水闸除险加固工程施工技术分析

常 伟

（甘肃省酒泉市水利综合服务中心，甘肃 酒泉 735300）

1 工程概况

洪水河东干渠渠首引水闸位于酒泉市肃州区西洞镇新东村东侧，为侧引正排式底栏栅引水枢纽工程，主要建筑物包括底栏栅溢流坝、泄洪排砂闸、上下游防洪堤等。工程为一字型布置，底栏栅溢流坝、泄洪排砂闸位于河道左右岸。设计引水流量为30.0 m3/s，引水闸主要承担着总寨镇、上坝镇、东洞乡1.187万hm2农田的灌溉用水和5.28万人的饮用水。洪水河东干渠渠首引水闸主要由底栏栅溢流坝、泄洪排砂闸、上下游防洪堤等建筑物组成。该水闸工程属于中型Ⅲ等工程，主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级。设计防洪标准为20年一遇，设计洪峰流量为398.0 m3/s；校核防洪标准为50年一遇，校核洪峰流量为522 m3/s。

2 水闸除险加固工程设计

2.1 结构设计

水闸工程的中心线与河道中心线保持同一水平高度，建设过程中要确保建筑物科学、美观，同时要综合考虑成本费用。设计过程中先设计闸顶高度，其高度通常为水闸门在上游闸墩上端的设计高程，挡水过程中闸顶高程不能超出水闸正常蓄水位，泄水过程中闸顶高程不能超出水闸高度[1]。设计底板高程的过程中，若底板相对较高，则在枯水期会影响河道水流量。

2.2 防渗排水设计

闸基上部属于砾石层，下部的基石为经过长时间风化的花岗岩，长期遭受风力干扰，因此水闸地基位置常会产生渗透等不良问题。为了有效地防渗排水，设计过程中先在闸室上游增设一层坚固的防渗墙，并在防渗墙两侧及混凝土挡墙下方布置高压旋喷防渗墙，进一步提升防渗效果。同时，相关人员在设计过程中要考虑渗透压力影响。

3 水闸工程加固施工要点

3.1 整体布局

洪水河东干渠渠首引水闸总体布置为侧引正排式底栏栅引水枢纽工程，主要建筑物包括底栏栅溢流坝、泄洪排砂闸、上下游防洪堤等。底栏栅溢流坝位于河道右岸，泄洪排砂闸位于河道左岸。本次除险加固工程对枢纽的原有布置不进行变动，在对原有工程维修加固的基础上将上游左岸防洪堤及堤上修建的长55 m的自溃坝拆除后，在原泄洪排砂闸的左边并行修建4孔泄洪排砂闸，同时新建防洪堤280 m，整体工程布置呈“一”字形[2]。

3.2 底栏栅溢流坝加固

引水工程呈正排侧引式，底栏栅溢流坝净宽30 m，坝顶高程1746.5 m，坝型为实用堰型式，浆砌料石结构，坝顶栏栅栅条长1.8 m，栅条为梯形断面，上顶宽15 mm、下底宽5 mm、高50 mm，栅条间隙15 mm，栅面坡降1/10。坝体内设引水廊道，廊道底部末端高程为1743.9 m，廊道坡降1/10～1/5，底栏栅溢流坝设计引水流量30 m3/s，廊道末端设进水闸，孔口尺寸为2.5 m×3.0 m(宽×高)，配置平板钢闸门一扇，5 t手摇螺杆式启闭机启闭。

