章江水闸除险加固工程设计

ｌ　Ｔ程建设与设计　ｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆Ｄｅｓ　ＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ　章江水闸除险加固工程设计　Ｇａｔｅ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｚｈａｎｇｊｉａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　彭德慧　（江西省水利规划设计院，南昌３３００２９）　ＰＥＮＧＤｅ．ｈｕｉ　（ＪｉａｎｇｘｉＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙＰｌａｎｎｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００２９，Ｃｈｉｎａ）　【摘　要】分析了某水闸除险加固设计中应注意的问题，结合工程现状对其进行除险加固，并对设计中应注意的关键　地方和方案进行了探讨。　【Ａｂｓｔａｒｃｔ】Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｓｈｏｕｌｄｂｅｎｏｔｅｄｔｈａｔａｇａｔｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｔａｔｕｓｔｏｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｎａｄｔｈｅ　ｄｅｓｉｎｇｓｈｏｕｌｄｐａｙａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｋｅｙｐｌａｃｅｓａｎｄｐｒｏｇｒａｍｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　【关键词】水闸；除险加固；设计　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｓｌｕｉｃｅ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｄｅｓｉｎｇ　【中图分类号１ＴＶ６９８．２十２　【文献标志码ＩＢ　【文章编号】１００７．９４６７（，２０１２）１０．０１５０．０４　１概况　市生产生活及农业灌溉用水，并兼顾发电，工程已投入运行　４０ａ，为当地的工农业发展做出了重要贡献。近２０ａ来，随着赣　章江水闸位于江西省赣ＪＪ、ｆ、Ｉ市章贡区蟠龙镇，距赣州市区　州市城市发展需要，已成为城市供水的主要水源地，目供水量　约８．０ｋｉｎ，坐落在在赣江一级支流章江上。工程始建于１９６６　为３０ｘ　１０４ｍ３，为赣州市城市发展做出了重要贡献。　年，１９７１年基本建成，水闸最大下泄流量为５９３０ｍ３／ｓ；设计灌　溉面积３　３３３．３３ｈｍ２（５００００亩），其中耕地面积２　０６６．６７ｈｒｎ２　２工程存在的问题　（３１　０００亩），山地开发面积１２６６．６７ｈｎ．１２（１９０００亩），日供水量　章江水闸现状主要建筑物有泄水闸、北岸水轮泵站、南岸　为３０ｘ１０ｄＩＩｌ　；水电站总装机容量５Ｏ００ｋＷ（￣岸电站装机容量　水电站、供水泵房等。泄水闸呈“一”字型布置，从左至右布置　１　８００ｋＷ，南岸装机电站装机容量３　２００ｋＷ），多年平均发电量　有４孔泄水闸（每两孔为一分缝段，分缝长２０．Ｏｍ，总长　２７００ｘ１０４ｋＷ・ｈ。章江水闸是一座以灌溉为主，兼有供水、发电　４０．Ｏｒｎ）、筏道兼泄洪闸（第５孔，分缝长９．