牛角峪退水闸除险加固工程设计

李洪蕊 郭建琦 赵健

牛角峪退水闸除险加固工程设计

李洪蕊 郭建琦 赵健

牛角峪退水闸位于六五河、利民河及利民河北支的末端，是蓄滞洪区恩县洼唯一的固定退水口门，建成至今已运行40余年。2009年3月，对牛角峪退水闸进行了安全鉴定，水闸安全类别评定为三类，应进行除险加固。加固设计是在现有工程基础上，通过采取综合加固措施，消除病险，提出建设性设计方案及处理措施，使工程经济合理、安全可靠，且便于运行管理。

退水闸 卫运河 除险加固 设计方案

1 原工程概况

牛角峪退水闸位于六五河、利民河及利民河北支的末端，位于四女寺水利枢纽下游约1 km，是蓄滞洪区恩县洼唯一的固定退水口门，设计退洪流量378 m3/s。牛角峪退水闸由2孔闸、5孔闸和低水涵闸组成，沿德州老减河右堤展布。其中，低水涵闸位于利民河北支末端，设计退水流量37 m3/s；2孔闸位于六五河末端，水闸结构型式为带胸墙式水闸，设计退水流量84 m3/s；5孔闸位于利民河和六五河的末端，设计退水流量257 m3/s。

该闸的主要任务是防洪、排涝、退水，兼有灌溉功能。恩县洼滞洪时，闭闸防止老减河洪水倒灌，待闸下水位退落时，开闸排除洼内蓄滞洪水；恩县洼不滞洪时，汛期相机宣泄六五河、利民河及利民河北支的洪水经老减河、漳卫新河直接入海，以保证武城县防洪安全；汛后排除洼内涝水，减轻沥涝灾害；同时兼顾农业灌溉等综合利用的要求。

低水涵闸洞身为4孔2.5 m×2.5 m的钢筋混凝土箱涵，长33.5 m。涵洞出口设有2扇的平板钢闸门，由电动卷扬式启闭机启闭。

2孔闸为带胸墙式水闸，每孔净宽8.0 m，闸室总宽22.50 m。闸室底板长15.0 m，厚1.8 m。水闸上部布置有机架桥和交通桥。工作闸门为平板钢闸门，由固定卷扬式启闭机启闭。

5孔闸为带胸墙式水闸，整个闸室分为2联，靠2孔闸一侧为2孔一联整体式底板，另一联为3孔一联整体式底板，其间用缝墩分开。在闸室边、中、缝墩上部自上游向下游依次设置渡槽、机架桥和交通桥。工作闸门为直升式平面钢筋混凝土闸门，机架桥上设固定卷扬式启闭机。

2 除险加固的原因

2孔闸、低水涵闸建成于1963年，5孔闸建成于1968年，运行至今都已超过40年。由于工程质量先天不足，后天经费紧缺，管养维护滞后，经过几十年的运行，工程老化问题突出，已严重影响到工程运行安全和正常功能的发挥。经鉴定，水闸主要存在以下几方面的问题：

（1）混凝土碳化严重，混凝土质量普遍较差；（2）观测设施损坏或报废；（3）桥面铺装层损坏严重；（4）消能防冲不满足现行规范要求；（5）闸前铺盖反滤排水设施已全部损坏；（6）闸门不满足双向挡水要求，锈蚀严重，正反向漏水严重，闸门结构强度不满足要求；（7）启闭机为淘汰产品，且已达到报废年限，不能满足安全运行要求；（8）闸顶高程不满足现行规范要求，交通桥不满足现行规范规定的最小等级要求；（9）低水涵闸泄流能力达不到设计标准；（10）2孔闸和5孔闸闸室整体抗滑稳定不满足现行规范要求，水平渗流坡降不满足渗流稳定要求，水闸存在绕渗；（11）低水涵闸、2孔闸和5孔闸上下游护坡有不同程度的塌陷、砌石松动、底部掏空和勾缝脱落等。

