六股河攔河閘溢流壩除險加固設(shè)計與計算分析

劉桂雁

(綏中縣水利服務(wù)總站，遼寧 綏中125200)

1 工程概況

葫蘆島市綏中縣六股河攔河閘位于葫蘆島市綏中縣境內(nèi)，六股河干流上。工程地處綏中縣城防洪段，肩負著灌溉、防洪和縣城生態(tài)景觀的任務(wù)。攔河閘建成后運行了33 a，由于凍融破壞，閘門滲漏嚴重，不能正常運用。

攔河閘工程由溢流壩、沖沙閘及渠首進水閘組成，攔河閘總寬406.00 m，其中溢流壩總寬385.179 m，沖沙閘總寬20.821 m，從左至右由1 跨5.179 m左側(cè)邊跨溢流壩、15 跨20.00 m 中跨溢流壩、10 孔20.821 m 沖沙閘及4 跨20.00 m 右側(cè)邊跨溢流壩組成。

1.1 溢流壩

溢流壩壩頂高程為14.35 m，壩基高程為13.10 m，堰型為曲線型駝峰堰，底寬12.00 m，中間為砂礫料填心，外包混凝土結(jié)構(gòu)。

1.2 沖沙閘

沖沙閘從右往左排列，第一孔為人工啟閉鑄鐵閘門，閘孔凈寬1.20 m;其余9 孔均為人工翻轉(zhuǎn)翻板鋼閘門，其中第二孔至第九孔閘孔寬1.56 m，第十孔閘孔寬1.41 m，共設(shè)9個中墩，中墩寬0.50 m，邊墩寬0.6155 m，閘底高程為13.10 m。

1.3 進水閘

進水閘位于攔河閘上游約40.00 m 處，進水口軸線與攔河閘軸線呈約60°，進水閘總寬3.90 m，共設(shè)2 孔1.20 m×1.20 m(寬×高)鑄鐵閘門，閘底高程為13.10 m，進水閘設(shè)一中墩，墩寬0.50 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)邊墩寬0.5 m，為漿砌石結(jié)構(gòu)。

2 溢流壩存在的問題

六股河攔河閘溢流壩總寬385.179 m，被沖沙閘分割為左右兩段，其中左側(cè)寬305.179 m，從左至右為1 跨5.179 m 左側(cè)邊跨溢流壩及15 跨20.00 m 中跨溢流壩，右側(cè)寬80.00 m，由4 跨20.00 m寬左側(cè)邊跨溢流壩組成，溢流壩壩頂高程為14.35 m，壩基高程為13.10 m，堰型為曲線型駝峰堰，底寬12.00 m，中間為砂礫料填心，外包混凝土結(jié)構(gòu)。

3 除險加固方案

鑒于壩體僅為外包結(jié)構(gòu)破損，填心部位大部分完好，因此本次除險加固將溢流面拆除，重新澆筑鋼筋混凝土護面，拆除和新澆混凝土厚度均為0.10 m。由于沖沙閘位置進行了調(diào)整，將右側(cè)靠近河岸的3跨20.00 m寬的溢流壩拆除，并在原沖沙閘空位新建一跨20.821 m 的溢流壩，外形與其余溢流壩相同，采用混凝土結(jié)構(gòu)。重建被沖毀的下游消能設(shè)施和上游鋪蓋防滲設(shè)施［2］。

4 工程位置布設(shè)

將沖沙閘移至右側(cè)河岸后，剩余溢流壩總寬346.00 m，從左至右由1 跨5.179 m 左側(cè)邊跨、15 跨20.00 m 中跨、1 跨20.821 m 中跨及1 跨20.00 m 右側(cè)邊跨，右側(cè)邊跨與沖沙閘連接，堰基高程仍為13.10 m。

壩體結(jié)構(gòu)由壩前鋪蓋、壩體、下游消力池、海漫、防沖槽、隔墩及左側(cè)翼墻組成。溢流壩壩體仍維持原結(jié)構(gòu)型式，溢流壩壩頂高程為14.35 m，壩基高程為13.10 m，堰型為曲線型駝峰堰，底寬12.00 m，中間為砂礫料填心，外包混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土厚0.10 m;上游鋪蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，順水流方向長5.00 m，鋪蓋頂高程131.10 m，厚0.40 m，鋪蓋前端設(shè)置混凝土防沖槽，槽深1.00 m。

消力池根據(jù)實際落差采用兩級消力池，一級消力池長18.30 m，池底高程為12.60 m，底板厚0.60 m，尾坎頂高程13.10 m，二級消力池長12.50 m，池底高程為11.80 m，底板厚0.50 m，防沖槽采用格柵石籠結(jié)構(gòu)，順水流方向長7.00 m，頂高程由11.80 m降至11.20 m，防沖槽最深部位2.40 m。

沖沙閘與溢流壩隔墩墩頂高程為14.60 m，其中閘上游隔墩長10.00 m，與閘連接長14.00 m，閘下游長15.30 m，均厚0.50 m;左側(cè)翼墻墻頂高程均為17.00 m，翼墻型式為懸臂式擋土墻，壩上游長5.00 m，上游垂直插入岸坡12.80 m 并與上游河道岸坡護坡連接，壩下游長37.80 m，下游垂直插入岸坡16.60 m 并與下游河道岸坡護坡連接［3］。

鋪蓋、外包堰面混凝土、下游消力池、隔墩及左側(cè)翼墻均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土標號均采用C25F150。

