龙滚分洪挡潮闸加固设计分析

王壮海

(海南省水利水电勘测设计研究院，海南 海口 570100)

1 工程概况

海南省万宁市龙滚分洪挡潮闸防洪工程,保护下游9个村庄、耕地1253.33 hm2，保护人口约1650余人，蓄淡提灌约166.67 hm2，为当地社会经济持续发展提供保障。原河道出现堵塞情况，阻断加坦水库的洪水下泄，使加坦水库下泄的洪水全部从分洪渠入海，行洪任务进一步加大。目前工程老化程度日趋加剧，隐患明显增多，特别是闸门损坏及启闭困难，水闸已不具任何挡潮、蓄淡等功能，且存在海水倒灌问题，常常使上游两侧河岸较低地带经济作物遭受极大损失，同时由于无法蓄淡，下游大片耕地的灌溉亦得不到有效保障。由于海水倒灌及无法蓄淡灌溉问题，2005年至今，在大潮期间导致经济作物遭受极大的损失，经统计，年均损失约400万元，其中2005年 受淹耕地面积约28.00 hm2，灌溉影响面积约100.00 hm2，损失财产约450万元；2010年受淹耕地面积约33.33 hm2，灌溉影响面积约123.33 hm2，损失财产约640万元。结合本工程实际，并参考类似工程运行与加固案例经验[1-4]，对龙滚分洪挡潮闸进行加固设计是必要且紧迫的。

2 主要问题与加固内容

2.1 主要问题

龙滚分洪挡潮闸自1976年建成以来，运行了近五十年，目前工程老化严重，隐患增多，闸门损坏且启闭困难，于2005年进行了拆除，水闸目前已不具任何挡潮、蓄淡等功能，存在海水倒灌问题，同时由于旧河道已经封堵，水闸的行洪任务进一步加大。

根据近年多次排查及整治情况，结合本次除险加固设计现场检查与计算分析，仍存在如下问题：

(1)本水闸原公路桥承担国道223的交通任务，现状1#、4#孔梁露筋，路面开裂，其余混凝土结构均存在碳化和开裂现象，局部存在钢筋裸露、锈蚀现象，同时公路桥下每跨中部均架设4根直径0.6 m钢筒支撑架，阻水严重。根据其公路桥梁技术状况评定标准及结论，本交通桥评定等级为四类桥梁，主要构件有大的缺损，严重影响桥梁使用功能，或影响承载能力，不能保证正常使用。现交通运输部门已在位于下游侧海漫段建成新公路桥，水闸上原公路桥不再承担国道交通任务。(2)启闭机平台建在钢筋混凝土拱架结构上，平台梁板、拱架梁、柱局部出现暴筋，拱肋支撑架断裂、缺失，平台多处出现纵横长裂缝。局部弧形闸门牛腿出现裂缝、暴筋，牛腿受力钢筋及闸墩局部受拉扇形钢筋锈蚀老化严重。闸室两侧U型浆砌石桥台均出现由于基础不均匀沉降造成的裂缝，右侧下游处挡墙存在2条，左侧上游处挡墙存在1条，竖向贯穿整个结构，裂缝宽约2 cm。检测结果表明，翼墙砌体砂浆强度普遍偏低。(3)现水闸铺盖、闸室底板、下游消力池护坦等局部损坏，致使部分闸基土冲刷流失，出现了不同程度的侵蚀淘空现象，其闸基防渗排水已经失效，不满足防渗要求。同时由于曾经在铺盖段建设游泳池，现状仍然存在泳池残破构筑物，影响行洪安全。(4)根据计算结果，原水闸消力池池深及池长均大于规范要求，但在各种水位组合下水跃淹没系数过大，远大于规范建议的1.05～1.10，淹没度过大，消能效果不理想，易形成落地射流，对消能不利，其射流对下游的冲刷，严重时不亚于远离式水跃造成的冲刷，同时其海漫长仅25.00 m，不满足计算要求的39.27 m。因此，根据计算分析，其原消能设施不合理也不满足规范要求，结合现状消力池底板、海漫及防冲槽基本已经破损情况，认为水闸消能存在安全隐患。(5)闸门原设计采用钢筋混凝土弧形闸门，由于闸门损坏及启闭困难，于2005年进行了拆除，水闸目前已不具任何挡水、蓄淡等功能，存在海水倒灌问题;预埋件等金属结构锈蚀老化严重。根据《水利水电工程金属结构报废标准》(SL 226—1998)[5]中2.0.4条及附录A中的规定，中小型闸、阀、启闭设备金属结构折旧年限为20 a，超过规定折旧年限，经检测不能满足安全运行条件的设备应报废。根据现场检测，结合该枢纽金属结构使用年限，以及日常使用情况的调查,最终判定该枢纽中金属结构均已报废。(6)经过本次计算复核，上游翼墙及下游消力池侧墙顶高程不满足行洪高度要求。(7)水闸电气设备已全部损坏。(8)水闸仅设水位观测，而无其他观测设施。