牛角峪退水闸存在严重的质量问题。为保证工程安全，应尽快对该闸进行除险加固，消除安全隐患。

3 枢纽节制闸工程总布置

此次除险加固工程原则为原规模、原功能、原闸址恢复。

原低水涵闸除保留上游部分浆砌石挡墙外，其余部分拆除重建，原位置除险加固为1孔闸。2孔闸保留上游铺盖、底板和下游消力池，但需对其进行修复补强；对翼墙表面进行防碳化处理；其余部分拆除重建。5孔闸保留底板和消力池，但需对其进行修复补强，其余部分拆除重建。

3.1 1孔闸设计（除险加固前为低水涵闸）

除险加固后1孔闸建于原低水涵闸处闸址，为胸墙式结构，共计1孔，闸室净宽7.0 m，总宽10.0 m，采用整体式底板，底板高程18.70 m。闸顶高程27.60 m。闸室左侧布置门库。

闸室上游侧设10.0 m长、0.5 m厚混凝土铺盖，上游侧设20.0 m长、0.3 m厚浆砌石铺盖。闸室下游设长16.0 m、深1.0 m的消力池，消力池后设10.0 m长混凝土护底、15.0 m长的海漫和9.0 m长抛石防冲槽。

为便于检修操作，在闸顶检修门槽两侧设钢筋混凝土检修便桥，宽1.1 m，厚0.6 m。在闸室下游侧设总宽为7.0 m的交通桥，桥面高程27.60 m。机架桥布置在闸室中部偏上游侧，桥面高程为34.60 m，桥面上设置启闭机房。为减轻上部结构的重量，启闭机房采用轻型复合板材墙体。

3.2 2孔闸设计

2孔闸仍为胸墙式闸，闸孔净宽16.0 m，闸室总宽度22.5 m，底板采用原折线式底板，但需对其进行修复补强。闸顶高程27.60 m。

闸室上游侧设20.0 m长铺盖，采用原2孔闸铺盖，对其进行修复补强。闸室下游保留原长15.0 m、深1.0 m的消力池，同样需要对其修复补强。消力池后设10.0 m长混凝土护底、15.0 m长浆砌石海漫和9.0 m长抛石防冲槽。

为便于检修操作，在闸顶检修门槽两侧设检修便桥，在闸室下游侧设交通桥，桥面高程27.6 m。机架桥布置在闸室中部偏上游侧，桥面高程为34.6 m，桥面上设置启闭机房，为减轻上部结构的重量，启闭机房采用轻型复合板材墙体。

3.3 5孔闸设计

5孔闸仍为胸墙式闸，闸孔净宽29.0 m，闸室总宽度37.5 m，底板采用原底板，但需对其进行修复补强，仍分为2孔一联、3孔一联共计2联。闸顶高程27.60 m。

闸室左侧布置门库；闸室右侧布置控制楼。

闸室原上游铺盖拆除，新建20.0 m长混凝土铺盖。下游消力池采用原长26.0 m、深1.0 m消力池，但需对其进行修复补强。消力池后布置10.0 m长混凝土护底，后接20.0 m长浆砌石海漫和13.50 m长、2.50 m深的抛石防冲槽。

为便于检修操作，在闸顶检修门槽两侧设检修便桥，在闸室下游侧设交通桥，桥面高程27.6 m。机架桥布置在闸室中部偏上游侧，桥面高程为36.6 m，桥面上设置启闭机房。为减轻上部结构的重量，启闭机房采用轻型复合板材墙体。

4 建筑物除险加固设计方案

4.1 闸底板

2孔闸、5孔闸保留原底板，并对其进行加固处理。考虑底板已运用多年，止水效果降低，且考虑到底板在水闸防渗中的重要性，采用加固处理方法如下：表面凿除5 cm厚混凝土，凿毛后现浇35 cm厚混凝土，混凝土表层铺设构造钢筋，闸底板与铺盖间分缝重新设置止水。底板裂缝采用化学灌浆处理，裂缝上部铺设限缝钢筋。

