南京市江寧區(qū)病險水閘現(xiàn)狀及除險加固對策

袁 靜，盧發(fā)周，張 穎，章二子

(1.南京市江寧區(qū)水務(wù)局，江蘇 南京 211112；2.南京市水利規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇 南京 210006)

1 基本情況

截至2016年底，江寧區(qū)已建成中小型水閘167座。其中，中型水閘10座，小型水閘157座，分屬長江、秦淮河流域。根據(jù)目前已完成安全鑒定的水閘資料統(tǒng)計，全區(qū)中型病險水閘有9座，具體見表1。受當(dāng)年設(shè)計、施工條件限制，木質(zhì)平板連環(huán)閘5座，運行管護(hù)極度不便，需人工進(jìn)入閘室開啟其中一個閘門，在水壓力的作用下，其余閘門由水流沖開，閘門關(guān)閉亦需人工依次關(guān)閉。長期運行下來，連環(huán)閘存在閘門開啟困難的問題，麒麟街道東流連環(huán)閘曾由于手動拉桿式閘門支撐轉(zhuǎn)軸鋼構(gòu)件銹蝕嚴(yán)重，連環(huán)閘門無法及時打開，對上游防洪極為不利，最終采取爆破炸開方式解決泄洪問題。木質(zhì)連環(huán)閘門啟閉費工費時費力，難以保證在汛期根據(jù)汛情隨時調(diào)整水位，已逐漸不適應(yīng)現(xiàn)代水利工程運行管理發(fā)展的需要。

表1 病險水閘數(shù)量統(tǒng)計表

江寧區(qū)現(xiàn)有水閘工程大部分建于20世紀(jì)60～80年代。這部分水閘在運行過程中逐漸出現(xiàn)老化破損等問題，導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的耐久性、安全性、可靠性不足。有些水閘雖在90年代進(jìn)行過加固、改建，但水閘安全隱患依然突出，工程效益得不到充分發(fā)揮。隨著江寧區(qū)都市城鎮(zhèn)防洪圈的提檔升級，大量病險水閘的存在，已成為防汛工作的心腹之患，因此針對性的進(jìn)行除險加固十分必要。本文主要對江寧區(qū)病險中型水閘的現(xiàn)狀問題及加固對策展開論述，并結(jié)合工程實例，對除險加固設(shè)計方案進(jìn)行初步探討。

2 存在問題

結(jié)合已完成安全鑒定的10座中型水閘數(shù)據(jù)資料，對病害情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，存在如下問題：原設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)低，大部分未考慮校核洪水，不符合規(guī)范要求，符合閘頂高程低于設(shè)計洪水位與安全超高的占50%；水閘的過流能力基本能滿足原設(shè)計要求，但不能滿足現(xiàn)行河道防洪規(guī)劃要求，最大過閘流量達(dá)不到設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀水閘數(shù)量占病險水閘總數(shù)的70%;閘室、岸墻和翼墻的抗?jié)B穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求，閘墩由于長期受水流沖蝕及風(fēng)化作用，漿砌塊石表層砂漿塊石勾縫砂漿局部脫落，此類水閘數(shù)量占病險水閘總數(shù)80%;閘下游消能防沖設(shè)施損壞的占80%;閘室抗震滑動穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求的占30%～40%；閘室結(jié)構(gòu)混凝土開裂剝落，砂漿流失，石骨料外露等混凝土老化破損問題；水位、滲流、變形、沉降、裂縫等觀測設(shè)施缺乏問題；閘門電氣設(shè)施缺少或損壞失效、備用電源缺少、啟閉設(shè)備露天放置、通信遙感設(shè)施缺乏、辦公管理用房缺乏等問題的水閘相當(dāng)普遍;存在其他問題(如鋪蓋、工作橋、消力池、護(hù)坡?lián)p壞等)。

3 除險加固的對策

病險水閘除險加固，主要是在現(xiàn)有工程基礎(chǔ)上，通過采取綜合加固措施，消除病險，恢復(fù)和完善水閘應(yīng)有的防洪減災(zāi)和興利效益。

