曹村一號閘除險加固工程設(shè)計研究

張春明

（汕尾市水利水電建筑工程勘測設(shè)計室，廣東 汕尾 516600）

1 工程概況

1.1 工程現(xiàn)狀

曹村一號閘工程修建于1996年，位于臨沭縣臨沭街道振興街社區(qū)處，其洪峰流量550.00 m3/s，正常擋水位53.90 m，蓄水量11.78萬m3。閘址位于蒼源河中泓樁號19+870處。閘軸線大體為東西走向，閘址處河底高程50.90 m左右，主河槽寬170.00 m左右?，F(xiàn)狀曹村一號閘閘址距上游曹村二號閘450.00 m，下游距常林東大街跨蒼源河橋900.00 m，距下游后楊樓閘約510.00 m，河道比降為1/550。

1.2 存在問題

1）曹村一號閘主河槽過窄，過水凈寬不足，閘室連接兩岸的攔河土石壩及工作橋阻水嚴重，嚴重影響蒼源河安全行洪。

2）閘墩及排架均為漿砌石結(jié)構(gòu)，閘墩及排架砌石局部存在風化破損，砌縫比較完整，偶見砂漿開裂剝落。

3）岸墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場檢查上游左、右岸漿砌石護坡部分勾縫砂漿開裂剝落，下游左、右岸漿砌石擋墻部分勾縫砂漿開裂剝落。

4）調(diào)節(jié)閘啟閉機機架、蝸輪、蝸桿等主要構(gòu)件配備不齊全，螺桿彎曲，現(xiàn)狀僅采用人力簡易啟閉。

5）翻板閘門門體扭曲、面板彎曲變形，支鉸銹蝕導致閘門翻轉(zhuǎn)不暢，無法正常啟閉。

1.3 安全檢測與復核

臨沂市水利局于2021年5月對曹村一號閘進行了安全鑒定核查，同意將其安全類別綜合評定為Ⅳ類閘的鑒定意見。

根據(jù)SL 214-2015《水閘安全評價導則》，通過復核，曹村一號閘的防洪標準、滲流標準和抗震安全均不滿足要求，存在嚴重問題，需要拆除重建。

2 攔河閘工程設(shè)計

該工程攔河建筑物擋水高度小于5.00 m，根據(jù)工程實際情況和工程經(jīng)驗[1-3]，選取平面提升閘、橡膠壩、鋼壩閘3個方案進行比選。

2.1 鋼壩閘方案

鋪蓋段順水流方向長8.00 m，垂直水流方向?qū)?2.80 m，由C30鋼筋混凝土建造而成，其厚度為0.40 m，底板頂高程50.40 m；鋪蓋上下游均設(shè)置齒墻，上游齒墻深0.80 m，下游齒墻深0.80 m。兩岸的翼墻均由C30鋼筋混凝土建造而成。

閘室段順水流方向長15.00 m，每個孔凈寬22.00 m，總凈寬88.00 m，閘室段總寬94.80 m。壩高3.00 m，縫墩寬1.60 m，邊墩寬1.00 m，縫墩內(nèi)設(shè)分縫和止水，墩頂高程55.20 m；啟閉機室設(shè)置在底板內(nèi)，長11.97 m，寬2.00 m，啟閉機室底板厚1.00 m。將城門洞型的檢修廊道設(shè)置在底板上游的側(cè)面位置，寬1.50 m，高2.20 m，廊道與啟閉機室連接。上游側(cè)與下游側(cè)的閘底板頂部高程分別為50.90 m與50.00 m；縫墩、邊墩和底板均由C30鋼筋混凝土建造而成。

消力池總長14.00 m、深1.00 m，采用C30型號鋼筋混凝土，其底板厚度設(shè)置為0.60 m，于底板下方設(shè)置由C15混凝土建造而成的厚度為0.10 m的墊層；兩個側(cè)邊的翼墻由C30鋼筋混凝土構(gòu)成，其墻頂高程為55.20 m。

海漫段順水流方向長15.00 m，M10漿砌塊石結(jié)構(gòu)，厚0.40 m，下部設(shè)0.20 m厚的碎石墊層；海漫上下游設(shè)齒墻，上游齒墻深0.80 m，下游齒墻深2.50 m。兩岸改建擋土墻與下游堤防平順銜接。

