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拦河闸除险加固设计方案

[摘要结合辽宁省下寨子拦河闸水毁破坏现状,分析病险水闸工程特点及加固设计布局,对加固方案进行闸型比选,供同类工程参考。

[关键词]病险水闸;除险加固;方案比选

1引言

2013年8月16日,浑河干流发生了严重的洪水灾害,造成下寨子拦河闸所处河段两岸防护堤以及水闸大部分冲毁,其残余部分已无法利用,因此,需要除险加固,推倒重建。

2设计方案与比选

2.1设计方案。下寨子拦河闸是一座具有泄洪和灌溉效益的综合利用功能的水闸,属浑河防洪工程的一部分,本次除险加固后灌溉面积为4500亩。下寨子拦河闸所在河道防洪标准为20年一遇,最大过闸流量1797m3/s,水闸过流能力按此标准和流量复核。本次除险加固工程规模确定为Ⅱ等大(2)型,泄水闸、冲砂闸、进水闸和两岸边墙等主要建筑物级别降为3级,次要建筑物级别为3级,临时建筑物为4级。因本工程下游紧邻国道202线及跨河公路桥,如被冲毁影响巨大,所以下游消能防冲建筑物设计洪水重现期为20年,用校核洪水重现期50年进行复核。下寨子拦河闸所在河道为典型山区多泥砂河道,汛期洪水陡涨陡落、迅疾凶猛,挟带大量泥砂及漂浮物。因此,除险加固设计拟采用平板闸和液压坝两种方案供分析选择。2.1.1平板闸设计方案平板闸方案是将翻板闸和一孔冲砂闸改为泄水闸结构布置。拆除翻板闸底部浆砌石及一个冲砂闸闸墩混凝土,仅保留下部浆砌石作为闸底板基础,布置平板闸加平板门的泄水闸结构。在全河断面布置平板门泄水闸,为加大泄流能力,应尽可能加大泄水闸孔口尺寸。参考同类工程,拦河闸总长为132m,由泄水闸、冲砂闸、进水闸和挡水坝段组成。泄水闸共设8孔,每孔净宽10m,闸室底板顶高程略高于上游河床开挖后地面高程。泄洪冲砂闸单孔净宽8m,边墩宽1m,中墩宽1.5m,2孔冲砂闸总长19.5m;闸室沿水流方向长度8.5m,闸底板厚度2.25m;泄洪冲砂闸为不设胸墙开敞式闸孔,闸孔净高8.45m,闸门为平板钢闸门,采用手动和电动两用启闭操作方式,闸顶以上布置排架结构,用于布置闸门启闭机房。进水闸长3.5m,左岸挡水坝段长15m。闸室底板保留部分老浆砌石作为水闸基础,并新建下游消力池。消力池采用底流消能方式,消力池长度39.3m(含斜坡段11m),斜坡段底板厚度0.5m,水平段底板厚度0.5m。2.1.2液压坝设计方案由右岸到左岸一次布置19扇合页式钢闸门泄水闸、1孔进水闸及左岸挡水坝段,拦河闸总长126.62m,其中合页式钢闸门总长114m,进水闸长3.5m,左岸挡水坝段长9.12m。19扇合页式钢闸门泄水闸总长114m,分为7个坝段,其中5个坝段为3扇一联布置,单个坝段长度18m,2个坝段为2扇一联布置,单个坝段长度12m。每扇合页式钢闸门净宽6m,闸室底板沿水流方向长度7m,闸底板顶部为台阶式,上游闸底板厚度3.5m,下游闸底板厚度3.13m。2.2方案比选。本工程的平板闸和液压坝方案分别从防止泥砂淤积、过流能力、运行管理、景观等4方面进行经济技术比选。(1)防止泥砂淤积方面平板闸方案紧靠进水闸布置有2孔泄洪冲砂闸,闸孔总净宽16m,泄洪冲砂闸底板高程低于进水闸底板高程1.35m,能够很好的解决进水闸附近的泥砂淤积问题,另外,8孔泄洪闸也为平板闸,闸孔总净宽80m,泄洪闸底板高程低于进水闸底板高程1.10m,泄洪期间也能够起到冲砂作用;液压坝方案在主河床布置有19孔合页式钢闸门,闸孔总净宽114m,闸底板高程低于进水闸底板高程1.10m,拦河闸泄洪期间,钢闸门放倒,同样能够将上游淤积的泥砂排向下游,起到很好的冲砂效果。可见,两方案均能够解决拦河闸上游的泥砂淤积问题。(2)过流能力方面平板闸方案在宣泄设计洪水时上游水位高于液压坝方案0.58m,宣泄校核洪水时上游水位高于液压坝方案0.79m,造成两方案的过流能力差别的原因主要在于,平板闸方案在主河床布置有闸墩,占用了部分主河床过流宽度。可见,在过流能力方面,液压坝方案优于平板闸方案。(3)运行管理方面平板闸方案布置有10孔平板钢闸门,闸门孔数较多,需要电动启闭设备对闸门进行控制,从而消耗一定的电能,造成一定的日常运行费用。液压坝的控制系统灵活多样,可针对不同客户的需求,配备手动摇杆式操作、PLC自控操作、电脑远程监控等控制系统;还可以采用角度传感器等检测装置,配套电控液压操作系统,达到自动升降操作。可配备任意调节坝高功能,控制上游水位和下泄流量。还可实现任意坝扇同步升降,实现面板的精准控制。液压坝体水力性能优越,面板倒伏后紧贴坝基面板,可畅泄洪水、上游堆积泥沙和漂浮物,特别适用于多砂、多石、多树、寒冷地区的河流和洪水涨落快速的山区及城市河道,以及有较高溢流要求的工程。可见,在运行管理方面,液压坝方案优于平板闸方案。(4)景观方面液压坝方案由于仅需闸门作为挡水结构,无需布置闸墩及用于布置启闭设备的上部结构,其采用暗藏式支撑,低重心,支撑机械隐藏于高强度外形美观的保护套中,能有效防止大型漂浮物、泥砂、杂物、锈蚀等不利因素对各部件造成的影响。坝面整齐干净,可根据业主需要,喷绘不同色彩、图案、标语等。液压坝可根据河道蓄水能力,实现液压坝闸顶超过0.50m高度挡水,坝面可在任意角度范围内停留支撑,同时还可实现单扇或多个坝扇任意组合或同步调节,减少水流对下游的冲刷。可见,在景观方面,液压坝方案优于平板闸方案。通过以上四方面比较得知,在防止泥沙淤积方面两个方案均有同样的效果,在过流能力方面,液压坝方案因无中墩阻水明显优于平板闸方案,在运行管理和景观方面,液压坝方案优于平板闸方案。对于建在城镇的挡水建筑物,其过流能力较大、上游淹没少的枢纽尤为重要。综合考虑水闸安全运行及防洪影响因素推荐选用液压坝方案。

