溈豐水閘除險加固方案設(shè)計

溈豐水閘除險加固方案設(shè)計摘要：溈豐水閘位于湘江一級支流溈水下游寧鄉(xiāng)縣城區(qū)內(nèi)，是一座以農(nóng)田灌溉為主，兼有城市供水等功能的中型水利樞紐工程。該工程于1956年竣工投產(chǎn)，至今已運(yùn)行60年，目前水閘已嚴(yán)重老化，安全隱患十分突出，需進(jìn)行除險加固。本文重點(diǎn)介紹除險加固方案設(shè)計。關(guān)鍵詞：水閘除險加固鋼壩1工程概述溈豐閘為黃材灌區(qū)低灌區(qū)骨干龍頭引水樞紐，位于湘江一級支流溈水下游寧鄉(xiāng)縣城區(qū)內(nèi)，閘址控制流域面積2078km2。該工程于1953年由湖南省水利廳組織勘察設(shè)計，1955年11月動工興建，1956年竣工投產(chǎn)，至今已運(yùn)行60年。溈豐閘壩軸線全長187m，堰體為漿砌石結(jié)構(gòu)，外包混凝土防滲、防沖面層，堰后接漿砌石護(hù)坦，堰頂上部設(shè)有55扇木質(zhì)結(jié)構(gòu)疊搭式立軸旋轉(zhuǎn)門。目前，溈豐閘已嚴(yán)重老化，消力池及護(hù)坦已沖刷破壞，水閘已不能正常蓄水，安全隱患十分突出。閘壩體和閘基滲漏量大，兩岸壩肩屬于中度透水層，在閘壩正常蓄水情況下，向下游存在繞壩滲流問題。2工程地質(zhì)條件溈水發(fā)源于湖南省寧鄉(xiāng)縣扶王山，全長144km，穿行于丘陵和平原之間，流域地勢總的趨勢是西南高，東北低。溈水河水流平緩，閘址處于縣城附近，河段較寬闊，兩岸階地較發(fā)育。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動表現(xiàn)為間歇性的升降運(yùn)動，據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，區(qū)內(nèi)無大的區(qū)域斷裂通過，據(jù)《中國地震動峰值加速度圖》，50年超越概率為10%時，本區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，對應(yīng)基本烈度為丑度，工程區(qū)地震動反應(yīng)特征周期為0.35s，屬相對穩(wěn)定地塊。3工程任務(wù)和規(guī)模溈豐水閘主要任務(wù)以灌溉、供水為主，兼有美化環(huán)境，保持生態(tài)，維護(hù)城市景觀等。溈豐水閘復(fù)核設(shè)計下泄流量Q=4570m3/s（P=3.33%），校核下泄流量Q=6560m3/s（P=1%），根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）3.0.1條規(guī)定，本工程為中型灌溉工程，等別為III等。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）4.3.2條規(guī)定，因溈豐水閘過閘流量超過5000m3/s，經(jīng)湖南省水利主管部門審查認(rèn)定，同意水閘建筑物級別提高一級，確定水閘工程主要建筑物級別為2級，次要建筑級別為3級。故水閘洪水標(biāo)準(zhǔn)確定為：設(shè)計洪水為30年一遇，校核洪水為100年一遇，水閘下游消能防沖的洪水標(biāo)準(zhǔn)與該水閘洪水標(biāo)準(zhǔn)一致，設(shè)計洪水重現(xiàn)期為30年；上、下游護(hù)岸工程按20年一遇洪水設(shè)計。4水閘加固方案經(jīng)對閘室段方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定閘室段主體加固方案為：拆除原泄洪閘閘室段55孑L3.38mX1.7m（寬X高）木質(zhì)結(jié)構(gòu)疊搭式立軸旋轉(zhuǎn)門、沖砂閘段2孔2.5X3.5m（寬X高）平板門，改造成5孔36mX3.79m（寬X高）底橫軸旋轉(zhuǎn)鋼壩工作閘門及液壓啟閉機(jī)的形式。將左岸灌溉進(jìn)水閘1孔2.8mX5.5m（寬X高）露頂式平板門全部拆除后改造成1孔3.0mX2.79m（寬X高）潛孔式液壓平面鋼閘門閘室。新建右岸沖沙閘2孔，閘門尺寸為3.5mX5.29m（寬X高），采用開敞式平面鋼閘門和固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)閘室。加固前閘室段溢流總寬度為181.80m，加固后閘室段溢流總寬度為217.00m，加固后水閘溢流總寬度比加固前增加了35.20m。水閘平面布置見圖1。騏期*■nwwu騏期*■nwwu歐■Jltnr.BU:圖1水閘平面布置圖5溢流壩段、沖沙閘及灌溉進(jìn)水閘加固設(shè)計根據(jù)水閘加固處理整體方案，對原水閘堰體、消力池進(jìn)行拆除重建。閘室段長16.00m，底板頂高程為42.00m，底板和閘身采用鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，啟閉機(jī)地面高程為40.80m，啟閉機(jī)型式為2X1600KN，液壓啟閉機(jī)。閘室段設(shè)有5孔36mX3.79m的鋼壩工作閘門，閘底板順?biāo)鏖L16.00m，寬217.00m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。中墩為7.0m寬，長為16.00m，邊墩4.50m寬，長為16.00m。