5 水力計算與分析

溢流壩過流能力計算采用《溢洪道設(shè)計規(guī)范》(SL253—2000)公式:

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當

式中:Q 為流量，m3/s;c 為上游堰坡影響系數(shù)，取1.00;m 為駝峰堰堰流量系數(shù);ε 閘墩側(cè)收縮系數(shù);δs為淹沒系數(shù);B 為總凈寬，346.00 m;H0計入流速水頭的堰上總水頭;ξk為邊墩形狀系數(shù)，取1.00;ξ0為中墩形狀系數(shù);n 為閘孔數(shù)目，取1;b 為單孔寬度，取B;P1為駝峰堰堰高，1.25 m。

溢流壩泄流能力計算成果見表1。

表1 攔河閘水位與流量關(guān)系表

沖沙閘上游水位在14.00 ～15.00 m 時需要修建消力池，而溢流壩由于沖沙閘提前開啟已將下游水位抬升，均屬于淹沒水躍。消力池深度按下式計算:

式中:d 為消力池深度，m;σ0為水躍淹沒系數(shù)，采用1.05;△Z 為出池落差，m;h's出池河床水深，m。

消力池池深控制工況:

沖沙閘當上游水位為14.35 m 時，其(hc″ －h(huán)t) 為最大值。消力池池深計算結(jié)果見表2。

表2 消力池池深計算結(jié)果

根據(jù)表2，溢流壩各工況均發(fā)生淹沒水躍，無需修建消能設(shè)施，但實際現(xiàn)場由于河道因采沙形成的河道下切極為嚴重，已經(jīng)形成了1.90 m 的落差，導(dǎo)致消能設(shè)施和防護設(shè)施損毀，因此，本次除險加固主要針對地形及水毀情況對溢流壩進行防護，同時兼顧消能。

消力池根據(jù)實際落差采用兩級消力池，一級消力池長18.30 m，池底高程為12.60 m，底板厚0.60 m，尾坎頂高程13.10 m，二級消力池長12.50 m，池底高程為11.80 m，底板厚0.50 m，防沖槽采用格柵石籠結(jié)構(gòu)，順水流方向長7.00 m，頂高程由11.80 m降至11.20 m，防沖槽最深部位2.40 m。

6 防滲分析

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測看，壩基防滲木板樁腐爛，喪失防滲功能，因此，本次除險加固設(shè)計認為該木板樁的防滲效果已經(jīng)失效。

6.1 上游鋪蓋長度

根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》SL256—2001，上游鋪蓋長度一般采用上、下游最大水位差的3 ～5 倍，即上游鋪蓋長度3.75 ～5.25 m(上、下游最大水位差取1.25 m)，上游設(shè)置5.00 m 鋪蓋。

6.2 防滲長度校核

按照勃萊法計算閘基所需防滲長度。

擬建升降壩建基于圓礫層，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，圓礫層可能發(fā)生管涌型滲透變形，其允許水力比降建議值為0.15。

計算公式如下:

式中:L 為閘基所需防滲長度;C 為滲徑系數(shù);△H為上下游水位差。

查圓礫有濾層時允許滲徑系數(shù)值采用4，正常運用時上下游水位差△H =3.15 m，壩基所需防滲長度L = C△H =12.60 m;坍壩行洪時上下游水位差非常小，壩基所需防滲長度極小，防滲控制長度為12.60 m。壩上游鋪蓋、壩底板、下游消力池用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分縫處均采用橡膠止水帶連接，其地下輪廓線總長為44.80 m，滿足防滲要求。沖沙閘邊墩及上下游翼墻均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)且有橡膠止水帶連接滿足側(cè)向防滲要求。

6.3 導(dǎo)滲

為進一步加強下游出逸點滲透安全，在防沖槽下設(shè)置反濾土工布，加強出逸點反濾，防止土料發(fā)生滲透變形。

7 穩(wěn)定及應(yīng)力計算

取單寬壩體進行穩(wěn)定及應(yīng)力分析計算。在設(shè)計洪水位、校核洪水位工況下，溢流壩上下游水位基本齊平，不需驗算抗滑穩(wěn)定、基底壓應(yīng)力，壩體穩(wěn)定計算工況只需計算其最高擋水位(上下游水位差1.25 m)?？够€(wěn)定和基底應(yīng)力計算公式同沖沙閘相同。

壩體抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，壩體平均基底應(yīng)力小于地基允許承載力，壩體基底應(yīng)力最大值與最小值之比滿足規(guī)范要求。

7 結(jié) 語

葫蘆島市綏中縣六股河攔河閘建成后運行了33 a，由于凍融破壞，閘門滲漏嚴重，不能正常運用。通過對攔河閘溢流壩除險加固工程設(shè)計與計算分析，工程除險加固設(shè)計滿足工程建設(shè)規(guī)范要求，該工程除險加固設(shè)計合理，工程建設(shè)切實可行。

［1］朱展毅. 烏石攔河閘除險加固工程消能建筑物的設(shè)計［J］. 廣東水利水電，2003(03):33 －34.

［2］段生榮. 古浪河攔河閘改建設(shè)計中新舊建筑物的結(jié)合問題探討［J］. 甘肅水利水電技術(shù)，2001，37(04):59 －60.

［3］尹如飛. 關(guān)于明秀水閘除險加固工程初步設(shè)計的探討［J］. 沿海企業(yè)與科技，2011(06):91 －92.