６０ｍ，筏道净宽　等综合效益的大（１）型水闸工程。　４．５０ｍ）、１５孔泄洪闸（为每两孔为一分缝段，分缝长２０．０ｍ，在　工程于１９６６年兴建，１９７１年完工并发挥效益。现状枢纽　左侧第６孔０＋０４９．６～０＋０６０．０为单孔分缝，分缝长１０．４０ｍ，　工程主要由泄水闸、北岸水轮泵站、南岸水电站、供水泵房等　总长度为１５０．４０ｍ）。泄水闸轴线总长２００．０ｍ。　建筑物组成。水闸建成后主要功能是拦蓄水量，提供赣州市城　由于受工程始建时物力、财力及施工条件所限，水闸采用　开敞式平板钢闸门控制水闸，南岸渠建设南岸水电站，设计未　【作者简介】彭德慧（１９８０一），女，江西南昌人，工程师，从事水利　作充分论证，致使水闸上游洪水期抬高水位，洪水淹没面积扩　水电技术管理及水利信息化工作，（电子信箱）ｐｄｈ＠ｊｘｓｌｙ．ｃｏｒｎ。　大，上下游水位差较大，不满足水闸行洪要求［１】。鉴于章江水闸　１５０　所起的作用，为确保其运行安全，２００８年ｌ２月由赣州市水利　局组织成立了章江水闸工程安全鉴定专家组，对该工程进行　了全面安全鉴定，鉴定确认章江水闸为三类闸，属病险水闸。　根据水闸安全鉴定结论，章江水闸主要存在如下工程问题：　１）工程按３０ａ一遇洪水设计，ｌＯＯａ一遇洪水校核，水闸过　泄水闸与筏道段基础持力层均为砂砾卵石层，下部为弱　风化基岩。基岩为白垩系紫红色泥质粉砂岩夹细砂岩，泥质胶　结为主，属软质岩，岩石强度较低，遇水易软化。北岸泄洪闸闸　基为白垩系紫红色泥质粉砂岩夹细砂岩，呈弱风化状，节理裂　隙不甚发育，其中泥质粉砂岩岩芯敲击声较哑，细砂岩岩芯敲　击声较清脆。南岸泄洪闸闸基上部为砂砾卵石层，中密状，具　水能力不足，闸顶高程不满足设计要求。右岸防护堤顶高程偏　低，不满足要求。　２）经复核，闸基抗渗稳定、闸室抗滑稳定及基地应力均满　足规范要求，但右岸防护堤在高水位时发生渗透破坏，局部渗　透稳定不满足要求。　３）经复核，消力池满足抗浮稳定要求，池深及池长不满足　要求，池后为远驱水跃，水闸消能防冲不满足要求，目前消力　池底部淘空，护坦、海漫水毁严重。　上述表明，目前章江水闸存在诸多的安全隐患，为确保工　程继续发挥其良好的工程效益，及时对章江水闸建筑物进行　除险加固处理是当务之急。　３工程地质　章江水闸位于赣州盆地，地貌上属剥蚀丘陵岗埠地形和　山间河谷平原。区内山体较圆润，多呈馒头状，植被发育较差，　山顶高程为１３０ｍ￣１６０ｍ，山坡上部零星残留分布有第四系　丽　中更新统网纹状黏土及泥结卵砾石层，构成章江ＩＩ级基座阶　地；章江两侧较连续发育有Ｉ级堆积阶地，阶地地面平坦开　阔。区内河谷较宽阔，河床中均为砂及砂砾卵石层所覆盖，漫　滩及边滩较发育。章江河道蜿蜒曲折，河流大体上由西南向北　流，至下游八境台处与贡江汇合成赣江。筹　　区内出露的地层有白垩系上统沉积岩及第四系松散堆积　层。白垩系上统沉积岩（Ｋ２）岩ｌ生主要是紫红、褐红色泥质粉砂　岩、粉砂质泥岩、细砂岩等，以泥质胶结为主，局部见铁质、钙　质胶结，属软质岩，岩层主要发育有层面裂隙，地表出露岩层　还可见风化裂隙，岩体风化较强烈，广泛分布于闸址一带闭。第　四系松散堆积层主要是冲积层和坡残积层，冲积层分布在原　河床及两岸阶地上，上部是粉质黏土、粉质壤土、砂壤土，下部　是砂层与砂卵砾石层，结构松散～中密状或呈可塑状，分布较　连续；坡残积层则主要分布在山坡及残丘上，土层为含砂粉　（黏）土、粉（黏）土夹碎石，结构较松散～可塑状，厚度变化较　大，分布不连续。　强透水性，厚度较薄，厚约Ｏ．７ｍ，承载力较低。基岩为白垩系紫　红色粉砂质泥岩夹细砂岩，属软质岩，岩石强度较低，遇水易　软化。