广西玉林市三联水闸工程除险加固设计方案选择

何洪元

【摘 要】历史遗留的许多病险水闸工程都需要进行改建，特别是处于城区的水闸工程，将来水闸两岸土地大部分开发建设成新城区，水闸的灌溉面积将减少，灌溉功能将减弱，逐渐形成景观闸，闸上游蓄水改善了河道水环境，也成为居民休闲娱乐的场所，因此应结合工程地质条件、枢纽布置、施工条件及工程投资等，选择技术先进，兼顾城区景观的闸型作为改建方案。应用先进科学技术，改善城区河道面貌，促进城镇居住环境建设。

【关键词】水闸；除险加固；设计

【中图分类号】TV543 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）03-0108-03

1 工程概况

三联水闸位于广西玉林市名山街道名山村与城北街道平地村交界的清湾江主流上，距玉林市舊城区约2 km，闸下游260 m有市区二环公路桥。该水闸是一座以灌溉为主的中型水闸，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为50年一遇，闸下消能防冲建筑物设计洪水标准为20年一遇。20年一遇洪水设计洪峰流量为650 m3/s，下泄流量为650 m3/s，上游设计洪水位为80.55 m，下游设计洪水位为80.08 m；50年一遇洪水校核洪峰流量为845 m3/s，下泄流量为845 m3/s，校核洪水位为81.34 m，下游校核洪水位为80.87 m。正常高水位为78.80 m，堰顶高程为76.00 m。工程建筑物主要由闸室、消能设施、两岸连接建筑物、引水建筑物等组成。

2 水闸工程现状及存在的主要问题

2.1 工程现状

原水闸的闸坝全长36.75 m，闸孔共9个，孔口尺寸为3.6 m×1.3 m，堰形为折线形实用堰，堰顶高程为77.50 m，闸门类型为水力自控翻板钢闸门，坝基底高程为73.80 m，闸门顶高程为78.80 m；冲砂闸孔口尺寸为0.8 m×1.0 m，闸门类型为砼平板闸门，无启闭设备；交通桥桥面高程为80.50 m，桥宽2.4 m。消能设施为消力池形式，为底流消能，池底高程为74.00 m，池长11.8 m，宽35.8 m。两岸连接建筑物的上游护岸墙顶高程为79.03～79.80 m，长30 m；下游护岸右岸长65 m，墙顶高程为79.40～80.00 m，左岸长55 m，墙顶高程为79.10～80.30 m。引水建筑物有东、西干渠，合计设计灌溉面积为226.67 hm2（0.34万亩）。

2.2 工程存在的主要问题

工程存在的主要问题：①拦河闸坝两边绕坝渗漏非常严重，两岸靠近坝肩部位均有水流从消力池挡墙流出，流量高达150 L/s，闸墩砼局部剥落；②消力池两侧挡墙墙基被掏空，松散崩塌，两侧靠近坝肩部位均有水流流出，流量约150 L/s；③两岸连接建筑物的上游右岸坝肩掏空严重，导致右岸闸坝接头处沉陷拉裂，裂缝宽达4～5 cm，上游两岸坝肩每年均被大水掏空，每年只是简单地进行回填土处理，下游左岸浆砌石护岸沉降不均，局部变形开裂；④闸门门轴及支承铰已经锈蚀，闸门转动不灵活，有一个闸门控制失灵，止水已严重老化、剥落，每扇闸门底部和两侧都出现严重漏水，冲砂闸止水老化，漏水严重，可见水流从底部和两侧喷射而出，砼板闸门堵塞严重，开启困难，闸门无启闭设备。

3 水闸安全鉴定的主要结论

根据安全鉴定报告书评定类别为四类闸，工程老化严重，存在诸多安全问题，带病运行，需进行重建。鉴定主要结论如下：①闸顶高程和消力池边墙顶高程不够高，水闸泄流能力不足；②闸墩混凝土局部剥落，浆砌石有空洞、裂纹等，质量差；③闸基为冲积粗砂，透水性强，存在流土、渗漏、渗透变形和地震液化等问题，且闸坝两边绕坝渗漏严重；④在各个计算工况下，闸坝抗滑稳定安全系数不满足规范的要求，基底应力最大值与最小值之比不满足规范的要求；⑤在设计工况下，翼墙抗滑稳定性不满足规范的要求，基底应力最大值与最小值之比不满足规范的要求；⑥在地震工况下，闸坝抗滑稳定安全系数不满足规范的要求，基底应力最大值与最小值之比不满足规范的要求，岸墙基底应力最大值与最小值之比不满足规范的要求；⑦闸门门叶、门轴及支承铰已锈蚀，闸门转动不灵活，止水严重老化，漏水严重。

4 工程方案比选

4.1 方案初拟

本水闸工程的主要任务为蓄水灌溉，闸址以上控制集雨面积约143 km2。综合考虑地形、地质条件，以及与上、下游新建的防洪堤連接，水闸改建的闸轴线仅能选择在原闸址位置重建，使水闸上、下游平顺连接，减少工程投资。

