镇渡拦河坝重建工程设计研究

毛新强，熊芳心

(江西省赣西土木工程勘测设计院，江西 宜春 336000)

1 工程概况

镇渡拦河坝位于上高县镇渡乡集镇下游约300m处，拦河坝流域属赣江水系锦河支流，坝址以上控制区2109km2，最大泄流量为2943m3/s。设计和实际灌溉面积500hm2、180hm2，是一座以灌溉、供水为主，兼有水生态、水环境等综合利用效益的中型拦河闸坝工程。镇渡拦河坝于1967年建成受益，由拦河闸坝、水轮泵站等组成。其中，拦河闸坝属于浆砌石结构，由溢流坝、泄水闸和滑道组成，过流总净宽213.5m；水轮泵站由进水闸、前池、泵室、前池侧向溢流闸坝等组成，共设9台水轮泵，总长度约35m，总宽度约18-27.2m。

受当时经济、技术、资金等条件限制，工程布置不合理，施工质量差、自然老化、水毁严重。水闸先后遭遇1983年、2010年、2012等大洪水，现阶段存在的主要问题有：①水轮泵站实际提水能力不够，实际只能灌溉180hm2，另有320hm2无法灌溉，不能满足灌区提水灌溉要求。②镇渡拦河坝消能防冲不满足要求，各建筑物基本为浆砌石结构，不符合抗冲要求，剥落有孔洞。③绕闸坝渗透稳定不满足要求，易产生绕闸坝渗透破坏，坝体和坝基存在接触渗漏问题，闸坝浆砌石结构不满足抗渗要求，有柱状水渗出。④侧向溢流闸坝基底应力不满足规范要求。⑤泄水闸叠梁闸门杂乱、破损，无启闭设施、无交通设施。⑥水轮泵站未完建，设施简陋，水轮泵老化、破损严重。

综上分析，镇渡拦河坝浆砌石和混凝土结构老化、水毁严重，不能保证正常蓄水、提水灌溉要求，影响上下游防洪安全，经评定拦河坝属三类闸，现阶段迫切需要实施全面的重建。

2 拦河坝重建工程设计

通过正常蓄水位的确定，拦河坝冲砂效果及河势分析，提水灌溉方式、坝址和坝基确定，闸坝型选择、过流净宽及底板高程确定，水轮泵站布置型式、水轮泵机组型号和台数确定，前池布置、进场防汛公路确定等，合理设计重建方案，重建后的镇渡拦河坝由拦河闸坝、水轮泵站、进场防汛公路等组成[1-3]。

2.1 拦河闸坝设计

拦河闸坝由溢流坝、滑道和泄水闸组成，垂直水流向总宽度226.2m，过流总净宽211.5m(不含水轮泵站前池)。拦河闸坝基础坐落在弱-强风化石灰岩及全-强风化粉砂岩上，工程设计拟拆除重建混凝土左侧溢流坝，右侧溢流坝部位浆砌石堰体外包C25钢筋混凝土，对右孔泄水闸和水轮泵站前池部位，拆除重建3孔泄水闸。

2.1.1 溢流坝

溢流坝被分为左侧溢流坝和右侧溢流坝，桩号分别为坝0-000.5-0+090.1、坝0+090.1-0+204.0，过流宽度分别为90.6m、113.9m。

1)左侧溢流坝采用C25混凝土折线型实用堰型式，堰顶高程65.5m、堰顶宽0.5m、上游侧铅直、下游坡1∶1与1∶2与消力池斜坡段衔接。溢流坝每间隔9.5m左右分一横缝，采用紫铜片止水。

2)右侧溢流坝采用现有浆砌石外包混凝土方式，仍为折线型实用堰型式，堰顶高程65.5m、堰顶宽2.0m、上游侧铅直、下游坡1∶1.35与消力池斜坡段衔接。外包混凝土最小厚度0.3m，为保障混凝土与老浆砌石结合紧密，要求先将溢流坝表面杂物、松散体、易脱落混凝土清除，每间隔5.0m左右刻槽式拆除深约1.1m、宽约1.1m的溢流坝浆砌石。设计右侧溢流坝每间隔9.5m左右外包混凝土设一横缝，设置紫铜片止水。

2.1.2 泄水闸

泄水闸桩号范围坝0+204.0-0+225.7，总宽度21.7m，过流总净宽18m，泄水闸共3孔，单孔孔口净宽6.0m，闸边墩和缝墩厚0.75m、中墩厚1.1m。闸底板高程均为62.00m，工作闸门净宽6.0m，高3.8m，采用卷扬启闭直升钢闸门型式，检修闸门采用葫芦启闭直升钢闸门型式，闸门顶设检修平台和启闭平台，平台高程分别为70.86m和77.26m。检修平台设3.0m工作桥(人行桥)，上下游两侧各设1.2m宽检修桥(检修闸门和工作闸门检修用平台)。