2.2 橡膠壩方案

橡膠壩總寬度91.00 m，共2節(jié)，單節(jié)凈寬44.00 m，壩高3.00 m，設(shè)計內(nèi)壓比1.4；橡膠壩沿著水流方向的長55.50 m，有8.00 m長的鋪蓋和11.50 m長的壩底板；消力池段長16.00 m，海漫順水流方向長15.00 m。

上游連接段左、右兩岸均由C30鋼筋混凝土構(gòu)成，平面采用圓弧與直線結(jié)合的形式，擋土墻上游端與原護砌擋土墻銜接，下游端與鋪蓋段岸墻銜接。由C30鋼筋混凝土建設(shè)的鋪蓋長8.00 m，其底板的頂部高程50.90 m，厚0.40 m，其下設(shè)置了1層由C15素混凝土建造而成的厚度為0.10 m的墊層。根據(jù)地勘成果，河道49.50 m高程以上為1層淤泥，設(shè)計墊層以下0.50 m采用開挖料換填。鋪蓋前端齒墻下設(shè)置由C30混凝土建造而成的齒墻。上游翼墻采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，由C30鋼筋混凝土建造而成，其頂部寬0.50 m、頂部高程55.20 m，頂部設(shè)1.20 m高欄桿防護。

壩室段底板由C30鋼筋混凝土建造而成，順著水流方向的長度為11.50 m，厚度為1.00 m，壩底板高程50.90 m。在壩底板的上游與下游處均設(shè)置了厚度為0.50 m的齒墻。在壩底板的下部設(shè)置了1層由C15混凝土建造而成的厚度為0.10 m的墊層。

消能防沖段分為陡坡段和水平段。陡坡段采用C30鋼筋混凝土，長5.00 m，厚0.60 m，坡度1∶4，高程由50.90 m漸變至49.90 m。陡坡段上、下游端設(shè)齒墻，底部寬0.50 m。消力池兩岸岸墻采用懸臂式結(jié)構(gòu)，均由C30鋼筋混凝土建設(shè)而成，岸墻底板底部設(shè)0.10 m厚的C15混凝土墊層。水平段采用C30鋼筋混凝土，長10.40 m，厚0.60 m，池深1.00 m。水平段在上游部分埋設(shè)φ100 PVC排水孔，間距1.50 m，梅花狀布置。消力池陡坡段及水平段底部設(shè)反濾層。下游海漫順水流向長15.00 m，底板厚0.40 m，采用M10漿砌塊石，0.20 m厚的級配碎石墊層。海漫末端采用1∶10坡度與河道平順銜接。海漫上下游設(shè)齒墻，下游齒墻深2.50 m，末端設(shè)5.00 m長拋石防沖槽。兩岸平面型式采用直墻的形式，改建擋土墻與下游堤防平順銜接。

2.3 平面提升閘方案

閘址處河道寬160.00 m，水閘總寬104.28 m，邊墩寬1.00 m，中墩寬1.20 m，縫墩寬1.60 m，閘門凈寬10.00 m，共設(shè)置9孔，閘孔總凈寬90.00 m。

上游連接段由鋼筋混凝土鋪蓋和翼墻構(gòu)成，其中鋪蓋的長度為8.00 m，底板的頂部高程50.90 m，厚0.40 m，其下設(shè)置了1層由C15素混凝土建造而成的厚0.10 m的墊層。根據(jù)地勘成果，河道49.50 m高程以上為淤泥，設(shè)計墊層以下0.50 m采用水泥土換填。鋪蓋前端齒墻下設(shè)C30混凝土截滲齒槽，嵌入全風化層。上游翼墻的結(jié)構(gòu)形式為懸臂式，由C30鋼筋混凝土建造而成，其頂部寬度為0.50 m，頂部高程55.55 m，頂部設(shè)1.20 m高欄桿防護。