考慮在右岸新建2孔沖沙閘，閘底高程與現(xiàn)狀河床高程一致，為40.50m，閘室段長16.00m，底板和閘身采用鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，采用固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)（QPQ-250kN，揚(yáng)程11m，啟閉機(jī)型式為2X1600KN）。閘室段設(shè)有2孔3.5mX5.29m的平板鋼閘門，閘底板順?biāo)鏖L16.00m，寬11.50m，水閘中墩邊墩均為1.50m寬，長為16.00m，閘室為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。灌溉進(jìn)水閘在原址拆除重建，閘底高程與原閘底一致，為43.0m，孔口寬度與原水閘一致，為3m。進(jìn)水閘分三段，閘室段、交通橋段和水渠段。閘室段長11.75m，邊墩1.7m，與水閘左邊墩為一個整體，閘門為潛孔式液壓提升門。交通橋段長13.17m，上部有設(shè)有一處寬7.50m交通橋；水渠段長15.00m，為U型結(jié)構(gòu)，中間用橫梁支撐，底板厚1.10m，邊墩厚度從頂?shù)降?.10?1.74m。水閘檢修門附近設(shè)置檢修橋，寬5.0m。6水閘基礎(chǔ)防滲處理對水閘閘室基礎(chǔ)進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理。防滲帷幕采用一排，孔距為2.0m。根據(jù)閘址滲透剖面圖，水閘閘基左段上層基巖滲透性較小，約為1?5Lu，厚度約4m，下層巖石的滲透較大，約為10?100Lu，厚度約為5m；右段閘基基巖中間部分區(qū)域的滲透較?。??5Lu），其他部分的過閘流量較大，為10?100Lu；左右段閘基底部基巖的滲透系數(shù)較小，為1?5Lu。因此帷幕灌漿孔深宜達(dá)到底部基巖為控制標(biāo)準(zhǔn)，約10m深。帷幕灌漿孔布置在距閘基上游齒槽1.25m處的位置，在此澆筑部分齒槽混凝土后，設(shè)置灌漿平臺進(jìn)行鉆孔注漿。根據(jù)地形、地質(zhì)情況，灌漿帷幕的走向選擇為：順?biāo)l軸線方向呈“一”字形延伸至左、右兩岸，左、右岸順延伸一定長度，滿足兩岸繞閘滲漏的防滲要求。據(jù)地質(zhì)資料及閘上最大水深情況，帷幕一般深度為10m。根據(jù)本工程的地質(zhì)情況結(jié)合已建工程經(jīng)驗，灌漿帷幕孔孔距為2.0m，灌漿壓力初定0.2?0.4MPa。施工中應(yīng)根據(jù)灌漿試驗對帷幕灌漿孔距、深度及灌漿壓力進(jìn)行調(diào)整。灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃，逐級變換。帷幕灌漿漿液水灰比可采用3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1等六個比級。開灌水灰比可采用3：1。灌漿帷幕孔按一排設(shè)計，水閘及兩岸基礎(chǔ)帷幕灌漿總進(jìn)尺為950m。灌漿帷幕孔距均為2.0m，帷幕孔灌漿深度一般為6.0m。水閘帷幕灌漿布置詳見《水閘基礎(chǔ)帷幕灌漿設(shè)計圖》。本工程左、右岸閘肩下部為松散砂卵礫石層，基巖以上松散砂卵礫石層采用高壓旋噴樁灌漿處理，高噴灌漿設(shè)單排，孔距1.25m，要求防滲系數(shù)k小于10-5cm/s，該土層經(jīng)過高壓旋噴及帷幕灌漿處理，滲流通道已被切斷，可滿足防滲要求。高噴灌漿采用三管法施工，灌漿分兩序進(jìn)行，同序孔距2.5m，最終孔距1.25m?？紤]水閘地基巖層存在數(shù)層軟弱夾層，部分有軟弱夾層的閘段地基需要進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，根據(jù)計算固結(jié)灌漿深度約為11.0m，孔、排距3mX3m，梅花型布置，固結(jié)灌漿在帷幕灌漿之前完成。水泥灌漿工藝：水閘基礎(chǔ)灌漿為有砼蓋重灌漿，此次利用水閘底板作為砼蓋重，厚度滿足要求，且待其達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的50%后才能進(jìn)行，并要求密切注意閘底板的抬動。7水閘下游消能防沖加固處理水閘加固后采用底流消能方式，根據(jù)上述消能計算成果，原消力池池長及池深均不滿足消能要求，需新建消力池，消能工按池長18.00m，池深1.50m進(jìn)行設(shè)計。鋼壩段斜坡連接段長9.2m，沖沙閘段斜坡連接段長8m；水流經(jīng)過消力池后，已消除了大部份多余能量，但仍留有一定的剩余動能，特別是流速分布不均，脈動仍較劇烈，具有一定的沖刷能力。因此，消力池后仍需設(shè)置海漫等防沖加固設(shè)施，以使水流均勻擴(kuò)散，并將流速分布調(diào)整到接近天然河道的水流形態(tài)。海漫的長度根據(jù)計算采用69.70m，海漫設(shè)計長度取70.0m，海漫前20m采用0.8m厚漿砌石結(jié)構(gòu)，后50m采用0.5m厚干砌石，海漫末端設(shè)拋石防沖槽，長11m，深1.5m，防沖槽內(nèi)干砌石最小粒徑按不小于0.30m控制。8結(jié)束語鋼壩是近年發(fā)展起來的一種新型景觀閘壩，也是一種新型可調(diào)控溢流壩，它由土建結(jié)構(gòu)、帶固定軸的剛性壩體、驅(qū)動裝置設(shè)備等組成。其適合于河道孔口較寬、水位差比較小的工況（1-6米）。其優(yōu)點(diǎn)是：1）采用底部固定軸旋轉(zhuǎn)啟閉，閘門開啟容易，上部無阻水結(jié)構(gòu)，不易卡掛樹枝、垃圾等雜物，不易阻洪，也不易受泥沙雜物淤積影響，運(yùn)行可靠，行洪能力強(qiáng)；2）可省去數(shù)孔閘墩，結(jié)構(gòu)簡單；3）閘壩啟閉時