南京市江宁区病险水闸现状及除险加固对策

袁 静，卢发周，张 颖，章二子

(1.南京市江宁区水务局，江苏 南京 211112；2.南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210006)

1 基本情况

截至2016年底，江宁区已建成中小型水闸167座。其中，中型水闸10座，小型水闸157座，分属长江、秦淮河流域。根据目前已完成安全鉴定的水闸资料统计，全区中型病险水闸有9座，具体见表1。受当年设计、施工条件限制，木质平板连环闸5座，运行管护极度不便，需人工进入闸室开启其中一个闸门，在水压力的作用下，其余闸门由水流冲开，闸门关闭亦需人工依次关闭。长期运行下来，连环闸存在闸门开启困难的问题，麒麟街道东流连环闸曾由于手动拉杆式闸门支撑转轴钢构件锈蚀严重，连环闸门无法及时打开，对上游防洪极为不利，最终采取爆破炸开方式解决泄洪问题。木质连环闸门启闭费工费时费力，难以保证在汛期根据汛情随时调整水位，已逐渐不适应现代水利工程运行管理发展的需要。

表1 病险水闸数量统计表

江宁区现有水闸工程大部分建于20世纪60～80年代。这部分水闸在运行过程中逐渐出现老化破损等问题，导致主体结构的耐久性、安全性、可靠性不足。有些水闸虽在90年代进行过加固、改建，但水闸安全隐患依然突出，工程效益得不到充分发挥。随着江宁区都市城镇防洪圈的提档升级，大量病险水闸的存在，已成为防汛工作的心腹之患，因此针对性的进行除险加固十分必要。本文主要对江宁区病险中型水闸的现状问题及加固对策展开论述，并结合工程实例，对除险加固设计方案进行初步探讨。

2 存在问题

结合已完成安全鉴定的10座中型水闸数据资料，对病害情况进行统计分析，存在如下问题：原设计防洪标准低，大部分未考虑校核洪水，不符合规范要求，符合闸顶高程低于设计洪水位与安全超高的占50%；水闸的过流能力基本能满足原设计要求，但不能满足现行河道防洪规划要求，最大过闸流量达不到设计洪水标准的现状水闸数量占病险水闸总数的70%;闸室、岸墙和翼墙的抗渗稳定性不满足规范要求，闸墩由于长期受水流冲蚀及风化作用，浆砌块石表层砂浆块石勾缝砂浆局部脱落，此类水闸数量占病险水闸总数80%;闸下游消能防冲设施损坏的占80%;闸室抗震滑动稳定不满足规范要求的占30%～40%；闸室结构混凝土开裂剥落，砂浆流失，石骨料外露等混凝土老化破损问题；水位、渗流、变形、沉降、裂缝等观测设施缺乏问题；闸门电气设施缺少或损坏失效、备用电源缺少、启闭设备露天放置、通信遥感设施缺乏、办公管理用房缺乏等问题的水闸相当普遍;存在其他问题(如铺盖、工作桥、消力池、护坡损坏等)。

3 除险加固的对策

病险水闸除险加固，主要是在现有工程基础上，通过采取综合加固措施，消除病险，恢复和完善水闸应有的防洪减灾和兴利效益。

针对江宁区水闸的病险情况，拟对存在过流能力不满足要求、闸室渗径长度不足、抗震稳定不满足规范要求、消能防冲设施严重损毁、闸墩及翼墙存在绕渗，难以通过大修来除险加固的四类闸采取拆除重建的措施。根据水文计算成果，重新确定闸室宽度、长度和水闸孔数，重建闸墩、闸门、启闭设备、机电设备、启闭机房的闸室段建筑物和上下游连接段建筑物及效能防冲设施。通过清理闸室上、下游连接段河道淤积，改善顺接段过水条件。对渗漏较为严重或闸基座落于软基上的水闸，进行基础防渗加固处理;增设水闸管理房，建立完善水闸遥感观测设施等。

对病险情况相对较轻的三类闸采取维修加固的措施。根据具体水闸的病险特征，主要考虑采取闸基及两侧渗漏加固、上下游冲刷磨损加固、混凝土碳化及裂缝处理、闸门及启闭设备维修加固、闸门漏水处理、闸室段底板冲刷的加固、消能设施冲刷和磨损的加固、下游翼墙护坡冲刷的修复、水闸抗震加固等工程措施。

4 加固工程实例

4.1 存在主要问题

姜林闸位于江宁区赵村水库溢洪河下游，建于1987年。主要功能为蓄水灌溉，汛期开闸泄洪。该闸建成后，对江宁横溪街道的防洪、抗旱起了很大的作用。经过多年运用，存在下述问题[2]:闸上、下游淤积严重，使行洪能力缩减2/5；浆砌块石闸墩底部砂浆缺失、透水；工作桥梁板顺筋锈胀，混凝土老化，碳化严重；两侧连环木闸门选型不合理，中孔混凝土闸门钢筋外露锈蚀，闸门漏水；启闭设备螺杆弯曲，齿轮磨损严重；翼墙墙体开裂，勾缝砂浆脱落；下游翼墙内八字形式布置，出闸水流扩散不均，下游河道冲刷严重；闸室稳定抗滑、消能防冲均未满足要求。