4.2 上游铺盖加固处理

2孔闸原上游铺盖排水孔排水功能丧失，对闸室稳定和渗流稳定均造成威胁，本次除险加固处理保留原上游铺盖，封堵原排水孔，考虑到与下游闸室底板相接及铺盖强度，表面凿除5 cm厚混凝土，凿毛后现浇35 cm厚钢筋混凝土，闸底板与铺盖间分缝重新设置止水。由于此闸为双向挡水，考虑到反向挡水工况，铺盖上游侧增设排水管。对存在的铺盖裂缝，采用化学灌浆处理，裂缝上部设限缝钢筋。

5孔闸原上游铺盖排水孔排水功能丧失，对闸室稳定和渗流稳定均造成威胁，且原铺盖上游部分为浆砌石结构，为保证闸室稳定和渗流稳定，本次除险加固处理拆除原上游铺盖，并在原位置重建20 m长铺盖。由于此闸为双向挡水，考虑到反向挡水工况，上游侧10 m长铺盖增设排水管。

4.3 下游消力池加固处理

2孔闸和5孔闸原消力池未设排水孔，对闸室稳定和渗流稳定不利，本次除险加固处理保留下游消力池，考虑到与下游闸室底板相接及消力池强度，闸底板与消力池间存在的高差以斜坡段连接，分缝间重新设置止水。消力池其余部位表面凿除5 cm厚混凝土，凿毛后现浇35 cm厚钢筋混凝土，消力池下游侧增设排水孔。对存在的消力池裂缝采用化学灌浆处理，裂缝上部设限缝钢筋。

4.4 混凝土结构防腐、防碳化、防裂设计

牛角峪退水闸经过40多年的运用，水工建筑物表面均存在不同程度的碳化，通过检测，碳化深度20.0～60.0 mm，对保留的混凝土结构包括闸底板、5孔闸上游分隔墙等均需进行防碳化处理，经过调研及南进洪闸的防碳化成功经验，本次设计选用抹TK聚合物砂浆处理，其与普通的水泥砂浆相比，抗拉强度、粘结强度、抗裂性均有明显地改善和提高。TK聚合物砂浆施工前，表面凿除5 cm深，并保持表面毛、潮、净。

由于本闸所处环境地下水对混凝土具有弱腐蚀性，河水对混凝土无侵蚀性。所以对闸底板、翼墙、铺盖和消力池等混凝土的水泥采用常规水泥。为减少因混凝土干缩等原因可能产生的裂缝，在混凝土中掺入UF500纤维素纤维以增加其抗裂性能。

4.5 闸底板、铺盖及消力池底板脱空处理

参考其它相关工程经验，地基采用水泥浆进行接触充填灌浆，彻底解决闸底板、铺盖及消力池与地基土接触部位之间的接触冲刷问题。

4.6 上部结构除险加固处理

根据安全鉴定意见，2孔闸和5孔闸上部结构破损严重，本次除险加固对上部结构，包括闸墩、交通桥、检修桥、排架柱、机架桥、启闭机房和两岸楼梯以及控制楼，全部拆除重建。

5 结语

经过多年的运行，牛角峪退水闸的大部分建筑物存在不同程度的问题。经过此次除险加固，采取可靠、可行的处理措施，基本消除隐患问题，恢复和完善水闸应有的功能，确保工程安全和正常使用，为防汛、水资源调度和工程管理提供有效依据。本文从闸底板、铺盖的加固设计及消能设施的加固设计等方面，总结了牛角峪退水闸加固设计的经验，为今后类似除险加固工程的设计提供参考和借鉴。

李洪蕊 女 助理工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津 300222

郭建琦 女 助理工程师天津龙源风力发电有限公司天津 300270

赵健 男 工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津 300222

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