大藤峽水利樞紐南木副壩取水口攔污柵設(shè)計(jì)

魯詩(shī)刊

（廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 工程概況

大藤峽水利樞紐工程是一座防洪、航運(yùn)、發(fā)電、補(bǔ)水壓咸、灌溉等綜合利用的流域性關(guān)鍵工程。大藤峽灌區(qū)工程是大藤峽水利樞紐工程的配套工程，工程任務(wù)以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧城鄉(xiāng)供水，并為區(qū)域鄉(xiāng)村振興創(chuàng)造條件。灌區(qū)中潯江北岸區(qū)的金田灌片、羅旺灌片，主體工程利用已建的大藤峽水利樞紐南木副壩取水口從大藤峽水庫(kù)自流取水后通過新建南木補(bǔ)水干管補(bǔ)水。

南木副壩取水口按無壓輸水方式設(shè)計(jì)，灌溉運(yùn)行設(shè)計(jì)水位為47.76 m，設(shè)計(jì)過流能力8.8 m3/s。灌溉取水口設(shè)1扇平面定輪事故閘門和1扇弧形工作閘門，孔口尺寸分別為4.2 m×3.0 m、4.2 m×2.0 m，工作閘門后接消力池及明渠段（長(zhǎng)45.7 m），明渠渠底高程45.86 m，孔口尺寸4.2 m×5.0 m。灌溉取水口事故閘門與2#魚道口事故閘門和生態(tài)泄水口事故閘門共用1臺(tái)2×250 kN單向門機(jī)通過抓梁操作，工作閘門采用1 臺(tái)QHSY-400/200 kN 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。

為了更好利用水頭，本次灌區(qū)設(shè)計(jì)將灌溉運(yùn)行設(shè)計(jì)取水水位由47.76 m 調(diào)整為53.76 m，灌溉取水設(shè)計(jì)流量為5.5 m3/s。已建南木副壩取水口按無壓輸水接明渠的方式，取水口未設(shè)有攔污柵，而本次南木干管設(shè)計(jì)為有壓管道輸水的方式，并在下游配置流量調(diào)節(jié)閥控制流量。為了流量調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行安全，在取水口增設(shè)1道攔污柵，保留已建事故閘門門槽，廢棄原弧形工作閘門及啟閉機(jī)。

2 攔污柵及柵槽結(jié)構(gòu)型式比選

2.1 攔污柵型式比選

（1）方案一：固定式攔污柵。不設(shè)柵槽埋件，通過錨栓將攔污柵固定于取水口混凝土邊墩。本方案工程投資較省，但攔污柵固定于取水口，無法提柵清污和檢修，壩前常水位為61.16 m（檢修水位較高），后期清污和檢修需人工潛水作業(yè)，維護(hù)成本較高，且存在安全風(fēng)險(xiǎn)。另外，攔污柵需水下安裝，攔污柵的尺寸較大，重量約為8.8 t，水下安裝施工難度大，安裝精度無法保證。

（2）方案二：活動(dòng)式攔污柵。設(shè)置柵槽埋件，攔污柵柵葉通過臨時(shí)啟吊設(shè)備進(jìn)行吊裝。本方案較方案一工程投資大，但攔污柵可通過啟閉設(shè)備提柵人工清污，后期攔污柵檢修維護(hù)成本較低，且操作安全風(fēng)險(xiǎn)較小。

考慮到攔污柵后期運(yùn)行維護(hù)便利性，攔污柵采用活動(dòng)式。

2.2 柵槽型式比選

（1）方案一：混凝土柵槽。在取水口設(shè)混凝土柵槽，柵槽埋件二期安裝，為保證柵槽埋件安裝和混凝土澆筑的精度，需設(shè)施工圍堰。由于大藤峽南木副壩已投入運(yùn)行，并進(jìn)行一期蓄水，本方案施工圍堰投資較大。而且，增設(shè)的混凝土柵槽總厚度2 m，對(duì)灌溉取水口過流流態(tài)和左側(cè)2#魚道運(yùn)行的影響還需進(jìn)一步論證。

