具有使用年限長、可靠性高、便于管理維護、調節(jié)靈活等優(yōu)勢，但初期投資較高，金屬結構安裝工作量較大。

經過綜合考慮并參考業(yè)主意見，本攔河閘最終選用液壓翻版閘型式［8－9］。

3.3 引水閘

引水閘設計原則為加固后過流能力不低于原有水平，孔口底高程為原設計高程376.20 m，仍采用單孔，孔口凈高1.00 m、凈寬1.20 m。

引水閘閘址位于左右岸，基礎為砂礫石，閘室結構需同時滿足自身穩(wěn)定性與應力要求。為方便工程管理與操作，引水閘型式為穿堤涵型式、鋼筋混凝土結構，采用手電兩用的螺桿啟閉方式，閘門選用平板鋼閘門［10－11］。

3.4 工程總體布置

西五官攔河閘閘室段總長156.80 m，共有17孔，閘門凈寬8 m，每2 孔閘墩設置一沉降縫，分縫處閘墩寬1.5 m，不分縫處閘墩寬0.8 m;左右邊墩寬1.2 m，分別于兩岸堤防、擋土墻形成平臺，控制泵房設置于右岸下游側擋土墻回填平臺處。

3.5 閘室結構布置

3.5.1 閘室形式

為滿足汛期泄洪要求，采用開敞式閘室，堰型采用寬頂堰。

3.5.2 閘底板頂高程

為兼顧基礎抗凍以及減少淤積的要求，確定閘底板頂高程為375.50 m。

3.5.3 閘門尺寸

根據引用灌溉流量時對上游水頭的實際要求，攔河閘設計擋水高度確定為1.60 m，閘門向上游傾斜擋水(傾斜角45°)，垂直擋水高度1.60 m，閘門凈寬8 m。

3.5.4 閘墩布置

閘墩包括三種尺寸，左、右邊墩厚1.20 m，底板每兩孔一分縫，分縫位置在中墩上，分縫中墩厚1.5 m共8 個，不分縫中墩厚0.8 m共8 個。

由于閘墩上部需設置人行橋，所有中墩與底板長8.00 m，上游端頭采用半圓形，半徑隨墩厚而變化;下游端頭半圓形。分縫中墩上、下游連接處設置651 型橡膠止水帶，閘墩頂高程378.10 m。

3.6 人行橋設計

為滿足液壓啟閉機操作和檢修的實際要求以及方便兩岸交通，于閘墩上設置人行橋一座。橋面高程381.22 m，與兩岸防護堤平順連接［12］。

人行橋采用混凝土槽型板橋，橋面凈寬3 m，鋪裝層采用C30 小石混凝土，最小厚度0.07 m，橋面橫向坡比1%，以利于橋面排水。梁板高0.70 m，寬0.8 m，單跨布設4 道梁。

人行橋單跨長度9.10 m，共計17 跨，全場155.60 m(包括縫寬)，橋面欄桿采用金屬欄桿。

3.7 擋土墻設計

左右岸擋土墻分別位于左右岸邊墩上、下游，采用懸臂式鋼筋混凝土擋土墻，混凝土標號C20W4F200。

左岸擋土墻上、下游段長度分別為17.89 m、23.44 m，墻頂設計高程380.28 m，最大墻高7.58 m，墻后回填與墻頂等高。下設素混凝土墊層10 cm，墻后設置豎向、橫向排水盲溝。

右岸擋土墻上、下游段長度分別為14.94 m、24.54 m，墻頂設計高程380.28 m，最大墻高7.58 m，墻后回填與墻頂等高。下設素混凝土墊層10 cm，墻后設置豎向、橫向排水盲溝［13］。

3.8 引水閘設計

為滿足灌溉需求，在攔河閘左右岸設置流量為1 m3/s的引水閘，由于設計流量相同，因此左右岸引水閘的閘門尺寸、涵洞尺寸以及進口底高程均采用相同設計。

引水閘進、出口底板高程分別為376.20 m、376.05 m，涵洞底坡為1%，閘室段與涵洞總長15 m，進出口均為鋼筋混凝土鋪砌，鋪砌厚度為0.2 m。

3.9 河道清灘設計

河閘附近河床淤積問題較為嚴重，不僅減少了進水閘取水量，同時也會削弱行洪能力，因此需進行適當的疏浚清淤。

根據本工程實際情況，同時結合除險加固工程布置，確定閘0－160 m ～0+160 m 樁范圍內除建筑物外的河道需要清灘。其中，上游閘0－160 m ～閘0－010 m樁號需清灘至375.50 m高程;下游閘0+056 m ～閘0+160 m樁號需清灘至375.20 m高程，河床兩側清灘開挖邊坡為1∶2。

3.10 護岸設計

為確保兩岸邊坡在清灘后的穩(wěn)定性，需對攔河閘0－160 m ～閘0+160 m 的河岸邊坡采取防護措施(攔河閘范圍內除外)。護坡采用厚度為0.3 m 的格賓石籠，下設厚度為0.2 m 的砂礫石墊層，下格賓石籠與河道內海漫相接。

4 結 語

西五官攔河閘除險加固工程施工結束后，工程設計的各項目標與要求均得到實現(xiàn)，施工質量良好，長期以來影響攔河閘使用效能正常發(fā)揮的各類問題得到了有效解決，工程取得了良好的社會和經濟效益。

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