小清河金桥闸除险加固工程设计方案比选

马新利

（滨州市水利资源开发建设中心，山东 滨州 256600）

金桥闸位于山东省滨州市小清河干流设计桩号160+025 处，下游距小清河老预备河口300 m，现状闸室与小清河复航工程闸室下闸首平行布置，上游距小清河复航工程金家桥船闸工作桥约200 m。本次除险加固的主要任务是通过对金桥闸拆除改建，消除安全隐患，正常发挥蓄水灌溉、航运、改善生态环境等综合效益。金桥闸设计洪水标准取50 年一遇。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）5.3.1 条规定，拦河闸建筑物为2 级，本水闸校核洪水标准取100 年一遇，消能防冲设计标准为50 年一遇。

1 金桥闸设计方案

1.1 拦河建筑物型式

拦河建筑物具有拦截水流、壅高水位、调蓄水量等作用。常用的拦河建筑物有滚水坝、翻板闸、钢坝闸、橡胶坝、液压坝等[1]，目前较为成熟的型式主要有提升闸、橡胶坝、重力式溢流堰，现对此三个类型进行比选。

小清河滨州段为平原河道，现状河道比较缓，洪水消退慢，河道肩负防洪、排涝、航运、灌溉、引水等多重任务，拦蓄、泄洪等控制运用要求高，本工程修建重力式溢流堰存在壅高水面、增加拦水建筑物长度等不利影响，因此本次除险加固工程不考虑重力式溢流堰。

橡胶坝挡水高度低，一般不大于5 m，本工程挡水高度约为7 m，如改建为橡胶坝，需在橡胶坝下部设底坎，坎顶高程2 m，坎高2 m。根据过流计算，橡胶坝长度为87 m；根据小清河复航工程，金家桥船闸及金家桥翻水泵站工程布置，从翻水泵站边缘至现状左侧河底仅有67 m，如建设橡胶坝，河道需向左侧挖20 m 左右，需增加永久用地。此外，橡胶坝无法控制上游水位，不利于河道雨洪资源利用，且不利于船闸配合使用。其次，橡胶坝运行维护成本高，5 年左右需更换一次坝袋，工程运行管理费高，控制不灵活。

综上所述，重力式溢流堰、橡胶坝均不适用于本工程，另外在小清河这种集防洪、除涝、航运、灌溉综合运用的河道上，沿线拦河建筑物均为提升闸，提升闸是最适用于本次金桥闸除险加固工程的建筑物型式。

1.2 拦河闸底板顶高程

1）闸孔规模方案。根据拦河闸现状地形及小清河复航开挖后河底高程情况，经过流计算，拟定两种底板顶高程0.0 m 与-0.95 m。金桥闸为平底闸，hs/H0＞0.9，处于高淹没度，闸孔宽度采用《水闸设计规范》（SL265-2016）中公式：

经计算，得相关参数见表1。

表1 闸孔规模相关参数表

2）经济技术指标对比。两方案上下游连接段型式一致，仅宽度不同，两方案工程量见表2。

表2 工程量对比表

3）方案比选。方案一底板顶高程采取0.00 m，投资为2 465.76 万元，优点在于相同上下游水头差时，过流能力较大，行洪时上游水位可降低2 cm，工程控制运用更灵活，闸门重量轻，启门力小，闸墩、机架高度低，开挖量少。缺点在于工程量大，投资高，启闭机台数多，运行维护费用高。

方案二底板顶高程采取-0.95 m，投资为2 044.99 万元，优点在于闸孔少，管理方便，运行维护费用较方案一可节省很多；工程量少，投资较方案一省420 万元。缺点为闸门挡水高度高，闸墩排架高度高，过流能力较小。方案二闸门挡水高度为7.95 m，较方案一高0.95 m，排架机架桥高度均高。考虑到小清河复航工程布置影响，方案一闸室总宽度大，金家桥船闸工程布置受限，方案二闸室总宽度小，便于布置，且投资可节省约20%，运行维护费用可节省约28%，经比选，选定方案二，闸室底板顶高程采用-0.95 m。

4）校核洪水及排涝工况过流能力复核。计算采用《水闸设计规范》（SL265-2016）中上述两个公式，闸孔总净宽为60 m，复核金桥闸过校核洪水、五年一遇涝水情况下水头差，见表3。

由表3 可知：方案二，闸孔总净宽60.0 m，过100 年一遇校核洪水时，水闸水头差0.2 m；过5年一遇涝水时，过闸水头差0.04 m，过流能力满足要求。

表3 金桥闸过闸水头计算表

1.3 闸室底板结构方案

本工程闸基位于Ⅲ-③层黄褐色砂壤土中，该土层处于松软可塑状态，为松软地基土，强度低，地基承载力特征值为90 kPa，工程地质条件较差，地基土普遍具有中高压缩性，产生不均匀沉降的可能性较大。大底板整体式结构刚度大，适应变形能力强，闸室产生不均匀沉降的概率低，因此，优先采用分联式整体底板结构。

1.4 闸门型式

金桥闸为大型河道拦河建筑物，拦河闸挡水高度7.95 m，闸门孔口尺寸较大，过闸水流流量大，考虑宣泄超标准洪水可能，闸室采用开敞式，闸门采用露顶式，根据工程运行管理需要，拟定弧形闸门和平面直升式钢闸门方案进行比选。

弧形闸门闸室顺水流方向尺寸大于平面直升门，平面直升门更适用与小清河复航工程的布置，平面直升门可节省12.34%的投资，因此，最优方案为平面直升门。

2 结论

金桥闸除险加固工程是小清河干流重要节制性枢纽工程，为保证金桥闸除险加固工程的工程效益达到最大化，确定底板顶高程采用-0.95 m的分联式整体底板平板钢闸门提升闸，使之更好地提高小清河干流河段拦蓄水功能，为两岸提供有效水源，更使得小清河综合效益得到充分发挥。