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      鎮(zhèn)渡攔河壩重建工程設(shè)計研究

      2020-01-12 18:28:33毛新強熊芳心
      黑龍江水利科技 2020年12期
      關(guān)鍵詞:泄水閘攔河壩凈寬

      毛新強,熊芳心

      (江西省贛西土木工程勘測設(shè)計院,江西 宜春 336000)

      1 工程概況

      鎮(zhèn)渡攔河壩位于上高縣鎮(zhèn)渡鄉(xiāng)集鎮(zhèn)下游約300m處,攔河壩流域?qū)仝M江水系錦河支流,壩址以上控制區(qū)2109km2,最大泄流量為2943m3/s。設(shè)計和實際灌溉面積500hm2、180hm2,是一座以灌溉、供水為主,兼有水生態(tài)、水環(huán)境等綜合利用效益的中型攔河閘壩工程。鎮(zhèn)渡攔河壩于1967年建成受益,由攔河閘壩、水輪泵站等組成。其中,攔河閘壩屬于漿砌石結(jié)構(gòu),由溢流壩、泄水閘和滑道組成,過流總凈寬213.5m;水輪泵站由進水閘、前池、泵室、前池側(cè)向溢流閘壩等組成,共設(shè)9臺水輪泵,總長度約35m,總寬度約18-27.2m。

      受當時經(jīng)濟、技術(shù)、資金等條件限制,工程布置不合理,施工質(zhì)量差、自然老化、水毀嚴重。水閘先后遭遇1983年、2010年、2012等大洪水,現(xiàn)階段存在的主要問題有:①水輪泵站實際提水能力不夠,實際只能灌溉180hm2,另有320hm2無法灌溉,不能滿足灌區(qū)提水灌溉要求。②鎮(zhèn)渡攔河壩消能防沖不滿足要求,各建筑物基本為漿砌石結(jié)構(gòu),不符合抗沖要求,剝落有孔洞。③繞閘壩滲透穩(wěn)定不滿足要求,易產(chǎn)生繞閘壩滲透破壞,壩體和壩基存在接觸滲漏問題,閘壩漿砌石結(jié)構(gòu)不滿足抗?jié)B要求,有柱狀水滲出。④側(cè)向溢流閘壩基底應(yīng)力不滿足規(guī)范要求。⑤泄水閘疊梁閘門雜亂、破損,無啟閉設(shè)施、無交通設(shè)施。⑥水輪泵站未完建,設(shè)施簡陋,水輪泵老化、破損嚴重。

      綜上分析,鎮(zhèn)渡攔河壩漿砌石和混凝土結(jié)構(gòu)老化、水毀嚴重,不能保證正常蓄水、提水灌溉要求,影響上下游防洪安全,經(jīng)評定攔河壩屬三類閘,現(xiàn)階段迫切需要實施全面的重建。

      2 攔河壩重建工程設(shè)計

      通過正常蓄水位的確定,攔河壩沖砂效果及河勢分析,提水灌溉方式、壩址和壩基確定,閘壩型選擇、過流凈寬及底板高程確定,水輪泵站布置型式、水輪泵機組型號和臺數(shù)確定,前池布置、進場防汛公路確定等,合理設(shè)計重建方案,重建后的鎮(zhèn)渡攔河壩由攔河閘壩、水輪泵站、進場防汛公路等組成[1-3]。

      2.1 攔河閘壩設(shè)計

      攔河閘壩由溢流壩、滑道和泄水閘組成,垂直水流向總寬度226.2m,過流總凈寬211.5m(不含水輪泵站前池)。攔河閘壩基礎(chǔ)坐落在弱-強風化石灰?guī)r及全-強風化粉砂巖上,工程設(shè)計擬拆除重建混凝土左側(cè)溢流壩,右側(cè)溢流壩部位漿砌石堰體外包C25鋼筋混凝土,對右孔泄水閘和水輪泵站前池部位,拆除重建3孔泄水閘。

      2.1.1 溢流壩

      溢流壩被分為左側(cè)溢流壩和右側(cè)溢流壩,樁號分別為壩0-000.5-0+090.1、壩0+090.1-0+204.0,過流寬度分別為90.6m、113.9m。

      1)左側(cè)溢流壩采用C25混凝土折線型實用堰型式,堰頂高程65.5m、堰頂寬0.5m、上游側(cè)鉛直、下游坡1∶1與1∶2與消力池斜坡段銜接。溢流壩每間隔9.5m左右分一橫縫,采用紫銅片止水。