目前底栏栅溢流坝不能满足设计引水流量的原因:一是河道来水携带大量泥沙，致使底栏栅溢流坝前淤积大量砂石，栅条被砾石、杂草等堵塞，栏栅面积减小、间隙系数减小，导致引水能力下降。二是底栏栅经多年冲刷和维修后，栅条及坡面变形，流量系数变小，造成引水能力降低。三是引水廊道经多年磨损冲刷，损坏严重，导致廊道过水能力降低。即原底栏栅溢流坝引水能力无法满足设计要求，主要是由于底栏栅溢流坝前引水条件发生改变，致使引水能力降低，但建筑物结构基本完好，本次除险加固对受损的上游挡砂坎予以拆除重建，坎高1.8 m，并在其上修建宽0.5 m的挡砂板，板厚0.2 m，用C25钢筋砼浇筑。破损的底栏栅溢流坝面、廊道等建筑物将原灌砌加工料石拆除后，用新的料石重新灌砌，并按原设计尺寸更换新的底栏栅。

3.3 闸室加固

在原泄洪排砂闸左侧修建4孔泄洪排砂闸，在增加泄洪能力的同时减小洪水对渠首的威胁、稳固河床。定期排出河道淤积的推移质，将河道主河槽稳定在枢纽泄洪排砂闸一侧，实现蓄清排洪，从而减少入渠泥砂，降低维修费用。在更换底栏栅和侧栏栅后，修建泄洪排砂闸，提高渠首泄洪排砂能力，使渠首引水能力可满足设计要求[3]。通过枢纽特征水位复核计算，闸室结构稳定，仅对部分磨损部位进行维修加固，不再进行稳定计算。泄洪排砂闸属于新建工程，其尺寸与原设计相符，不再进行稳定计算。

3.4 溢流坝加固

通过引水能力复核，发现底栏栅溢流坝不能满足设计引水流量要求，主要是栅前引水条件发生改变，但底栏栅溢流坝整体结构不存在问题。因此，本次除险加固工程不再对底栏栅溢流坝的结构进行重新设计，只根据相关规范和洪水河东干渠渠首引水闸鉴定结果对底栏栅溢流坝损坏部分进行维修。针对底栏栅溢流坝上游挡砂板、溢流坝坝面部分料石磨损严重、引水廊道个别料石倾斜等问题，加固方案为拆除上述部位受损部分，按原尺寸进行维修，铺盖采用现浇C25钢筋砼（厚0.6 m），挡砂坎采用C25钢筋砼，用新料石更换磨损较严重的料石，并更换底栏栅溢流坝面铁栏栅。

3.5 消能防冲设施加固

通过对下游消能防冲设施的复核，发现泄洪排砂闸和底栏栅溢流坝下游的斜坡护坦长度不满足规范要求。本次除险加固将部分护坦及海漫拆除后进行重建。护坦设计厚度0.9 m，下部为厚0.3 m的C15细粒砼，为防止推移质磨损、撞砸，护坦表面以C40硅粉钢筋砼（厚0.6 m）为抗冲耐磨层，护坦上下游均设置深3.5 m的截墙。海漫设计厚度0.6 m，采用C15细粒砼浆砌块石，其下设厚0.3 m的砂砾石垫层。排砂闸下游护坦长24 m，海漫长35 m。底栏栅溢流坝下游护坦长20 m，海漫长35 m，并在海漫末端修建上宽5 m、下宽3.5 m、上游坡比1∶2、下游坡比1∶1.5、深3.5 m的防冲槽，槽内填充块石，防止冲刷下游河床。同时在护坦末端15 m范围内修建排水孔，孔径0.06 m，间距1.5 m，呈梅花型排列。护坦底部设厚0.3 m的反滤层，其中碎石厚0.2 m，砂厚0.1 m。

3.6 上下游护岸工程加固

根据河道演变情况，将上游右岸护岸工程加高0.8 m，上游左岸新建长120 m的防洪堤，上游右岸防洪堤向上延伸85 m。下游左岸新建防洪堤160 m,右岸防洪堤向下游延伸60 m。坡比仍采用原护坡坡比（1∶1.5），采用C15细粒砼砌块石，地面以上衬砌厚度为0.3 m，基础部分为重力式挡土墙，衬砌厚度由0.3 m逐渐变为1.0 m。河床以下基础埋深3.5 m，堤顶设计宽为1.5 m。