依水闸上、下游河床连接情况，设计堰形拟采用宽顶堰形式，且采用露顶式钢闸门控制，依工程特点选取2种闸型方案进行比较。

改建钢坝方案（方案1）：拆除旧闸，改建为1座1孔闸室，设1扇卧轴钢闸门挡水，增设闸下消能防冲设施及两岸连接建筑物。

改建平板闸方案（方案2）：拆除旧闸，改建成1座3孔闸室，设3扇平板钢闸门挡水，增设闸下消能防冲设施及两岸连接建筑物。

4.2 水力计算

2个方案水闸在2%、5%洪水频率时，上、下游洪水位计算值见表1。

从表1可知，由于2个方案闸址相同，方案1的堰顶高程为76.00 m，方案2的堰顶高程为75.30 m，计算得水位相差不大；当水闸在50年一遇和20年一遇2种标准洪水下，方案1和方案2的上游淹没洪水位均小于原水闸的淹没洪水位，均能减少上游淹没面积，比原闸均增大了泄洪能力。方案1和方案2均可以实施，通过方案比选，最终确定水闸改建方案。

4.3 投资比较

方案1和方案2工程投资概算比较见表2。

方案1的工程部分投资概算为1 347.15万元，方案2的工程部分投资概算为1 194.23万元。

4.4 方案比较结论

由以上分析可知，2个方案地形、地质条件相同，均具备建闸条件。方案1的工程概算总投资比方案2多152.92万元，但方案1比方案2布置较简单，操作也简单，对闸上、下游景观影响较小。虽然方案2在泥沙淤积对启门影响方面具有明显的优势，但是与方案1的差别不是很大。本水闸是一座以灌溉为主的水利工程，下游无防洪要求，能否安全蓄水是整个工程的关键。通过对2个方案进行比较可知，方案1和方案2均满足要求。此外，从该水闸所处位置来看，将来水闸两岸土地大多开发建设成玉林新街区，水闸原有灌溉面积将减少，原灌溉功能将减弱，逐渐形成景观闸，闸上游蓄水改善了河道水环境，也成为居民休闲娱乐的场所。综合各方案的优、缺点，主要从将来城区景观的角度进行考虑，本次推荐原闸改建钢坝方案（即方案1）。

5 工程加固设计

本次加固设计的枢纽建筑物主要由闸室、消能防冲设施、两岸连接建筑物等组成。闸室段布置在河床的中间，紧靠闸室下游布置消能设施，闸室两端分别设两岸接头土堤与原防洪堤连接，根据不同的功能需要设人行桥、液压泵房和值班室等附属结构；为了引导水流均匀地过闸及两岸防冲，在水闸上、下游设置翼墙、护坡等建筑物。

閘室堰形为宽顶堰，堰上设钢闸，堰顶高程为76.00 m，闸室段总长36.00 m，顺水流基础沿长15.0 m，设1个闸室，两侧边闸墩厚度为0.8 m，闸墩顶高程为83.20 m，闸室的总宽度为47.00 m。左右闸墩背后分别设钢闸门液压启闭基坑，基坑外形尺寸为15.0 m×5.5 m（长×宽），坑顶板高程为83.30 m。基坑頂设值班室，左岸为单层框架结构，房顶高程为86.80 m，房宽5.1 m，长12.0；右岸为双层框架结构，房顶高程为90.00 m，房宽4.6 m，长15.0 m；左右基坑内各安装1台2×1 250 kN集成式液压启闭机。两岸连接交通桥设于距离闸室上游侧10 m，桥面高程为83.00 m，桥面宽3.0 m，为现浇砼简支结构，两端分别与防洪土堤相连。

消能形式采用底流消能，布置有消力池、海漫、抛石防冲槽等消能防冲设施。消力池长22.0 m，宽36.00 m，底板高程为74.00 m；海漫总长35.00 m，其中平段为5.0 m，斜段为30.0 m，坡比为1∶50，高程为74.80～74.20 m；海漫末端冲坑设底宽2.0 m的抛填块石防冲，坑顶高程为74.20 m。

闸室上下游两岸均设埋石砼翼墙，上游墙顶高程为79.30 m，下游墙顶高程为79.30～77.50 m。右岸检修涵闸净断面尺寸为2.5 m×2.0 m（宽×高）。两岸连接防洪堤为土堤结构，上游堤顶高程为83.00～82.60 m，下游堤顶高程为83.00～80.70 m，堤顶总宽均为4.5 m，左岸防洪堤长125 m，右岸防洪堤长125 m。

6 结语

水闸主要任务是引水灌溉，负责灌溉名山街道名山村、城北街道谷山村和平地村共226.67 hm2（0.34万亩）农田，此外，渠尾余水可补充城西街道江岸、庆丰、莲塘等村农田用水，确保玉林市蔬菜基地的生产用水。2011年原水闸工程报废后，基本失去了灌溉功能。本次工程建成后，可恢复水闸原有灌溉功能；因为降低了堰顶高程，所以可以拉闸宣泄50年一遇设计洪水，创造一个安定、良好的生活、生产和建设环境，避免因洪涝灾害对当地造成的各种损失。本工程项目的实施，技术上安全可靠，经济上合理可行。

参 考 文 献

[1]SL 252—2000，水利水电工程等级划分及洪水标准[S].

[2]SL 265—2001，水闸设计规范[S].

[3]SL 379—2007，水工挡土墙设计规范[S].

[4]SL 74—95，水利水电工程钢闸门设计规范[S].

[5]GB 50286—2013，堤防工程设计规范[S].

[责任编辑：陈泽琦]