其中上部基岩呈强风化状，厚约ｌｍ，节理裂隙发育，岩　体较破碎，下部基岩呈弱风化状，节理裂隙不甚发育，岩芯以　短柱状、柱状为主，局部呈块状，岩体完整性较好。　４工程布置及主要建筑物　章江水闸是一座以灌溉为主兼有供水、发电等综合效益　水闸工程。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（ｓＬ　２５２－－２０００），确定赣州市章江水Ｉ匍工程等别为Ｉ等。根据《水　闸设计规范））（ＳＬ２６５－－２００１）第２．１．６条、２．２．６条规定，结合赣　州市及水闸上下游防洪标准等情况，工程主要建筑物级别降　低一级，则主要建筑物级别为２级，次要建筑物为３级，临时　建筑物为４级。　４．１泄水闸加固设计　根据工程现状、安全鉴定情况以及复核计算，泄水闸存在　的主要问题是：泄流时上下游水位差较大，不满足水闸行洪要　求；消力池在小流量下游水位较低时，不满足消能设计要求。　针对存在的问题拟定采取的方案为：扩孔分流，减少泄水闸泄　量，减少水闸上下游水位差，使泄水闸上下游水位差减小【３ｌ。　泄水闸堰面及已建消力池混凝土表面，部分出现蜂窝、麻　面、露石等现象。采取补强加固措施，可采用高渗透｝生环氧砂　浆抹面。高渗透『生环氧砂浆是由环氧树脂与超硬石英砂固结　而成，强度特高，超级耐重压、耐冲击、耐磨损、附着力强等特　性。　４．１．１北岸泄洪闸设计　北岸泄洪闸位于水轮泵站引水渠末端，闸底板高程为　１００．Ｏｍ，闸孔宽度均为１０．Ｏｍ，闸孔数为２孔，中墩厚２．Ｏｍ，边　墩厚１．４ｍ，闸室总宽度２４．８０ｍ，顺水流方向长度ｌＯ．Ｏｍ，闸室　基础高程９８ｍ，闸顶高程１０８．４０ｍ。工作闸门采用平板钢闸　门、固定卷扬式启闭机启闭（ｆｑ顶允许过水方式），闸门顶高程　１　５１　ｌ　Ｔ程建设与设计　ｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆Ｄｅｓ　Ｆｏｒ　ｅｃｔ　１０３．Ｏｍ，检修闸门采用电动葫芦启闭，检修闸门门槽距工作闸　门槽上游４．３０ｍ，启闭机排架顶高程１　１２．９０ｍ，启闭机房建筑　面积１６０ｒｎ２。工作桥布置在闸顶上部，桥面高程１０８．４０ｍ。　水闸上游采用混凝土铺盖，混凝土铺盖顶高程为　９９．７０ｍ，顺水流方向长２０．Ｏｍ，底板厚０．６０ｍ。水闸进口处左侧　设置混凝土导墙，总长２０．Ｏｍ，为衡重式挡墙，墙顶高程为　１０８．４０ｍ，墙顶宽０．５ｍ，墙底高程为９９．２０ｍ。　闸室下游连接段主要布置有：斜坡段、消力池、海漫以及　排水渠［４】。闸室与消力池之间的连接段底板边坡为１：４，长　１８．Ｏｍ，闸室底板高程１００．ＯＯｍ，消力池底板高程９６．Ｏｍ。消力　池底板水平段长１７．Ｏｍ，底板厚度０．８ｍ，池深Ｏ．５０ｍ，坎顶高　程为９６．５０ｍ。消力池左边墙采用混凝土衡重式挡墙，墙顶高程　为１０８．４０ｍ～１０６．ＯＯｍ。消力池右边墙采用混凝土悬壁式挡墙，　墙顶高程为１０３．ＯＯｍ。消力池下游块石格宾海漫护底，长　３０．Ｏｍ，左俱ｌＪ墙采用混凝土重力式挡墙，墙顶高程为１０２．ＯＯｍ。　４．１．２南岸泄洪闸设计　南岸泄洪闸位于南岸水电站发电厂房左侧，采用开敞式　有坎宽，共３孔，堰顶高程９７．５０ｍ，其中右侧为排污闸，孔净宽　１．５ｍ，其余两孔为泄洪闸，每孔净宽ｌＯｍ，中墩厚２．Ｏｍ，左边　墩厚１．４ｍ，右边墩厚１．Ｏｍ，闸室总宽度２７．９０ｍ，顺水流方向　长度１　１．Ｏｒｅ，闸室基础高程９５ｍ，闸顶高程１０８．５０ｍ。工作闸门　采用平板钢闸门、固定卷扬式启闭机启闭（门顶允许过水方　式），闸门顶高程１０３．５０ｍ，检修闸门采用台车式启闭机启闭，　检修闸门门槽距工作闸门槽上游３．１２ｍ，启闭机排架顶高程　１　１　６．８２ｍ，启闭机房建筑面积２５５ｍ２。工作桥布置在闸顶上部，　桥面高程１０８．