針對江寧區(qū)水閘的病險情況，擬對存在過流能力不滿足要求、閘室滲徑長度不足、抗震穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求、消能防沖設(shè)施嚴(yán)重?fù)p毀、閘墩及翼墻存在繞滲，難以通過大修來除險加固的四類閘采取拆除重建的措施。根據(jù)水文計算成果，重新確定閘室寬度、長度和水閘孔數(shù)，重建閘墩、閘門、啟閉設(shè)備、機電設(shè)備、啟閉機房的閘室段建筑物和上下游連接段建筑物及效能防沖設(shè)施。通過清理閘室上、下游連接段河道淤積，改善順接段過水條件。對滲漏較為嚴(yán)重或閘基座落于軟基上的水閘，進(jìn)行基礎(chǔ)防滲加固處理;增設(shè)水閘管理房，建立完善水閘遙感觀測設(shè)施等。

對病險情況相對較輕的三類閘采取維修加固的措施。根據(jù)具體水閘的病險特征，主要考慮采取閘基及兩側(cè)滲漏加固、上下游沖刷磨損加固、混凝土碳化及裂縫處理、閘門及啟閉設(shè)備維修加固、閘門漏水處理、閘室段底板沖刷的加固、消能設(shè)施沖刷和磨損的加固、下游翼墻護(hù)坡沖刷的修復(fù)、水閘抗震加固等工程措施。

4 加固工程實例

4.1 存在主要問題

姜林閘位于江寧區(qū)趙村水庫溢洪河下游，建于1987年。主要功能為蓄水灌溉，汛期開閘泄洪。該閘建成后，對江寧橫溪街道的防洪、抗旱起了很大的作用。經(jīng)過多年運用，存在下述問題[2]:閘上、下游淤積嚴(yán)重，使行洪能力縮減2/5；漿砌塊石閘墩底部砂漿缺失、透水；工作橋梁板順筋銹脹，混凝土老化，碳化嚴(yán)重；兩側(cè)連環(huán)木閘門選型不合理，中孔混凝土閘門鋼筋外露銹蝕，閘門漏水；啟閉設(shè)備螺桿彎曲，齒輪磨損嚴(yán)重；翼墻墻體開裂，勾縫砂漿脫落；下游翼墻內(nèi)八字形式布置，出閘水流擴散不均，下游河道沖刷嚴(yán)重；閘室穩(wěn)定抗滑、消能防沖均未滿足要求。

4.2 加固設(shè)計方案

姜林閘除險加固設(shè)計方案在閘型選擇方面，進(jìn)行了下臥門和直升門兩個方案比選論證，其中下臥門方案通過閘門開啟角度不同，可實現(xiàn)水位適時調(diào)控，且閘上無高大建筑物，啟閉設(shè)備隱蔽，景觀效益較直升門方案優(yōu)越；但平板直升門方案，近年來在周邊地區(qū)運用較為廣泛，工程經(jīng)驗豐富，閘門運行可靠、檢修方便，工程投資經(jīng)濟，整體維護(hù)成本低，比較而言，更適合江寧區(qū)農(nóng)村水利工程運行管理現(xiàn)狀需要，鑒于此，最終確定姜林閘工程采用直升門方案。

姜林閘的功能及運行特點有以下幾點。平時，上游河道水位維持在高程9.00m；干旱時期，根據(jù)灌溉需求，通過相鄰提水泵站補水，將閘室上游河道水位維持在高程11.70m，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要；汛期，順利排泄上游來水。根據(jù)工程功能定位及及運行調(diào)度原則，為方便運行管理，閘室按3孔設(shè)計，單孔凈寬5.0m，閘底板頂高程8.00m。設(shè)計方案保留原工程維持常水位9.0m要求，在閘室中孔底板設(shè)置1.00m高底坎，底坎采用等腰梯形斷面形式，頂高程9.00m。正常年份，水閘運行調(diào)度可通過開啟兩側(cè)邊孔閘門，關(guān)閉中孔閘門，底坎坎頂過流，將上游河道水位維持在高程9.00m；為便于日常維護(hù)管理，在開啟兩側(cè)邊孔閘門的前提下，通過中孔閘門合理開度8.00～9.00m之間，可實現(xiàn)對閘室上下游的適時沖淤清理。此外，綜合調(diào)節(jié)三孔閘門閘前水位8.00～11.70m之間，可充分發(fā)揮水閘樞紐工程的汛期泄洪、抗旱蓄水等作用。