4.2 加固设计方案

姜林闸除险加固设计方案在闸型选择方面，进行了下卧门和直升门两个方案比选论证，其中下卧门方案通过闸门开启角度不同，可实现水位适时调控，且闸上无高大建筑物，启闭设备隐蔽，景观效益较直升门方案优越；但平板直升门方案，近年来在周边地区运用较为广泛，工程经验丰富，闸门运行可靠、检修方便，工程投资经济，整体维护成本低，比较而言，更适合江宁区农村水利工程运行管理现状需要，鉴于此，最终确定姜林闸工程采用直升门方案。

姜林闸的功能及运行特点有以下几点。平时，上游河道水位维持在高程9.00m；干旱时期，根据灌溉需求，通过相邻提水泵站补水，将闸室上游河道水位维持在高程11.70m，满足农业生产需要；汛期，顺利排泄上游来水。根据工程功能定位及及运行调度原则，为方便运行管理，闸室按3孔设计，单孔净宽5.0m，闸底板顶高程8.00m。设计方案保留原工程维持常水位9.0m要求，在闸室中孔底板设置1.00m高底坎，底坎采用等腰梯形断面形式，顶高程9.00m。正常年份，水闸运行调度可通过开启两侧边孔闸门，关闭中孔闸门，底坎坎顶过流，将上游河道水位维持在高程9.00m；为便于日常维护管理，在开启两侧边孔闸门的前提下，通过中孔闸门合理开度8.00～9.00m之间，可实现对闸室上下游的适时冲淤清理。此外，综合调节三孔闸门闸前水位8.00～11.70m之间，可充分发挥水闸枢纽工程的汛期泄洪、抗旱蓄水等作用。

由于姜林闸地处山丘区向圩区过度的山圩混合区，地形在闸址处有一突降，落差约为3m。工程方案确定原址拆建，有利于降低挖深、节省造价，但需重点解决一定落差带来的消能问题。目前，水闸的消能方式主要有底流式、面流式和挑流式消能。消能防冲的布置应根据闸基地质情况、水力条件以及控制运用方式等因素综合确定。经过计算分析，除险加固设计方案采用底流式消能，由于流出消力池的水流紊动现象仍很剧烈，底部流速较大，流速分布未恢复至正常状态，对河床仍有较强的冲刷能力。设计方案采用挖深式消力池，池深0.5m，池长为33.50m，其中斜坡段14.50m，水平段19.00m，为进一步增加消能率，减轻对下游河床及两岸的冲刷，增加分流墩、消力墩等辅助消能工。设计方案结合姜林闸工程实际，在综合考虑水位流量情况、地质条件、消能效果和经济比较等各种因素后，确定在消力池后设置海漫及防冲槽。经计算分析，海漫结构采用生态石笼，长30.0m，防冲槽采用抛石结构。此外，为满足江宁区水利现代化建设发展需要，对姜林闸工程配备了各类生产、办公和生活用房等管理设施及必要的观测和通讯设施。

姜林闸工程主体已于2016年汛前完工，汛期经历了2016年秦淮河流域超历史暴雨洪水的考验，对水闸及下游河道起到了较好的保护作用，防洪减灾和兴利效益已初步显现。

5 结语

病险水闸除险加固，主要是在原有工程基础上，通过工程措施，消除病险，恢复和完善水闸应有的防洪减灾和兴利效益。由于受原闸的限制，加固对策制定往往较为被动，尤其应弄清病险状况，结合工程特点，研究综合性加固措施，对病险情况严重的四类闸采取拆除重建的措施，对病险情况相对较轻的三类闸采取修复加固的措施。

病险水闸险加固后，将使当地群众免受洪水威胁，保证人民群众生命财产安全；通过充分发挥水闸的防洪、灌溉、排涝等作用，可促进当地农业生产，农民增收，有利于改善水闸上下游及两岸区域生态景观。

初步测算，上述姜林闸经过除险加固后，可保护水闸上下游30hm2流域面积免受洪水威胁，解决横溪街道许呈村、横山村大部分丘陵山区的农业生产缺水的问题，对横溪河灌区农田灌溉和排涝发挥显著的作用[9]。

[1] 刘万新, 刘俊义, 丁洪亮. 关于水闸除险加固工程设计的几个问题[J]. 水利水电快报, 2004(20): 17- 19.

[2] 杨丽娜. 浅谈水闸除险加固工程等别划分及洪水标准确定[J]. 水利规划与设计, 2016(04): 56- 58.

[3] 姚久经. 苏家吉水闸除险加固设计方案探讨[J]. 水利规划与设计, 2015(06): 97- 99.

[4] 张建平. 小型水库除险加固工程设计问题的探讨[J]. 水利规划与设计, 2013(04): 81- 82.

[5] 南京市江宁区姜林连环闸安全检测与评价分析报告[R]. 南京水利科学研究院, 2009.

[6] 南京市江宁区江宁河闸, 下坝闸, 关塘闸安全评价报告[R]. 南京水利科学研究院, 2010- 2011.

[7] 南京市江宁区圣村闸等6座水闸安全鉴定报告汇编[R]. 南京水利科学研究院, 2014.

[8] SL214- 98. 水闸安全鉴定规定[S].

[9] 南京市江宁区姜林闸除险加固工程初步设计报告[R]. 南京市水利规划设计院有限责任公司, 2013.