５０ｍ。　闸室下游连接段主要布置有：水平段、斜坡段、消力池、海　漫以及排水渠。闸室与消力池之间的水平段长２．Ｏｍ，斜坡段长　１５．２０ｍ，边坡为１：４。闸室底板高程９７．５０ｍ，消力池底板高程　９３．２０ｍ。消力池底板水平段长２６．４０ｍ，底板厚度０．８ｍ，池深　０．８０ｍ，坎顶高程为９４．Ｏｍ。消力池左边墙采用混凝土衡重式　挡墙，墙顶高程为１０８．４０ｍ￣＂１０６．Ｏｍ。消力池右边墙采用混凝　土重力式挡墙【５］，墙顶高程为１００．５０ｍ。消力池下游采用格宾　石笼海漫护底与干砌石海漫护底，其长度分别为２０．Ｏｍ、　４４．Ｏｍ。　４．１．３消力池下游段除险加固设计　桩号０＋０００．０～０＋４１．７５段，消力池及护坦与水轮泵站发　１　５２　电尾水相交，同时在水轮泵站下游与北岸泄洪闸右边墙相交。　为了不影响水轮泵站发电，消力池不设置消力墙，拆除原浆砌　块石海漫、清理抛石表面至设计要求；为了北岸泄洪闸安全，　混凝土护坦板延长至北岸泄洪闸消力池末端。新浇混凝土护　坦板最大长度为９６．４４ｍ，底板面高程９６．５０ｍ。　桩号０＋４１．７５～０＋１４０段消力池及护坦，是本工程最为经　常使用的消能工段，拆除原钢筋笼块石海漫、清理抛石表面至　设计要求。混凝土护坦板上游端底板高程为９８．４０ｍ，水平段长　１０．３５ｍ；斜坡段长度为１９．Ｏｍ，坡比为１：１０，末段底高程　９６．５０ｍ。格宾海漫底板高程为９６．５０ｍ，水平段长３０．Ｏｍ。　桩号ｏ＋１４Ｏ～０＋２００段消力池及护坦，位于原两消力池之　间埋石混凝土底板拆除，采用Ｃ２０钢筋混凝土浇筑底板。拆除　原钢筋笼块石海漫、清理抛石表面至设计要求［６１。混凝土护坦　板上游端底板高程为９８．４０ｍ，水平段长２．Ｏｍ；斜坡段长度为　１９．Ｏｍ，坡比为１：１０，末段底高程９６．５０ｍ。格宾海漫底板高程　为９６．５０ｍ，水平段长３０．Ｏｍ。　４．１．４泄水闸的闸门和启闭设备　１）北岸泄洪闸的闸门及启闭设备　北岸泄洪闸为两孔，孔宽为１　０．Ｏｍ，底板高程为１　００．ＯＯｍ，　闸顶高程为１０８．４０ｍ，闸前正常挡水位为１０２．３２ｍ，泄水闸２０　孔完全开启后，如果泄流能力不够，再开启北岸泄洪闸泄洪，　考虑到水位抬高因素，闸门顶高程定为１０３．２０ｍ，上游设计洪　水位为１０６．１５ｍ，上游校核洪水位为１０７．３２ｍ，下游设计洪水　位为１０５．２６ｍ，下游校核洪水位为１０６．５ｌｍ。检修闸Ｉ＇］采用两　台ＭＤ一１００．１８Ｄ电动葫芦双吊点启门，吊点距为５．４ｍ，容量　２ｘ　ｌＯＯｋＮ＝２ＯＯｋＮ。工作闸门采用１０．Ｏｍｘ３．２ｍ平面滑动钢闸　门，门体自重为１４．Ｏｔ，扇，埋件重为６．Ｏｒ／孔，每孔一扇，选用　ＱＰＱ－２×１６０ｋＮ固定卷扬式启闭机，扬程１０．Ｏｍ，每孔１台，共　２台。卷扬机采用现地控制和远程控制，每台启闭机预留ＰＬＣ　通讯接口。　２）南岸泄洪闸的闸门及启闭设备　南岸泄洪闸共３孔、排污闸１孔，泄洪闸２孔。泄洪闸孔　宽为１０．Ｏｍ，排污闸孔宽为１．５０ｍ，堰顶高程为９７．５０ｍ，闸墩　顶高程为１０８．５０ｍ，闸前正常挡水位为１０２．３２ｍ，泄水闸、北岸　泄洪闸完全开启后，如果泄流能力不够，再开启南岸泄洪闸泄　洪，考虑到水位抬高因素，闸门顶高程定为１０３．５０ｍ，上游设计　洪水位为１０６．３８ｍ，上游校核洪水位为１０７．５０ｍ，下游设计洪　水位为１０５．０５ｍ，下游校核洪水位为１０６．３３ｍ。泄洪闸顺水流　方向布置检修闸门和工作闸１］，检修闸门采用一扇１０．０ｍｘ　５．８ｍ平面滑动钢闸门，每扇闸门分为两节，采用ＱＴ．２ｘ　１６０ｋＮ　移动式台车启闭机双吊点启门。工作闸门采用１　０．Ｏｍｘ６．５ｍ平　面滑动钢闸门，选用ＱＰＱ．