閘室段由C30鋼筋混凝土整體建造而成，底板的頂部高程50.90 m，檢修平臺頂高程55.80 m，采用平面鋼閘門；閘室順水流方向長11.50 m，垂直水流方向?qū)?04.28 m，邊墩和中墩的厚度分別為1.00 m和1.20 m，縫墩寬1.60 m。閘室兩側(cè)回填壤土，設(shè)計壓實度不小于0.95，滲透系數(shù)不大于1×10-4cm/s。結(jié)合現(xiàn)狀閘兩岸堤頂?shù)缆?，考慮連接兩岸城市休閑娛樂公園，閘前設(shè)置人行交通橋兼顧檢修橋，設(shè)計橋?qū)?.50 m。交通橋為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋兩側(cè)設(shè)護欄高1.20 m，欄桿基座處設(shè)有排水管。閘墩上部為C35鋼筋混凝土排架，將啟閉機房設(shè)置在其上部位置。

下游連接段消力池為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，挖深式消力池池深1.00 m，總寬101.28 m，順水流方向長16.00 m，其中斜段長5.00 m，坡度1∶4，水平段長10.40 m。消力池池底高程49.90 m，底板厚0.60 m，水平段設(shè)排水管。下游海漫順水流方向長15.00 m，底板由M10漿砌塊石建造而成，其厚度為0.40 m，0.20 m厚級配碎石反濾。海漫下游設(shè)拋石防沖槽，厚2.50 m，長5.00 m。海漫末端采用1∶10坡度與河道平順銜接。下游連接段兩側(cè)均設(shè)置懸臂式擋土墻，由C30鋼筋混凝土建造而成，其頂部寬0.50 m，頂部高程54.70 m，頂部設(shè)1.20 m高欄桿防護，與現(xiàn)狀漿砌石擋墻平順銜接。

3 方案選定

3.1 優(yōu)缺點比較

1）方案Ⅰ—鋼壩閘。優(yōu)點：可形成溢流水面，生態(tài)、景觀效果好；阻水小，抗沖擊能力強；升壩、降壩運行速度快；壩體對地基承載力要求較低，抗震性能好；人行便橋布置簡單；工程總投資適中。缺點：液壓系統(tǒng)較復雜，后期管理要求高，液壓油需定期更換；液壓系統(tǒng)易漏油、污染水質(zhì)；金屬結(jié)構(gòu)安裝精度要求高，所需施工工期較長；閘室結(jié)構(gòu)較復雜，土建工程量較大。

2）方案Ⅱ—橡膠壩。優(yōu)點：可形成溢流水面，生態(tài)、景觀效果好；河道阻水最??；施工難度低，土建工程量少，工期短；控制系統(tǒng)僅由水泵和閥門等組成，運行管理方便；壩體自重輕，對于地基的承載力要求較低且抗震性能較好；結(jié)構(gòu)較為簡單，節(jié)省建筑材料的同時工程總投資較少。缺點：壩袋抗老化能力、材料耐久性較差，易受河道漂浮物刺傷和機械損壞，壩袋使用10～15年更換一次壩袋，后期維護費用高；泄洪時塌壩時間較長；該工程需壩前單獨布置人行便橋，與濕地公園生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性差；不便于靈活控制閘上蓄水位。

3）方案Ⅲ—平面提升閘。優(yōu)點：泄洪提升快，安全可靠性強；鋼閘門堅固，不易遭人為損壞，耐久性好，壽命長；閘門控制運用靈活、方便；結(jié)構(gòu)易于交通橋布置；橋頭堡及啟閉機房可結(jié)合建筑造型，氣勢恢弘。缺點：閘墩多，占用河道斷面較大；建筑高度較高，不利于抗震；橋頭堡及啟閉機房較高，河道上下游視野不通透；土建工程較多，所需工期長，工程總投資最高。

3.2 投資對比

分別估算每個方案4個方面的投資金額，結(jié)果見表1。

表1 不同方案概算投資表 萬元

綜上所述，鋼壩閘既能滿足人行交通橋布置，投資適中，又能滿足生態(tài)水域要求，運行管理方便，符合“以水定城、以水定人”的城市規(guī)劃理念，故初設(shè)選定鋼壩閘作為此次工程選定的建筑物型式，為類似閘門的除險加固工程提供了參考。