（2）方案二：反鉤式柵槽。不設(shè)柵槽，在攔污柵上設(shè)置反鉤，埋件上設(shè)置較小而不影響流態(tài)的反鉤槽，攔污柵反鉤在導(dǎo)軌內(nèi)上下滑動(dòng)，利用導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向；底部設(shè)混凝土基礎(chǔ)，用于支撐攔污柵。單根反鉤導(dǎo)槽自重約0.68 t，人工水下安裝固定。本方案對(duì)混凝土基礎(chǔ)澆筑精度要求不高，可采用船舶運(yùn)輸及泵送水下混凝土進(jìn)行施工，故無需設(shè)施工圍堰。本方案較方案一工程投資省，對(duì)灌溉取水口流態(tài)和2#魚道運(yùn)行的影響較小。

考慮工程投資省，工程影響小，攔污柵柵槽型式采用反鉤式。

3 取水口攔污柵設(shè)計(jì)

3.1 總體布置

取水口設(shè)攔污柵1 孔1 扇，孔口尺寸5.4 m×4.8 m（寬×高），底高程45.23 m。攔污柵為直立平面滑動(dòng)鋼柵，設(shè)計(jì)水頭為3 m，攔污柵總高度5.2 m，沿高度方向分成2節(jié)。柵槽埋件采用反鉤式。攔污柵通過臨時(shí)啟閉設(shè)備操作，人工提柵清污。攔污柵柵葉重約8.8 t，柵槽埋件重約1.79 t。

3.2 攔污柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

攔污柵為焊接結(jié)構(gòu)，柵葉及埋件材料采用Q235B。攔污柵直立活動(dòng)式布置，為了便于制造和運(yùn)輸，沿高度方向分2節(jié)，每節(jié)高度均為2.6 m，節(jié)間通過軸板連接。攔污柵由柵條、框架組成，柵條截面尺寸為10 mm×80 mm，根據(jù)流量調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行要求，柵條中心距取50 mm，框架采用工字型雙主橫梁、邊梁焊接結(jié)構(gòu)。攔污柵主支承采用鋼滑塊，側(cè)向和反向支承采用角鋼，規(guī)格為63 mm×40 mm×7 mm。

攔污柵埋件采用反鉤式，導(dǎo)槽截面為焊接槽鋼，通過M20-300 后擴(kuò)底錨栓與取水口混凝土連接。底軌為I20 a工字和鋼板的焊接件，側(cè)面通過膨脹螺栓與取水口混凝土臨時(shí)固定后再澆筑底板混凝土。攔污柵與導(dǎo)槽安裝示意圖見圖1。

圖1 攔污柵與導(dǎo)槽安裝示意圖

3.3 攔污柵主要構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算

攔污柵采用平面體系假定進(jìn)行分析，主梁按受均布荷載的簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì)，柵條按雙懸臂單跨梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，其它零部件按《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 74-2019）有關(guān)規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算。攔污柵主要計(jì)算成果見表1。

表1 攔污柵主要受力構(gòu)件計(jì)算成果

3.4 攔污柵啟閉設(shè)備

攔污柵的操作方式為靜水啟閉，整扇起吊，單吊點(diǎn)操作。按啟柵時(shí)附著1 kN/m2的污物重量，計(jì)算得啟柵力為127.9 kN。柵葉采用船舶運(yùn)輸及船上吊裝的方式進(jìn)行安裝，清污方式通過清污船吊裝人工清污。

3.5 防腐設(shè)計(jì)

攔污柵柵葉和埋件采用噴鋅和涂料的復(fù)合保護(hù)系統(tǒng)，噴砂除銹表面清潔度達(dá)Sa2.5，表面粗糙度值Ry 為60～100 μm，先噴涂鋅層厚0.15 mm，用0.08 mm環(huán)氧富鋅底漆封閉，然后用厚0.08 mm環(huán)氧云鐵中間漆，最后噴0.15 mm氯化橡膠漆作為面漆。

4 結(jié)語

本工程為已建大壩取水口增設(shè)攔污柵，施工條件受限。采用反鉤式柵槽，節(jié)省了施工圍堰投資，減輕了埋件安裝重量，降低了水下安裝難度，對(duì)取水口水工結(jié)構(gòu)和流態(tài)影響較小。反鉤式攔污柵方案為本次設(shè)計(jì)的推薦方案，后期實(shí)施過程中，由于南木副壩權(quán)屬人對(duì)柵槽安裝是否影響進(jìn)水口結(jié)構(gòu)安全存在顧慮，故該方案對(duì)進(jìn)水口結(jié)構(gòu)的影響還需進(jìn)一步論證。