2.1.3 拦河坝顶

针对溢流坝顶、泄水闸和前池进水闸检修平台部位、左岸河漫滩地部位，设置工作桥(兼人行桥)，工作桥左端设左岸防汛通道与乡村公路相通，右端与右岸进场防汛公路相连[4]。泄水闸和前池进水闸部位利用检修平台3.0m宽的工作桥兼作人行桥，桥面高程70.86m；溢流坝顶和左岸河漫滩地部位工作桥(兼人行桥)桥面高程71.16m，桥面宽2.5m，单跨9.5m左右，桥墩厚0.5m。

2.1.4 溢流坝消力池

消力池坐落在粉砂岩上，左侧溢流坝消力池底板高程为60.50m，消力池长17.4m、深0.5m，底板厚0.5m；右侧溢流坝消力池底板高程为59.50m，消力池长18.4m、深0.5m，底板厚0.5m；消力池末端设混凝土护坦，长度10.0m，底板高程分别为61.0m、60.0m，泄水闸等消力池末端为弱风化石灰岩部位取消护坦和防冲槽。

2.1.5 闸坝两侧下游段

溢流坝左侧、前池右侧设C25混凝土衡重式直墙墙顶，高程65.90m，墙顶采用混凝土隔离墩结合下垂覆盖植被进行生态安全柔性防护，闸坝边墩设爬梯。为防止上游土质岸坡淘刷塌滑，闸坝上游衔接段设C15混凝土贴坡式挡墙防护，挡墙顶高程65.90m，墙顶设下垂覆盖植被进行生态安全柔性防护。

2.2 水轮泵站设计

重建后的水轮泵站由前池、主厂房、检修间、上水管网等组成，布置在现有水轮泵站部位，水轮泵站基础坐落在弱风化石灰岩上。水轮泵站总长度40.51m，总宽度14.6-28.45m，桩号范围为坝0+225.70-0+254.15和横0+000.00-0+040.51，拟对现有水轮泵站部位，拆除重建水轮泵。

2.2.1 前池

前池由前池进水闸、前池流道、前池侧向溢流闸坝(前池左侧边墙)、前池右侧挡土墙等组成。

1)前池进水闸共设2孔，每孔净宽6.0m，闸底板高程62.00m。设置拦污栅和检修钢闸门，净宽均为6.0m、净高均为3.8m，拦污栅采用电动葫芦启闭，检修闸门采用卷扬式启闭机，顶设检修平台和启闭平台，平台高程分别为70.86m和77.26m。

2)前池流道长20.16m、宽13.1m渐变至20.4m、底板高程由62.0m渐变至61.6m。

3)前池侧向溢流闸坝总过流宽20.16m，侧向溢流闸坝由侧向溢流坝和侧向冲砂闸组成；侧向溢流坝堰顶高程65.5m，采用薄壁堰型式，顶宽1.5m渐变至2.0m；侧向冲砂闸底板高程61.60m，过流净宽2.0m，闸门高3.9m，采用螺杆启闭直升钢闸门型式，顶设启闭平台，平台高程为70.66m。

4)前池右侧挡土墙为C25混凝土衡重式直墙墙顶高程70.86-65.90m，墙顶采用混凝土隔离墩结合下垂覆盖植被进行生态安全防护。墙顶设2.3m宽亲水平台。为防止土质岸坡淘刷塌滑，亲水平台右侧设干砌块石仰斜式挡墙防护到堤顶，挡墙顶高程71.10m。前池末端衔接主厂房进水口(一泵一口)[5-6]。

2.2.2 主厂房

主厂房内布置5台水轮泵，分别为4台D100-10B型水轮泵和1台D60-4B型水轮泵，配手电两用调速器，机组间距分别为4.6m和3.52m，内设1台10tLB型防爆电动单梁起重机。主厂房长21.9m(垂直河道水流向，不含检修间长度)、宽12.15m(不含前池部位)。主厂房由进水口(设拦污栅、检修闸门，一泵一口)、水轮泵泵室、尾水管、泵室工作平台等组成。

主厂房各个部位主要高程：尾水管底板高程(D100-10B型水轮泵)、61.76m(D60-4B型水轮泵)，水轮泵引水室底板高程63.60m、水轮泵转轮高程62.743m(D100-10B型水轮泵)、63.704m(D60-4B型水轮泵)，泵室工作平台(检修间)高程70.66m，吊轨高程78.11m，主梁底高程79.13m。

2.2.3 检修间

检修间布置在主厂房的右侧，检修间长10.40m、宽6.55m。

2.2.4 水上管网

上水管网布置在主厂房下游侧。其中1台D60-4B型水轮泵采用DN300、δ=8镀锌钢管(厂房内)结合球墨铸铁管(土内埋管)上水管提水至低干渠渠首，渠首设长5.0m、宽1.0m、深1.50m的C20钢筋混凝土出水池，低干渠渠首衔接段为拆除重建C20混凝土渠道。低干渠渠首底高程70.40m，过流净宽1.0m、净高0.7m，渠道纵坡降0.0004。