      2)右側(cè)溢流壩采用現(xiàn)有漿砌石外包混凝土方式,仍為折線型實用堰型式,堰頂高程65.5m、堰頂寬2.0m、上游側(cè)鉛直、下游坡1∶1.35與消力池斜坡段銜接。外包混凝土最小厚度0.3m,為保障混凝土與老漿砌石結(jié)合緊密,要求先將溢流壩表面雜物、松散體、易脫落混凝土清除,每間隔5.0m左右刻槽式拆除深約1.1m、寬約1.1m的溢流壩漿砌石。設(shè)計右側(cè)溢流壩每間隔9.5m左右外包混凝土設(shè)一橫縫,設(shè)置紫銅片止水。

      2.1.2 泄水閘

      泄水閘樁號范圍壩0+204.0-0+225.7,總寬度21.7m,過流總凈寬18m,泄水閘共3孔,單孔孔口凈寬6.0m,閘邊墩和縫墩厚0.75m、中墩厚1.1m。閘底板高程均為62.00m,工作閘門凈寬6.0m,高3.8m,采用卷揚啟閉直升鋼閘門型式,檢修閘門采用葫蘆啟閉直升鋼閘門型式,閘門頂設(shè)檢修平臺和啟閉平臺,平臺高程分別為70.86m和77.26m。檢修平臺設(shè)3.0m工作橋(人行橋),上下游兩側(cè)各設(shè)1.2m寬檢修橋(檢修閘門和工作閘門檢修用平臺)。

      2.1.3 攔河壩頂

      針對溢流壩頂、泄水閘和前池進水閘檢修平臺部位、左岸河漫灘地部位,設(shè)置工作橋(兼人行橋),工作橋左端設(shè)左岸防汛通道與鄉(xiāng)村公路相通,右端與右岸進場防汛公路相連[4]。泄水閘和前池進水閘部位利用檢修平臺3.0m寬的工作橋兼作人行橋,橋面高程70.86m;溢流壩頂和左岸河漫灘地部位工作橋(兼人行橋)橋面高程71.16m,橋面寬2.5m,單跨9.5m左右,橋墩厚0.5m。

      2.1.4 溢流壩消力池

      消力池坐落在粉砂巖上,左側(cè)溢流壩消力池底板高程為60.50m,消力池長17.4m、深0.5m,底板厚0.5m;右側(cè)溢流壩消力池底板高程為59.50m,消力池長18.4m、深0.5m,底板厚0.5m;消力池末端設(shè)混凝土護坦,長度10.0m,底板高程分別為61.0m、60.0m,泄水閘等消力池末端為弱風化石灰?guī)r部位取消護坦和防沖槽。

      2.1.5 閘壩兩側(cè)下游段

      溢流壩左側(cè)、前池右側(cè)設(shè)C25混凝土衡重式直墻墻頂,高程65.90m,墻頂采用混凝土隔離墩結(jié)合下垂覆蓋植被進行生態(tài)安全柔性防護,閘壩邊墩設(shè)爬梯。為防止上游土質(zhì)岸坡淘刷塌滑,閘壩上游銜接段設(shè)C15混凝土貼坡式擋墻防護,擋墻頂高程65.90m,墻頂設(shè)下垂覆蓋植被進行生態(tài)安全柔性防護。

      2.2 水輪泵站設(shè)計

      重建后的水輪泵站由前池、主廠房、檢修間、上水管網(wǎng)等組成,布置在現(xiàn)有水輪泵站部位,水輪泵站基礎(chǔ)坐落在弱風化石灰?guī)r上。水輪泵站總長度40.51m,總寬度14.6-28.45m,樁號范圍為壩0+225.70-0+254.15和橫0+000.00-0+040.51,擬對現(xiàn)有水輪泵站部位,拆除重建水輪泵。

      2.2.1 前池

      前池由前池進水閘、前池流道、前池側(cè)向溢流閘壩(前池左側(cè)邊墻)、前池右側(cè)擋土墻等組成。

      1)前池進水閘共設(shè)2孔,每孔凈寬6.0m,閘底板高程62.00m。設(shè)置攔污柵和檢修鋼閘門,凈寬均為6.0m、凈高均為3.8m,攔污柵采用電動葫蘆啟閉,檢修閘門采用卷揚式啟閉機,頂設(shè)檢修平臺和啟閉平臺,平臺高程分別為70.86m和77.26m。

