六股河拦河闸溢流坝除险加固设计与计算分析

刘桂雁

(绥中县水利服务总站，辽宁 绥中125200)

1 工程概况

葫芦岛市绥中县六股河拦河闸位于葫芦岛市绥中县境内，六股河干流上。工程地处绥中县城防洪段，肩负着灌溉、防洪和县城生态景观的任务。拦河闸建成后运行了33 a，由于冻融破坏，闸门渗漏严重，不能正常运用。

拦河闸工程由溢流坝、冲沙闸及渠首进水闸组成，拦河闸总宽406.00 m，其中溢流坝总宽385.179 m，冲沙闸总宽20.821 m，从左至右由1 跨5.179 m左侧边跨溢流坝、15 跨20.00 m 中跨溢流坝、10 孔20.821 m 冲沙闸及4 跨20.00 m 右侧边跨溢流坝组成。

1.1 溢流坝

溢流坝坝顶高程为14.35 m，坝基高程为13.10 m，堰型为曲线型驼峰堰，底宽12.00 m，中间为砂砾料填心，外包混凝土结构。

1.2 冲沙闸

冲沙闸从右往左排列，第一孔为人工启闭铸铁闸门，闸孔净宽1.20 m;其余9 孔均为人工翻转翻板钢闸门，其中第二孔至第九孔闸孔宽1.56 m，第十孔闸孔宽1.41 m，共设9个中墩，中墩宽0.50 m，边墩宽0.6155 m，闸底高程为13.10 m。

1.3 进水闸

进水闸位于拦河闸上游约40.00 m 处，进水口轴线与拦河闸轴线呈约60°，进水闸总宽3.90 m，共设2 孔1.20 m×1.20 m(宽×高)铸铁闸门，闸底高程为13.10 m，进水闸设一中墩，墩宽0.50 m，为钢筋混凝土结构，两侧边墩宽0.5 m，为浆砌石结构。

2 溢流坝存在的问题

六股河拦河闸溢流坝总宽385.179 m，被冲沙闸分割为左右两段，其中左侧宽305.179 m，从左至右为1 跨5.179 m 左侧边跨溢流坝及15 跨20.00 m 中跨溢流坝，右侧宽80.00 m，由4 跨20.00 m宽左侧边跨溢流坝组成，溢流坝坝顶高程为14.35 m，坝基高程为13.10 m，堰型为曲线型驼峰堰，底宽12.00 m，中间为砂砾料填心，外包混凝土结构。

3 除险加固方案

鉴于坝体仅为外包结构破损，填心部位大部分完好，因此本次除险加固将溢流面拆除，重新浇筑钢筋混凝土护面，拆除和新浇混凝土厚度均为0.10 m。由于冲沙闸位置进行了调整，将右侧靠近河岸的3跨20.00 m宽的溢流坝拆除，并在原冲沙闸空位新建一跨20.821 m 的溢流坝，外形与其余溢流坝相同，采用混凝土结构。重建被冲毁的下游消能设施和上游铺盖防渗设施［2］。

4 工程位置布设

将冲沙闸移至右侧河岸后，剩余溢流坝总宽346.00 m，从左至右由1 跨5.179 m 左侧边跨、15 跨20.00 m 中跨、1 跨20.821 m 中跨及1 跨20.00 m 右侧边跨，右侧边跨与冲沙闸连接，堰基高程仍为13.10 m。

坝体结构由坝前铺盖、坝体、下游消力池、海漫、防冲槽、隔墩及左侧翼墙组成。溢流坝坝体仍维持原结构型式，溢流坝坝顶高程为14.35 m，坝基高程为13.10 m，堰型为曲线型驼峰堰，底宽12.00 m，中间为砂砾料填心，外包混凝土结构，混凝土厚0.10 m;上游铺盖采用钢筋混凝土结构，顺水流方向长5.00 m，铺盖顶高程131.10 m，厚0.40 m，铺盖前端设置混凝土防冲槽，槽深1.00 m。

消力池根据实际落差采用两级消力池，一级消力池长18.30 m，池底高程为12.60 m，底板厚0.60 m，尾坎顶高程13.10 m，二级消力池长12.50 m，池底高程为11.80 m，底板厚0.50 m，防冲槽采用格栅石笼结构，顺水流方向长7.00 m，顶高程由11.80 m降至11.20 m，防冲槽最深部位2.40 m。

冲沙闸与溢流坝隔墩墩顶高程为14.60 m，其中闸上游隔墩长10.00 m，与闸连接长14.00 m，闸下游长15.30 m，均厚0.50 m;左侧翼墙墙顶高程均为17.00 m，翼墙型式为悬臂式挡土墙，坝上游长5.00 m，上游垂直插入岸坡12.80 m 并与上游河道岸坡护坡连接，坝下游长37.80 m，下游垂直插入岸坡16.60 m 并与下游河道岸坡护坡连接［3］。