4台D100-10B型水轮泵采用DN350、δ=8镀锌钢管上水管并联成两根DN500镀锌钢管(厂房内)结合球墨铸铁管(土内埋管)上水管提水至高干渠渠首；现有高干渠渠首渡槽拆除，上水管由原先的引水至渡槽改为引水至高干渠渠首；高干渠渠首设长10.0m、宽2.0m、深1.50m的C20钢筋混凝土出水池。高干渠渠首底高程82.40m，过流净宽2.0m、净高1.0m，渠道纵坡降0.0009。

上水管设止回阀、手动阀门、压力表、伸缩节，各管道间通过短管、弯管、异型管、三通管等采用法兰盘方式连接。

2.3 进场防汛公路

从拦河坝右岸下游设置进场防汛公路，首先沿镇南水右岸拓宽改造320.8m的边山公路，然后设置跨镇南水涵闸(镇南水出口部位)。

1)拦河坝顶(含溢流坝顶、泄水闸和前池进水闸检修平台部位、左岸河漫滩地部位)设置工作桥(兼人行桥)，工作桥左端设左岸防汛通道(兼左岸人行道)与乡村公路相通，右端与右岸进场防汛公路相连。

2)进场防汛公路长320.8m，采用4.0m宽C25混凝土路面，两侧各设0.5m土路肩。计算行车速度为20km/h，一般拐弯半径30m，极限转弯半径15m。

2)跨镇南水涵闸箱涵坐落在砂卵石层上，共3孔，每孔净宽2.5m、净高4.0m、壁厚0.3m。交通桥方案桥总长8.66m、桥面宽8.0m，桥台2个、高10.5m，进出口两岸设置一定长度段衡重式挡土墙。交通桥方案对镇南水泄流基本没影响。

4)考虑到防汛公路交通要求而设置跨镇南水箱涵，而其排涝功能非需要考虑的功能，故不考虑闸门、启闭机的安装，需另行筹措资金安排其实施。但考虑上下游衔接和土堤挡土等要求，仍需完成闸室(含闸底板、闸墩、检修平台、启闭框架等)钢筋混凝土、闸门预埋件等。

2.4 其他设施

拦河坝需设置监测、管理、交通、办公用房、动力线路等设施，其中包括温度、雨量、水位、流速、渗流以及变形等监测设施[7-9]。

3 安全监测设计

3.1 变形监测

水平位移采用经纬仪视准线法或全站仪进行监测，滑道、泄水闸、前池进水闸、前池侧向溢流闸坝、水轮泵站厂房、跨镇南水涵闸等每分缝段各设4个测点(上下游两侧各1个测点)，溢流坝每间隔1-2跨分缝段设4个测点，拦河闸坝和水轮泵站的右侧土堤设6个测点，建筑物上下游两侧挡土墙各设1个测点，共7个测点，共55个。在两岸各布置3个工作基点和1个校核基点。

拦河坝垂直位移采用精密水准法进行监测，垂直位移监测点与水平位移监测点共用。在坝址附近地基稳固可靠处布设3个水准基点与工作基准点共用。

3.2 渗流监测

扬压力(浸润线)监测在泄水闸设2个横断面，溢流坝每间隔1-2跨分缝段设1个断面(布置在工作桥桥墩部位)，溢流坝左端防渗刺墙部位设1个断面，侧向溢流闸坝设1个断面，水轮泵泵室段(主厂房)设3个断面，检修间设1个断面，右侧土堤设3个断面，涵闸设2个断面，共20个断面。每个横断面布设3根测压管。

3.3 环境量监测

在拦河坝上下游各设1套自计水位计，要确保能监测到最高和最低水位。在自计水位计旁边设搪瓷水尺，进行人工监测，其它部位设5根搪瓷水尺，另需设置温度计2根、自计雨量计1套。

4 结 论

文章依据镇渡拦河坝安鉴结论、地勘成果，并结合建设运行情况，认为镇渡拦河坝水毁破损严重。综合考虑环境保护、城市景观、防洪安全等要求，科学设计重建工程方案：拆除重建混凝土左侧溢流坝，右侧溢流坝部位浆砌石堰体外包C25钢筋混凝土，拆除重建3孔泄水闸；针对水轮泵站部位，拆除重建水轮泵站；拓宽改造从镇南水右岸进场的边山防汛公路(含跨镇南水涵闸)。该设计方案在技术上可行、经济上合理，具有使用维护方便、环保、安全、可靠等优点，可为其他类似工程除险加固设计提供借鉴。