辽宁省浑河闸消能工抢险应急工程设计

李国栋，徐 峰

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，110006，沈阳）

一、工程概况

浑河闸位于浑河中下游，担负着沈阳城市的防洪任务。工程按50年一遇洪水设计，设计上游水位36.70m，流量为4074 m3/s；按300年一遇洪水校核，校核水位38.20 m，流量6083m3/s；正常挡水位35.00 m。浑河闸枢纽工程等级为Ⅰ等，其相应的主要水工建筑物为1级。

浑河闸工程主体由拦河闸、浑沙、浑蒲进水闸三大部分组成，其中拦河闸为宽顶堰，共22孔，孔高8.2m，宽10 m；闸底板高程31.5 m，闸总宽257.4 m。拦河闸为二级消能，二级消力池长分别为8.5 m和11.3 m，消能防冲总长106.8m。

至2005年4月，由于浑河闸下游河道大量采砂，造成河道下切严重。从闸下80m实测断面看出，主河槽最低处高程已达到22.7m，浑河闸成为名副其实的悬闸。原设计下游河道高程为27m，河道下切近5m。因此造成二级消能防冲设施严重破坏。从现场勘查来看，海漫下沉近2 m，防冲槽大部分已破坏，原二级消力池9m长护坦下部下游侧已淘空近4.5m。如不及时处理，将威胁消力池及高速公路桥的安全（桥墩桩底高程25 m），进而威胁大闸的安全。浑河闸一旦失事，将对沈阳市的防洪安全造成致命威胁。

二、抢险应急工程设计

1.设计难点

鉴于该工程的重要性和工程实施的紧迫性，工程设计的难点主要体现在以下几个方面：

①设计方案必须保证2005年春灌放水安全；②设计方案必须满足2005年度汛的需要，确保高速公路及闸体安全；③设计方案必须满足施工期的要求，即2005年6月20日主汛前必须完成应急部分，汛后进行的消能防冲设施全面改造必须在2006年5月以前完成；④设计方案必须充分考虑下游河道继续下切的可能性；⑤设计方案必须充分考虑与下游两岸堤防的衔接；⑥设计方案必须结合现有工程实际，科学合理，有的放矢，节省投资。

在克服以上困难的前提下，经过多方论证，工程分为汛前和汛后两期实施，汛前设计必须保证安全度汛，汛后进行消能防冲设施的全面改造。

2.工程设计

（1）浑河闸消能工度汛抢险应急工程设计（汛前）

①混凝土护坦板设计。23m长混凝土护坦板水毁区的原混凝土先破碎，回填砂砾料压实，压实后相对密度不应低于0.70。然后铺设土工布，浇筑混凝土，混凝土指标为C25F200，混凝土顶高程为27.0m。混凝土分缝采用2cm厚沥青木板隔缝，混凝土护坦采用φ50PVC排水管，间距1.2m。

②跌水消能工设计。混凝土护坦板后接二级跌水消力池。消力池长18.5m，一级台阶高1.0 m、宽1.5 m，二级台阶高1.5m、宽1.5m。在消力池末端设宽1.0 m、高1.0 m的挑坎。二级跌水消力池由下到上依次为砂砾料、土工布、0.5 m厚C25F200混凝土垫层、1.5m厚C25F200混凝土底板。混凝土护坦板与二级跌水消力池接合处采用橡胶止水胶条止水。

③土工模袋设计。海漫水平临时防护采用铰链式土工模袋，厚40 cm，幅宽 12 m，长度 20 m，充填 C25F200商品混凝土。模袋混凝土头部采用φ127钢管穿在预留的袋内，然后放在两排φ25预埋插筋之间，水平通常布φ16钢筋、φ25钢筋焊接压住钢管，最后浇筑500 mm厚C25F200混凝土固定。模袋混凝土内沿水流方向布设φ10的铰链绳，间距500 mm，缠绕在钢管上；模袋混凝土每个块体内垂直水流方向布设2φ10的铰链绳。将混凝土模袋末端置于防冲槽内，用原有混凝土预制块压住。定期检查防冲槽冲刷情况，汛期应加强检查，若发现冲刷继续扩展应及时采用抛石处理。

冲沙闸两岸护坡斜坡段及顶部3.0m宽水平段采用矩形土工模袋，厚20 cm；底部水平段为铰链式土工模袋，厚40 cm，与河床部位模袋搭接。模袋混凝土两岸护坡顶边缘加型钢和φ25钢筋，表层浇筑钢筋混凝土，防止模袋混凝土下滑。

（2）浑河闸消能工抢险应急工程设计（汛后）

①度汛情况。浑河闸2005年消能工度汛抢险应急工程设计及施工于当年6月底完成。2005年汛期经受了较大洪水的考验，最大洪水流量3 690 m3/s，接近50年一遇设计流量4074m3/s。尽管临时防护的铰链式模袋混凝土海漫局部发生破坏，但并没有危及新建的三级跌水消力池，大闸和高速公路安全度汛，说明2005年的防汛抢险工程起到了应有的作用。

经过2005年的洪水，浑河闸下游主槽下切3～4m。为满足正常安全运用要求，有必要采取进一步的工程措施，确保大闸、沈大高速公路桥和两岸堤防的安全。

②加固方案。在现有三级消力池下接8.0m长混凝土水平护坦板，护坦板后修建第四级跌水消力池，池底高程17.5 m，池深1.5 m，消力池挑坎底部修建钢筋混凝土防淘齿墙，根据河道下切趋势及冲刷深度计算，齿墙底高程为10.0m。防淘齿墙后接抛石防护，抛石底高程15.0m。定期检查抛石冲刷情况，汛期应加强检查，若发现冲刷继续扩展应及时采用抛石处理。

（3）浑河闸下游两岸套堤防护工程设计

根据浑河闸下游两岸套堤的实际冲刷情况，结合浑河闸2005年消能工度汛抢险应急工程设计，采用模袋混凝土对水毁套堤进行防护设计。

三、新工艺和新材料及其先进性

在该项工程设计中应用了大量的新工艺和新材料，其先进性主要体现在：

①多级跌水式消能在河道大型高悬空状水闸工程中的应用。在我国河道大型水闸工程中，消能工大都采用传统的底流式，而浑河闸消能工应急工程根据工程实际情况，将多级跌水式消能成功应用到大流量、大宽度的大型水闸中，不但解决了消能问题，使上下游河道衔接，水流平顺，而且大大节省了投资。

②钢筋混凝土防淘齿墙在河道大型水闸工程消能防冲设施中的应用。由于浑河闸下游河道有继续下切的可能性，为了一劳永逸地解决消能问题，防止水流淘刷对大闸的安全威胁，结合消能工的总体布置和施工条件，采用液压抓斗成槽法在消力池末端修建钢筋混凝土防淘齿墙是非常有效的方法。

③铰链块型土工模袋在河道大型水闸工程消能防冲设施及下游堤防防护中的应用。铰链块型土工模袋的特点是模袋灌注混凝土后，能够形成许多相连而独立的块体，排水通畅，块体之间以高强尼龙绳连接，能够自由沉降，适应地形变化，具有施工方便、快速等特点。浑河闸消能工应急工程在汛前海漫水平临时防护和汛后套堤堤脚防护中都有运用，从运用效果看是非常成功的。

[1]辽宁省水利水电勘测设计研究院.大伙房水库输水入连工程可行性研究报告[R].2008.