铺盖、外包堰面混凝土、下游消力池、隔墩及左侧翼墙均采用钢筋混凝土结构，混凝土标号均采用C25F150。

5 水力计算与分析

溢流坝过流能力计算采用《溢洪道设计规范》(SL253—2000)公式:

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当

式中:Q 为流量，m3/s;c 为上游堰坡影响系数，取1.00;m 为驼峰堰堰流量系数;ε 闸墩侧收缩系数;δs为淹没系数;B 为总净宽，346.00 m;H0计入流速水头的堰上总水头;ξk为边墩形状系数，取1.00;ξ0为中墩形状系数;n 为闸孔数目，取1;b 为单孔宽度，取B;P1为驼峰堰堰高，1.25 m。

溢流坝泄流能力计算成果见表1。

表1 拦河闸水位与流量关系表

冲沙闸上游水位在14.00 ～15.00 m 时需要修建消力池，而溢流坝由于冲沙闸提前开启已将下游水位抬升，均属于淹没水跃。消力池深度按下式计算:

式中:d 为消力池深度，m;σ0为水跃淹没系数，采用1.05;△Z 为出池落差，m;h's出池河床水深，m。

消力池池深控制工况:

冲沙闸当上游水位为14.35 m 时，其(hc″ －ht) 为最大值。消力池池深计算结果见表2。

表2 消力池池深计算结果

根据表2，溢流坝各工况均发生淹没水跃，无需修建消能设施，但实际现场由于河道因采沙形成的河道下切极为严重，已经形成了1.90 m 的落差，导致消能设施和防护设施损毁，因此，本次除险加固主要针对地形及水毁情况对溢流坝进行防护，同时兼顾消能。

消力池根据实际落差采用两级消力池，一级消力池长18.30 m，池底高程为12.60 m，底板厚0.60 m，尾坎顶高程13.10 m，二级消力池长12.50 m，池底高程为11.80 m，底板厚0.50 m，防冲槽采用格栅石笼结构，顺水流方向长7.00 m，顶高程由11.80 m降至11.20 m，防冲槽最深部位2.40 m。

6 防渗分析

根据现场监测看，坝基防渗木板桩腐烂，丧失防渗功能，因此，本次除险加固设计认为该木板桩的防渗效果已经失效。

6.1 上游铺盖长度

根据《水闸设计规范》SL256—2001，上游铺盖长度一般采用上、下游最大水位差的3 ～5 倍，即上游铺盖长度3.75 ～5.25 m(上、下游最大水位差取1.25 m)，上游设置5.00 m 铺盖。

6.2 防渗长度校核

按照勃莱法计算闸基所需防渗长度。

拟建升降坝建基于圆砾层，根据地质勘察报告，圆砾层可能发生管涌型渗透变形，其允许水力比降建议值为0.15。

计算公式如下:

式中:L 为闸基所需防渗长度;C 为渗径系数;△H为上下游水位差。

查圆砾有滤层时允许渗径系数值采用4，正常运用时上下游水位差△H =3.15 m，坝基所需防渗长度L = C△H =12.60 m;坍坝行洪时上下游水位差非常小，坝基所需防渗长度极小，防渗控制长度为12.60 m。坝上游铺盖、坝底板、下游消力池用钢筋混凝土结构分缝处均采用橡胶止水带连接，其地下轮廓线总长为44.80 m，满足防渗要求。冲沙闸边墩及上下游翼墙均为钢筋混凝土结构且有橡胶止水带连接满足侧向防渗要求。

6.3 导渗

为进一步加强下游出逸点渗透安全，在防冲槽下设置反滤土工布，加强出逸点反滤，防止土料发生渗透变形。

7 稳定及应力计算

取单宽坝体进行稳定及应力分析计算。在设计洪水位、校核洪水位工况下，溢流坝上下游水位基本齐平，不需验算抗滑稳定、基底压应力，坝体稳定计算工况只需计算其最高挡水位(上下游水位差1.25 m)。抗滑稳定和基底应力计算公式同冲沙闸相同。

坝体抗滑稳定满足规范要求，坝体平均基底应力小于地基允许承载力，坝体基底应力最大值与最小值之比满足规范要求。

7 结 语

葫芦岛市绥中县六股河拦河闸建成后运行了33 a，由于冻融破坏，闸门渗漏严重，不能正常运用。通过对拦河闸溢流坝除险加固工程设计与计算分析，工程除险加固设计满足工程建设规范要求，该工程除险加固设计合理，工程建设切实可行。

［1］朱展毅. 乌石拦河闸除险加固工程消能建筑物的设计［J］. 广东水利水电，2003(03):33 －34.

［2］段生荣. 古浪河拦河闸改建设计中新旧建筑物的结合问题探讨［J］. 甘肃水利水电技术，2001，37(04):59 －60.

［3］尹如飞. 关于明秀水闸除险加固工程初步设计的探讨［J］. 沿海企业与科技，2011(06):91 －92.