２ｘ４００ｋＮ固定卷扬式启闭机，共两　台。卷扬机采用现地控制和远程控制，每台启闭机预留ＰＬＣ　通讯接口。　４．１．５自动化控制　自动化控制主要针对泄水闸和北岸泄洪闸，其主要运行　方式为：根据水位开启闸门自流排涝和关闭闸门防洪挡水，要　求监控水平既满足闸站中控室上位机控制、启闭房ＬＣＵ自动　控制、现地手动，又满足将来上级管理局远方集中监视，实现　在闸站中控室内一个指令通过ＬＣＵ柜控制流程自动完成开　关闸全过程　。因此闸站按“无人值守，少人值班”要求设计。系　统采用分层分布式结构，包括主控层和现地控制层。主控层设　置主操作员工作站１台、操作员／通讯工作站１台、　１０Ｍ／１００Ｍ以太网交换机１台、网络打印机、网络设备、控制　台、１套ＤＬＰ大屏幕背投拼接系统等，现地控制层设置ＬＣＵ　柜６套（泄水闸５套、北岸泄洪闸１套）。以太网交换机带光　口，预留与上级管理局光纤通讯接口。　控制系统采用现地控制、中控室控制、远方控制三种控制　层次＿圈。每种控制方式均以各个控制对象的现地开关为起点，　现地控制系统的优先级最高，中控室控制系统和远方控制系　统优先级分列其后，且具有互锁功能。　为配合监控系统的运行，本工程建立一套对现场进行实　时监视的视频系统。闸门监控系统主控层设备、现地控制　ＬＣＩＪ＼视频系统终端设备、直流电源屏布置在管理房中控室　内，微机保护和电力仪表安装于相应高低压柜内，摄像头等视　频系统前端设备布置于闸门上下游适当位置，应能监视到闸　门开启、关闭以及水位情况『９】。　５结语　章江水闸至今已运行了４０ａ，取得了良好的经济效益和社　会效益。出于其工程所处的重要作用，工程本身也存在诸多安　全隐患，工程一旦出现大的险情，直接影响到区域内的人民的　生产和生活，其可能造成的经济损失和社会影响之大，是难于　用数字估量的。为了确保工程的运行安全，发挥其正常的作　市政・交通・水￣＇ｌＪ－ｆ＂程设计ｌ　胁ｍ　・　・Ｗｏｔｅｒ　Ｒｅｓｏｔｄｔ＇ｃ￣ｓ・ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓ　ｌ　用，需要尽ｌ决对章江水闸进行除险加固处理。除险加固工程主　要国民经济评价指标为：经济内部收益率１　６．７３％；经济净现值　６３１９万元；经济效益费用比１．８８，经济指标均大于规范的评　价标准，各项经济评价指标均较好，敏感性分析也表明工程具　有一定的抗风险能力，说明本除险加固项目在经济上是合理　可行的。　【参考文献】　【１】张李荪，丁维馨，陈静．基于ＷＥＢＧＩＳ的廖坊灌区信息管理系统设　计［Ｊ］．人民长江，２００８（１２）：９０—９３．　【２】张李荪．基于ＷＥＢＧＩＳ的山洪灾害预警信息系统的设计［Ｊ］＿人民　长江，２００９（１７）：８４—８５．　【３】张李荪，工程图纸扫描输入及矢量化在水利工程设计中的应用【ＪＪ．　江西水利科技，１９９７（３）：１５５—１５７．　【４】张李荪，徐俊．峡江水库移民信息系统设计与实现［Ｊ］＿人民长江，　２０１０（２ｌ１：９２—９５．　【５】张李荪，周放平，陶柏强．万安水电站库区赣州市旧城区防护工程　设计　中国农村水利水电，２００６（１２）：１１０—１１１．　【６】张李荪．水东防护区库岸失稳分析与防护措施［Ｊ］．江西水利科技，　２００１（￥２）：４９－５１．　【７】张李荪．信息化建设中的数据存储系统建设【Ｊ］．人民长江，２００９（７）：　９７—９９．　【８】张李荪，丁维馨．我院在我省水利信息化建设中应如何发挥作用　［Ｊ］．中国勘察设计，２００５（９）：５２—５４．　【９】张李荪，徐俊，孙文萍．开发利用好水利信息资源为水利信息化打　下坚实基础［Ｊ］．中国勘察设计，２００６（６）：５８—６０．　【收稿日期］２０１２．０７．１９　１５３