由于姜林閘地處山丘區(qū)向圩區(qū)過度的山圩混合區(qū)，地形在閘址處有一突降，落差約為3m。工程方案確定原址拆建，有利于降低挖深、節(jié)省造價，但需重點解決一定落差帶來的消能問題。目前，水閘的消能方式主要有底流式、面流式和挑流式消能。消能防沖的布置應(yīng)根據(jù)閘基地質(zhì)情況、水力條件以及控制運用方式等因素綜合確定。經(jīng)過計算分析，除險加固設(shè)計方案采用底流式消能，由于流出消力池的水流紊動現(xiàn)象仍很劇烈，底部流速較大，流速分布未恢復(fù)至正常狀態(tài)，對河床仍有較強的沖刷能力。設(shè)計方案采用挖深式消力池，池深0.5m，池長為33.50m，其中斜坡段14.50m，水平段19.00m，為進(jìn)一步增加消能率，減輕對下游河床及兩岸的沖刷，增加分流墩、消力墩等輔助消能工。設(shè)計方案結(jié)合姜林閘工程實際，在綜合考慮水位流量情況、地質(zhì)條件、消能效果和經(jīng)濟比較等各種因素后，確定在消力池后設(shè)置海漫及防沖槽。經(jīng)計算分析，海漫結(jié)構(gòu)采用生態(tài)石籠，長30.0m，防沖槽采用拋石結(jié)構(gòu)。此外，為滿足江寧區(qū)水利現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展需要，對姜林閘工程配備了各類生產(chǎn)、辦公和生活用房等管理設(shè)施及必要的觀測和通訊設(shè)施。

姜林閘工程主體已于2016年汛前完工，汛期經(jīng)歷了2016年秦淮河流域超歷史暴雨洪水的考驗，對水閘及下游河道起到了較好的保護(hù)作用，防洪減災(zāi)和興利效益已初步顯現(xiàn)。

5 結(jié)語

病險水閘除險加固，主要是在原有工程基礎(chǔ)上，通過工程措施，消除病險，恢復(fù)和完善水閘應(yīng)有的防洪減災(zāi)和興利效益。由于受原閘的限制，加固對策制定往往較為被動，尤其應(yīng)弄清病險狀況，結(jié)合工程特點，研究綜合性加固措施，對病險情況嚴(yán)重的四類閘采取拆除重建的措施，對病險情況相對較輕的三類閘采取修復(fù)加固的措施。

病險水閘險加固后，將使當(dāng)?shù)厝罕娒馐芎樗{，保證人民群眾生命財產(chǎn)安全；通過充分發(fā)揮水閘的防洪、灌溉、排澇等作用，可促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)民增收，有利于改善水閘上下游及兩岸區(qū)域生態(tài)景觀。

初步測算，上述姜林閘經(jīng)過除險加固后，可保護(hù)水閘上下游30hm2流域面積免受洪水威脅，解決橫溪街道許呈村、橫山村大部分丘陵山區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)缺水的問題，對橫溪河灌區(qū)農(nóng)田灌溉和排澇發(fā)揮顯著的作用[9]。

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[3] 姚久經(jīng). 蘇家吉水閘除險加固設(shè)計方案探討[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計, 2015(06): 97- 99.

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[5] 南京市江寧區(qū)姜林連環(huán)閘安全檢測與評價分析報告[R]. 南京水利科學(xué)研究院, 2009.

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[8] SL214- 98. 水閘安全鑒定規(guī)定[S].

[9] 南京市江寧區(qū)姜林閘除險加固工程初步設(shè)計報告[R]. 南京市水利規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司, 2013.