2.2 加固内容

根据水闸现状情况，多个重要部位存在隐患，本次除险加固设计仅对工程建筑物加固改造及设备更换，其工程总体布置基本不变，主要加固内容有：

(1)改建整个闸室结构、上部工作桥启闭机平台结构及检修桥梁，并加固闸室两侧U型桥台，根据改建闸室情况采取相应基础处理设施。(2)改建上游铺盖及下游防冲消能设施满足防渗及消能要求。(3)加高加固上下游两侧挡墙满足行洪高度要求，重建止水，并使其与改建闸室、上游铺盖及下游消力池护坦形成完整防渗体系。(4)增设闸门及启闭机设备，更换全部电气设备。(5)增设观测设施。

3 分洪挡潮闸加固工程设计

针对水闸存在的问题，本次除险加固设计仅对工程建筑物加固改造及设备更换，其工程总体布置基本不变，主要加固内容包括上游连接段、闸室段、下游消能段防冲，并增设观测设施及管理设施。

3.1 上游连接段加固设计

3.1.1 加固方案

只拆除后期建设的游泳池残留设施，保留并加固原浆砌石铺盖，原浆砌石铺盖上面增设20 cm厚C30混凝土一层及止水，并加高加固原两侧翼墙，增设上游抛石防冲槽；该方案加固后铺盖顶面高程为-1.43 m，同时上游设计/校核行洪水位分别为3.53 m和4.28 m。

3.1.2 上游铺盖加固设计

本次铺盖加固延长至143.00 m，从旧铺盖首端开始加固至改建闸室首端。拆除后期建设的游泳池残留设施，保留并加固原浆砌石铺盖，原浆砌石铺盖上面增设20 cm厚C30钢筋混凝土一层，铺盖新增混凝土层部分按原结构缝分缝错开，闭孔泡沫板嵌缝并设置铜片止水。本水闸具有双向挡水和单向泄洪的特点，因此，内河侧铺盖除了防冲、防渗作用外，还需要具有排水的作用，在铺盖首端段43.00 m范围内延长设置排水孔，采用Φ5 cm的PVC排水管。铺盖首端根据防冲按一般的工程经验布置防冲槽，槽深1.20 m，底宽1.50 m，上游坡比为1∶2。

3.1.3 上游侧墙加固设计

原两侧翼墙采用C30钢筋混凝土加高至5.00 m，并于侧墙迎水侧增设厚30 cm钢筋混凝土面板，新增混凝土面板在原挡墙凿毛清洗基础上采用锚筋方式与原翼墙结合。同时为了管理防护安全，侧墙顶部均增设C20钢筋混凝土防护栏杆。

3.2 闸室段加固设计

3.2.1 加固方案

完全拆除原闸室底板、中墩、上部启闭机架及两侧桥头堡生产用房，拆除边墩墙趾，保留并加固两侧边墩及浆砌石U型桥台，利用加固后的桥台及原边墩承担闸室段边荷载。在原两侧旧边墩之间新建整体式闸室、上部启闭机房，并在两侧桥台处建桥头堡生产用房。该方案新建闸室调整闸墩宽度下可保持70.00 m总净宽不变，仅结合上游铺盖加固需要提高堰顶高程至-1.43 m，同时上游设计/校核行洪水位分别为3.53 m和4.28 m，行洪水位变化不大。

3.2.2 改建闸室设计

根据闸室布置及防渗需要，闸室控制段长度为17.00 m，与原闸室一致，底板为C30混凝土厚1.50 m，底板下设C15混凝土垫层，厚10 cm，闸室底板顶部高程为-1.43 m，上下游齿墙深0.80 m。由于两侧原交通道路顶部高程为7.65 m,工作门槽中心线距挡潮侧闸室外端6.37 m 处槽宽1.42 m，为了有利于整个闸室抗震，尽可能地降低启闭层高度，采用升卧式平面钢闸门，向下游挡潮侧升卧。在闸室两端附近各设一道检修门槽，槽宽1.30 m，深0.35 m。闸室内河侧设C30混凝土检修桥，结构为梁板式，桥面净宽设计为7.00 m，桥板总宽为7.60 m。闸室外河侧设C30混凝土排架，结构为框架型式，顶高程为12.95 m，排架侧边增设C30混凝土人行桥，桥面宽1.20 m。启闭机层高程为9.65 m，整个启闭机层工作桥采用C30钢筋混凝土连续梁结构，连续梁上设置启闭机房。