3案例

除险加固后的下寨子拦河闸由泄水闸、进水闸及左岸挡水坝段三部分组成。建筑物从左至右依次为左岸挡水坝段、进水闸、泄水闸,其中挡水坝段长9.12m,进水闸段长3.50m,泄水闸段长114.00m。加固后的泄水闸,由原来的自动翻板门改为合页式钢闸门形式。原有基础底部老浆砌石全部拆除,加固后水闸闸室底板建基面坐落至强风化岩基上,下游重新设置底流式消力池。泄水闸闸室顺水流方向长7m。共设19孔,每孔净宽6m,其中5个坝段为3孔一联布置,单个坝段长度18m,2个坝段为2孔一联布置,坝段长度12m。泄水闸下游采用消力池底流消能,消力池深均为1.80m,消力池池长35.05m(包括斜坡过渡段),消力池底板厚度均为0.5m,为了抵消消力池底板扬压力,底板水平段设Φ25锚筋深入基岩4.5m与基岩相接,间排距2m,呈梅花形布置。加固后进水闸孔口净宽1.5m,共1孔,顺水流方向总长16.5m,其中闸室段长6.5m,下设消力池,消力池长为10.00m。泄水闸采用电动液压缸启闭,于右岸上游侧设一泵房,内设液压站、操控台、电控柜等操控设施。进水闸采用手电两用螺杆式启闭机操纵平板闸门。

4结语

下寨子拦河闸现状已不满足该地区的灌溉要求,加之河道淤积严重,应尽快进行除险加固,以保证该地区农作物的灌溉要求。此次加固方案的泄流能力比原建筑物泄流能力增大,并且液压坝是近年来一项水利科技的创新成果,是国内领先的活动水坝技术,可广泛应用于农业灌溉、水力发电、城市河湖美化等方面。

参考文献:

[1]石桂萍.城市河道治理设计中几种拦河建筑物型式的分析比较[J].水利规划与设计,2013,No.116(06):62-64.

[2]丁峰,刘月刚,邱象玉.液压升降坝在城市河道中的选型设计[J].水利规划与设计,2013,No.113(03):59-61.

[3]关红俊.晋城市沁河河道蓄水工程液压坝水工设计[J].山西水利科技,2015,No.195(01):111-113.

作者:张仲 于月鹏 单位:中水东北勘测设计研究有限责任公司

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