商丘市林七水庫泄洪建筑物除險加固方案比選

□陳留新（商丘市水利建筑勘測設計院）

一 概述

水庫上的泄洪閘是水庫樞紐工程的重要組成部分，作為擋水、泄水的水工建筑物，不但起著日常調節(jié)庫水位、控制出庫流量的作用，而且肩負著在汛期宣泄洪水，確保水庫安全的重要任務。對水庫除險加固工程來說，泄洪建筑物的除險加固往往是重要的建設內容之一。由于其位置重要，泄洪流量一般較大，所占投資比利往往也較大。泄洪建筑物的除險加固不僅事關水庫整體除險加固的成敗，對整個工程投資也有著較大的影響，其加固方案的選擇顯的尤為重要。從除險效果、經濟效益、運行管理等多方面、多角度的去擬定不同的加固方案，通過詳細對比，選定效果明顯、效益突出、經濟合理的加固方案，是工程前期規(guī)劃設計階段的一項重要工作。

二 工程概況

林七水庫位于河南省民權縣的黃河故道子河上，是商丘市黃河故道上五座串聯梯級水庫中最上游一座，該水庫是一座以城市供水為主，兼有防洪、灌溉和養(yǎng)殖等多種功能的中型水庫。林七水庫設計最高洪水位65.00m，相應庫容5916.00萬m3，校核最高洪水位65.51m，總庫容7632.00萬m3。

林七水庫主要建筑物有主壩一座、副壩兩座、溢洪道一個、泄洪閘兩座。主壩壩長920m，為均質土壩，壩頂高程66.80～67.20m（56黃海高程，下同），壩頂寬12m；兩座副壩分別位于水庫左右岸，也為均質土壩；溢洪道在主壩以北150m處，底高程61.70m，底寬23m，邊坡1:3；北泄洪閘在溢洪道上，6孔，每孔凈寬3m，閘底板高程61.70m，南泄洪閘在主壩左肩上，2孔，每孔凈寬5m，閘底板高程60.50m，兩泄洪閘均為開敞式閘室結構。

2004年1月，林七水庫通過了三類壩的鑒定結論，2006年2月，河南省發(fā)改委對林七水庫除險加固初步設計進行了批復，同意對水庫主副壩、泄洪閘等主要建筑物進行除險加固，防洪標準按照50年一遇設計、200年一遇校核。

三 泄洪建筑物現狀

（一）北泄洪閘現狀

北泄洪閘閘墩、上下游翼墻均為漿砌塊石結構，閘底板、機架橋為鋼筋混凝土結構，上游護坡為漿砌混凝土塊，下游護坡為漿砌塊石，啟閉機房為磚砌體結構。閘總長108.4m，其中上游段長50.00m，下游段長48.10m，閘室段長10.30m，閘門高度3.0m，閘上設有交通橋。

北泄洪閘存在的主要隱患是：交通橋板應力不足，變形嚴重；螺桿式啟閉機設備老化，絲桿彎曲，制動系統(tǒng)不靈活；鋼筋混凝土閘門嚴重露筋，門槽變形，止水損壞；砌石閘墩分縫張開，位移明顯；混凝土閘底板碳化嚴重；機架橋排架、啟閉機梁等主要構件均存在不同程度變形和碳化；啟閉機房房頂漏水，墻面剝落；原閘無橋頭堡。

（二）南泄洪閘現狀

南泄洪閘上游翼墻為圓弧鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結構，閘室、機架橋為鋼筋混凝土結構，下游翼墻為八字鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結構，下游扭曲面為漿砌塊石，下游護坡為干砌混凝土塊，啟閉機房為磚砌結構。閘總長92.00m，其中上游段長23m，下游段長59.00m，閘室段長10.00m，閘上設有交通橋。

南泄洪閘存在的主要隱患是：閘門碳化嚴重，止水橡皮老化，漏水嚴重，關閉不嚴，支撐滾輪銹蝕嚴重；工作橋排架及聯系梁嚴重開裂破壞；閘啟閉機房漏水，啟閉設備俱已老化，機組水箱漏水，銹蝕較嚴重；上游鋼筋混凝土圓弧翼墻與邊墩連接分縫張開，分縫處翼墻嚴重內傾；下游鋼筋混凝土八字翼墻與邊墩連接分縫張開，分縫處翼墻內傾，最大水平位移25mm，應力不足；原閘無橋頭堡。

四 泄洪建筑物加固方案

根據除險加固要求及兩泄洪閘現狀，我們選擇了四種維修加固方案進行比較，廢除北泄洪閘，重建南泄洪閘；廢除南泄洪閘，重建北泄洪閘；維修南、北泄洪閘；廢除北泄洪閘，擴建南泄洪閘。

（一）方案一

本方案為北泄洪閘廢除，南泄洪閘拆除重建，并在原北泄洪閘處填筑壩體。

根據調洪演算結果，林七水庫在洪水重現期50年和200年時的最大泄流量分別要達到296.00m3/s和348.00m3/s。如采用南泄洪閘單獨泄水，經水力計算，閘孔總凈寬應為20.0m。本次設計南泄洪閘為4孔閘，閘門凈寬5.0m，高4.0m，閘底板高程為60.50m，采用露頂式平板鋼閘門，2×8t雙吊點卷揚啟閉機。上游采用15m長漿砌塊石護底、15m長400mm厚C15混凝土鋪蓋，南北岸護坡均采用120mm厚C15現澆混凝土塊，邊坡1:3，南岸與大壩連接護至庫底，北岸護坡長度15m。閘室與上游護坡之間采用懸臂式圓弧翼墻連接。下游消力池總長19m，，出消力池后鋪設15m漿砌塊石海漫和25m長干砌塊石護底。消力池兩岸采用懸臂式八字擋土墻，下游護坡為漿砌塊石，八字墻與護坡之間采用漿砌塊石扭曲面連接。