3.3 下游消能防冲段加固设计

3.3.1 加固方案

只拆除原消力池底板首端部分，同时清除原消力池内覆盖的淤积细砂，重新填筑中粗砂，并在其上重建C30钢筋混凝土消力池护坦，根据水力计算结果，抬高消力池底板，缩短消力池护坦段，后接重建海漫段长40.70 m，海漫末端处抛石防冲槽。同时对原有两边侧墙加高加固及增设止水，右岸侧墙背回填工程弃渣及开挖土料。

3.3.2 加固设计

(1)消力池及海漫防冲加固设计。根据计算分析，按下游河床高程与改建堰顶高程一致的情况下改建消能设施，各种水位组合计算消力池池深最大为0.18 m，但考虑到闸室淤沙情况及一般构造，按池深0.30 m设置。首先拆除原消力池底板首端部分，同时清除原消力池内覆盖的淤积细砂，重新填筑中粗砂，并在其上改建C30钢筋混凝土消力池护坦，消力池斜坡段长1.70 m(包0.50 m 首端水平段)，坡比为1∶4，斜坡段首端净宽为78.00 m，消力池池底高程为-1.70 m，池深0.30 m，水平段池长12.50 m，池末端坎顶高程为-1.43 m，坎顶宽0.50 m，重建消力池段总长14.70 m，末端池宽83.86 m。首端段消力池底板为厚60 cm的C30钢筋混凝土结构，其下设置厚10 cm的C15混凝土垫层，在水平段尾部6.00 m范围内设置Φ5 cm的PVC排水管，间距1.50 m，梅花桩布置。

根据计算结果，池后接总长40.70 m海漫段，前段为浆砌石海漫整流水平段，长5.50 m，浆砌石厚40 cm，设置Φ5PVC排水管；水平段后接厚40 cm干砌石海漫斜坡段，其下设置15 cm厚中粗砂及15 cm厚碎石垫层，海漫干砌石段长35.20 m，设计坡比为1∶20，海漫末端总宽100.43 m，末端顶面高程-3.16 m，海漫纵向按间距15.00 m设置浆砌石格埂，横向按间距10.00 m 设置浆砌石格埂，尺寸为40 cm×70 cm (宽×高)。

海漫末端根据防冲计算结果，按一般的工程经验布置防冲槽，槽深1.50 m，底部宽2.00 m，内、外坡1.0∶1.2，并抛填块石。

(2)下游两侧挡墙加固设计。原两侧翼墙采用C30钢筋混凝土加高至4.60 m，改建消力池及整流段范围原侧墙于迎水侧增设厚30 cm钢筋混凝土面板，并按原排水孔位置增设延长排水管，新增混凝土面板在原挡墙凿毛清洗基础上采用锚筋方式结合。海漫段斜坡段侧墙加高至4.60 m后于迎水面采用厚4 cm的M10水泥砂浆批挡进行保护。同时下游侧右岸侧墙背后回填工程弃渣及开挖砂土料至高程4.30 m，防止洪水倒灌，亦可增加管理用地。为了管理防护安全，侧墙顶部均增设C20钢筋混凝土防护栏杆。

3.4 工程观测设计

3.4.1 表面变形观测布置

水平位移拟采用视准线法进行观测，竖向位移采用水准法进行观测，拟在闸室上下游边线右侧延长线各布置一个工作基点和一个校核工作基点，其在延长线上的位置视地形、地质条件确定。本水闸水平位移、竖向位移观测共用一个标点。沿闸室上下游边线的边墙及闸墩顶部布置6列表面变形观测标点，以闸墩分缝为一跨，在每跨4个角点各布置1个位移观测标点，共12个位移观测标点。

3.4.2 渗流监测布置

渗压计与测压管相比，不需要设立孔口保护装置，易于管理，本次渗流压力监测拟采用埋设渗压计的方式。本水闸渗流观测分为绕闸渗流观测和扬压力观测。其中绕闸渗流观测布设在岸墙填土侧，沿绕渗流线两边墙填土侧各设置3支渗压计；闸底扬压力测点分3列布设在闸底板中部，每个断面设5个测点，共21个测点。

3.4.3 环境量监测

环境量监测包括上下游水位测量和闸址气温。水位测量采用自记水位计在闸室上游铺盖及下游消力池尾端布设。闸址气温在闸室MCU房安设温度计1支进行监测。

3.4.4 监控主站(机房)和MCU房

考虑到水闸管理水平较低的现状，采用GPRS通信方式进行传感器监测数据传输。拟将闸室左侧塔楼二层作为MCU房，接入监测水闸渗流压力的渗压计以及气温计等环境量监测仪器。监控主站设在水闸管理房内。

4 结 语

本文基于海南省万宁市龙滚分洪挡潮闸工程的运行情况与存在老化及安全隐患等实际问题，提出了相应的加固设计方案，以满足闸安全长效运行的要求。对不同部位分区进行了详细设计，并提出了工程观测布置与监测方案。