      2)前池流道長20.16m、寬13.1m漸變至20.4m、底板高程由62.0m漸變至61.6m。

      3)前池側(cè)向溢流閘壩總過流寬20.16m,側(cè)向溢流閘壩由側(cè)向溢流壩和側(cè)向沖砂閘組成;側(cè)向溢流壩堰頂高程65.5m,采用薄壁堰型式,頂寬1.5m漸變至2.0m;側(cè)向沖砂閘底板高程61.60m,過流凈寬2.0m,閘門高3.9m,采用螺桿啟閉直升鋼閘門型式,頂設(shè)啟閉平臺,平臺高程為70.66m。

      4)前池右側(cè)擋土墻為C25混凝土衡重式直墻墻頂高程70.86-65.90m,墻頂采用混凝土隔離墩結(jié)合下垂覆蓋植被進行生態(tài)安全防護。墻頂設(shè)2.3m寬親水平臺。為防止土質(zhì)岸坡淘刷塌滑,親水平臺右側(cè)設(shè)干砌塊石仰斜式擋墻防護到堤頂,擋墻頂高程71.10m。前池末端銜接主廠房進水口(一泵一口)[5-6]。

      2.2.2 主廠房

      主廠房內(nèi)布置5臺水輪泵,分別為4臺D100-10B型水輪泵和1臺D60-4B型水輪泵,配手電兩用調(diào)速器,機組間距分別為4.6m和3.52m,內(nèi)設(shè)1臺10tLB型防爆電動單梁起重機。主廠房長21.9m(垂直河道水流向,不含檢修間長度)、寬12.15m(不含前池部位)。主廠房由進水口(設(shè)攔污柵、檢修閘門,一泵一口)、水輪泵泵室、尾水管、泵室工作平臺等組成。

      主廠房各個部位主要高程:尾水管底板高程(D100-10B型水輪泵)、61.76m(D60-4B型水輪泵),水輪泵引水室底板高程63.60m、水輪泵轉(zhuǎn)輪高程62.743m(D100-10B型水輪泵)、63.704m(D60-4B型水輪泵),泵室工作平臺(檢修間)高程70.66m,吊軌高程78.11m,主梁底高程79.13m。

      2.2.3 檢修間

      檢修間布置在主廠房的右側(cè),檢修間長10.40m、寬6.55m。

      2.2.4 水上管網(wǎng)

      上水管網(wǎng)布置在主廠房下游側(cè)。其中1臺D60-4B型水輪泵采用DN300、δ=8鍍鋅鋼管(廠房內(nèi))結(jié)合球墨鑄鐵管(土內(nèi)埋管)上水管提水至低干渠渠首,渠首設(shè)長5.0m、寬1.0m、深1.50m的C20鋼筋混凝土出水池,低干渠渠首銜接段為拆除重建C20混凝土渠道。低干渠渠首底高程70.40m,過流凈寬1.0m、凈高0.7m,渠道縱坡降0.0004。

      4臺D100-10B型水輪泵采用DN350、δ=8鍍鋅鋼管上水管并聯(lián)成兩根DN500鍍鋅鋼管(廠房內(nèi))結(jié)合球墨鑄鐵管(土內(nèi)埋管)上水管提水至高干渠渠首;現(xiàn)有高干渠渠首渡槽拆除,上水管由原先的引水至渡槽改為引水至高干渠渠首;高干渠渠首設(shè)長10.0m、寬2.0m、深1.50m的C20鋼筋混凝土出水池。高干渠渠首底高程82.40m,過流凈寬2.0m、凈高1.0m,渠道縱坡降0.0009。

      上水管設(shè)止回閥、手動閥門、壓力表、伸縮節(jié),各管道間通過短管、彎管、異型管、三通管等采用法蘭盤方式連接。

      2.3 進場防汛公路

      從攔河壩右岸下游設(shè)置進場防汛公路,首先沿鎮(zhèn)南水右岸拓寬改造320.8m的邊山公路,然后設(shè)置跨鎮(zhèn)南水涵閘(鎮(zhèn)南水出口部位)。

      1)攔河壩頂(含溢流壩頂、泄水閘和前池進水閘檢修平臺部位、左岸河漫灘地部位)設(shè)置工作橋(兼人行橋),工作橋左端設(shè)左岸防汛通道(兼左岸人行道)與鄉(xiāng)村公路相通,右端與右岸進場防汛公路相連。