拆除北泄洪閘，在原有閘底板上、下游段澆筑混凝土擋土墻，兩擋土墻之間填筑均質土壩，土料取自勘探的土料場，要求壓實后干密度為16kN/m3，壩底高程61.70m，壩頂高程67.10m，壩頂寬9m，其中柏油路面寬7m。

經計算一至四部分建安量投資為647.38萬元。

（二）方案二

本方案為南泄洪閘廢除，北泄洪閘拆除重建，在原南泄洪閘處新填筑壩體長12m，由于與主壩相連，其建設標準與應與主壩相同。

北泄洪閘拆除重建，如閘底板仍定為61.70m，經調洪演算閘孔凈寬需32m，而北泄洪閘所處地方溢洪道總寬約為23m，兩側均為居民住房，拆遷工作量很大，因此須降低溢洪道及閘底板高程。根據溢洪道寬度的限制，結合方案一南泄洪閘調洪演算成果，確定溢洪道及閘底板均降至60.50m，經調洪演算需4孔，閘門凈寬5.0m，高4.0m，采用露頂式平板定輪鋼閘門，2×8t雙吊點卷揚啟閉機。上游采用15m長漿砌塊石護底、20m長C15混凝土鋪蓋，南北岸護坡均采用C15現澆混凝土塊。閘室與上游護坡之間采用懸臂式園弧翼墻連接。下游消力池總長19m，出消力池后鋪設15m長漿砌塊石海漫和25m長干砌塊石護底。消力池兩岸采用懸臂式八字擋土墻，下游護坡為漿砌塊石，八字墻與護坡之間采用漿砌塊石扭曲面連接15m。

經計算一至四部分建安量投資為633.94萬元。

（三）方案三

本方案南、北泄洪閘均根據檢測報告和工程安全復核結果，進行維修，消除隱患，正常運行。

北泄洪閘維修加固措施為:更換閘門、啟閉機及機電設備，閘門采用露頂式平板定輪焊接鋼閘門（寬×高）3.0m×3.0m，共6扇，配備QPQ-1×100kN單吊點式卷揚啟閉機6臺；更換交通橋橋板，荷載標準為汽車-10級空心板；機架橋、啟閉機房拆除重建及南岸增設橋頭堡；閘墩及底板維修，閘墩上部拆除1m，采用漿砌塊石重新修建至原閘墩標高，底板表面鑿除炭化層，用高標號混凝土回澆，另外上游右岸護坡拆除重建。南泄洪閘維修加固措施為:更換閘門、啟閉機及機電設備，閘門采用露頂式平板定輪焊接鋼閘門（寬×高）5.0m×4.0m，共2扇，配備QPQ-2×80kN雙吊點式卷揚啟閉機2套；重建上游翼墻及護坡，上游翼墻采用懸臂式園弧翼墻，C20鋼筋混凝土結構，護坡為C15現澆混凝土，北岸護坡長度為15m，南岸護坡至庫底與大壩護坡連接；重建下游八字墻及護坡，消力池兩岸采用C20鋼筋混凝土懸臂式八字墻，擴散角10°，下游護坡為漿砌塊石，八字墻與護坡連接處采用漿砌塊石扭曲面；重建啟閉機房及橋頭堡，且在南岸增設橋頭堡。

經計算一至四部分建安量投資為479.56萬元。

（四）方案四

本方案為北泄洪閘廢除，南泄洪閘擴建，并在原北泄洪閘處填筑壩體。

經調洪演算新建南泄洪閘擴建為4孔閘，新建兩孔閘底板高程為60.50m，閘門凈寬5.0m，高4.0m，采用露頂式平板鋼閘門，2×8t雙吊點卷揚啟閉機。上游采用15m長漿砌塊石護底、15m長400mm厚C15混凝土鋪蓋，南北岸護坡均采用120mm厚C15現澆混凝土塊，邊坡1:3，南岸與大壩連接護至庫底，北岸護坡長度15m。閘室與上游護坡之間采用懸臂式園弧翼墻連接，其半徑為15m。下游消力池總長19m，出消力池后鋪設15m長、400mm厚漿砌塊石海漫和25m長400mm厚干砌塊石護底。消力池兩岸采用懸臂式八字擋土墻，下游護坡漿砌塊石，八字墻與護坡之間采用漿砌塊石扭曲面連接。

拆除北閘，在原址處新筑擋水壩，壩頂寬9m，瀝青混凝土路面寬7m，壩頂高程為66.80m，均質土壩，上游邊坡為1:6、下游邊坡為1:5。

經計算一至四部分建安量投資為491.81萬元。

五 加固方案比選

方案一、二均通過廢除原兩泄洪閘，重建新泄洪閘，完全消除了兩泄洪閘的安全隱患，但工程量較大，投資較高。

方案三通過局部維修解決了目前兩泄洪閘的安全隱患，由于兩泄洪閘運行時間已較長，再運行一段時間后難免會產生新的隱患，尤其是北閘閘墩為砌體結構，抗震效果不好。本方案雖然工程量較小，一次投資較低，但后期運行期間兩閘要同時運行調度，增加了運行成本和管理難度。

綜合考慮多方面因素，通過比選，方案四（廢除北泄洪閘、擴建南泄洪閘）投資偏小，后期運行成本低，管理方便，同時消除了泄洪閘所有的安全隱患，因此本次除險加固采用了方案四。