      2)進場防汛公路長320.8m,采用4.0m寬C25混凝土路面,兩側(cè)各設(shè)0.5m土路肩。計算行車速度為20km/h,一般拐彎半徑30m,極限轉(zhuǎn)彎半徑15m。

      2)跨鎮(zhèn)南水涵閘箱涵坐落在砂卵石層上,共3孔,每孔凈寬2.5m、凈高4.0m、壁厚0.3m。交通橋方案橋總長8.66m、橋面寬8.0m,橋臺2個、高10.5m,進出口兩岸設(shè)置一定長度段衡重式擋土墻。交通橋方案對鎮(zhèn)南水泄流基本沒影響。

      4)考慮到防汛公路交通要求而設(shè)置跨鎮(zhèn)南水箱涵,而其排澇功能非需要考慮的功能,故不考慮閘門、啟閉機的安裝,需另行籌措資金安排其實施。但考慮上下游銜接和土堤擋土等要求,仍需完成閘室(含閘底板、閘墩、檢修平臺、啟閉框架等)鋼筋混凝土、閘門預(yù)埋件等。

      2.4 其他設(shè)施

      攔河壩需設(shè)置監(jiān)測、管理、交通、辦公用房、動力線路等設(shè)施,其中包括溫度、雨量、水位、流速、滲流以及變形等監(jiān)測設(shè)施[7-9]。

      3 安全監(jiān)測設(shè)計

      3.1 變形監(jiān)測

      水平位移采用經(jīng)緯儀視準線法或全站儀進行監(jiān)測,滑道、泄水閘、前池進水閘、前池側(cè)向溢流閘壩、水輪泵站廠房、跨鎮(zhèn)南水涵閘等每分縫段各設(shè)4個測點(上下游兩側(cè)各1個測點),溢流壩每間隔1-2跨分縫段設(shè)4個測點,攔河閘壩和水輪泵站的右側(cè)土堤設(shè)6個測點,建筑物上下游兩側(cè)擋土墻各設(shè)1個測點,共7個測點,共55個。在兩岸各布置3個工作基點和1個校核基點。

      攔河壩垂直位移采用精密水準法進行監(jiān)測,垂直位移監(jiān)測點與水平位移監(jiān)測點共用。在壩址附近地基穩(wěn)固可靠處布設(shè)3個水準基點與工作基準點共用。

      3.2 滲流監(jiān)測

      揚壓力(浸潤線)監(jiān)測在泄水閘設(shè)2個橫斷面,溢流壩每間隔1-2跨分縫段設(shè)1個斷面(布置在工作橋橋墩部位),溢流壩左端防滲刺墻部位設(shè)1個斷面,側(cè)向溢流閘壩設(shè)1個斷面,水輪泵泵室段(主廠房)設(shè)3個斷面,檢修間設(shè)1個斷面,右側(cè)土堤設(shè)3個斷面,涵閘設(shè)2個斷面,共20個斷面。每個橫斷面布設(shè)3根測壓管。

      3.3 環(huán)境量監(jiān)測

      在攔河壩上下游各設(shè)1套自計水位計,要確保能監(jiān)測到最高和最低水位。在自計水位計旁邊設(shè)搪瓷水尺,進行人工監(jiān)測,其它部位設(shè)5根搪瓷水尺,另需設(shè)置溫度計2根、自計雨量計1套。

      4 結(jié) 論

      文章依據(jù)鎮(zhèn)渡攔河壩安鑒結(jié)論、地勘成果,并結(jié)合建設(shè)運行情況,認為鎮(zhèn)渡攔河壩水毀破損嚴重。綜合考慮環(huán)境保護、城市景觀、防洪安全等要求,科學設(shè)計重建工程方案:拆除重建混凝土左側(cè)溢流壩,右側(cè)溢流壩部位漿砌石堰體外包C25鋼筋混凝土,拆除重建3孔泄水閘;針對水輪泵站部位,拆除重建水輪泵站;拓寬改造從鎮(zhèn)南水右岸進場的邊山防汛公路(含跨鎮(zhèn)南水涵閘)。該設(shè)計方案在技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理,具有使用維護方便、環(huán)保、安全、可靠等優(yōu)點,可為其他類似工程除險加固設(shè)計提供借鑒。

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