浍庙闸除险加固工程设计探究

摘要：浍庙闸已经运行了16年，根据淮河流域水工程质量检测中心《灵璧县浍庙闸工程质量检测报告》、《浍庙闸水闸安全鉴定报告书》，浍庙闸被评定为病险四类闸，需拆除重建。

关键词：浍庙闸除险加固设计方案

中图分类号：TU472.7 文献标识码：A 文章编号：

1966年由国家补助，群众兴办，建成5孔3m的节制闸，因该闸过水断面小，泄流能力低，1976年在其右侧扩建6孔3m，1977年完成。现有浍庙闸规模为11×3m，底板、闸墩、翼墙均为浆砌块石结构。目前浍庙闸闸墩、启闭台、启闭机、公路桥、上下游翼墙、上下游护坡等损毁严重；闸底板渗漏，闸门止水已老化毁坏，已无蓄水功能，但并未彻底解决该闸的全部工程隐患。

1、工程概况

浍庙闸位于灵璧县朱集乡境内新杨河下游，新杨河属于濉河支流，源于埇桥区褚兰镇的东南部，流经灵璧县下楼镇、尤集镇、朱集乡3个乡镇，于浍庙闸下入拖尾河，全长20.14km，流域面积229.3km2，其中埇桥区面积46.7km2，江苏省铜山县面积17.1km2。

2、工程任务与规模

浍庙节制闸位于新杨河18+600处，本工程的主要任务是排洪、排涝为主，兼顾蓄水灌溉、交通、改善区域水环境等。

浍庙节制闸控制来水面积215.5km2, 按5年一遇洪水标准设计除涝流量为181.7m3/s，闸上水位22.23m、闸下22.13m；按20年一遇洪水标准校核（防洪），流量361.7m3/s，闸上水位24.03m、闸下水位23.88m。

重建后浍庙水闸总净宽为35.0 m，略大于原水闸规模。按水闸等级划分标准，该闸为中型水闸。因此,加固设计拟对浍庙闸的规划指标及运行条件进行调整,见表1

3、枢纽节制闸工程总体布置

3.1 闸室结构布置

浍庙闸闸室共7孔，由底板、闸墩、工作桥、交通桥和闸门等部分组成。

⑴ 底板：选择应用范围较广的整体式平底板。底板顺水流方向长度14.3m，顶高程18.23m，厚1.0m，其下浇筑0.1m厚素砼垫层。为增强闸室的抗滑稳定性及加大防渗长度，在其上、下游端部设置齿墙。

⑵ 闸墩：闸墩长度与底板同长14.3m，为钢筋砼实体墩。墩顶高度按迎水面最高水位+超高，即25.23m。为改善水流形态，中墩上、下游端均采用半圆形墩头。闸墩厚度必须满足稳定和强度要求，同时受限于闸门槽处最小厚度为50cm，边墩厚1.0m，不分缝中墩厚1.2m，分缝中墩厚1.0m，中间缝宽2cm。

⑶ 胸墙：按规划要求，不设置胸墙。

⑷闸门

主闸门采用平面钢闸门，检修时可将闸门提出闸室外进行。在主闸门槽上游设置检修门槽，检修门采用钢筋砼叠梁式，采用5t手动葫芦启吊，葫芦悬挂在I32a工字钢上，后者设置在排架悬挑牛腿上。

3.2 防渗排水布置

闸室上游设置12.0m长的钢筋砼铺盖；闸室下游设置钢筋砼消力池，消力池分成两段，在下游段内设置反滤设施。

闸室底板与铺盖及消力池之间的分缝处皆设置一道暗止水（紫铜止水带），闸室与上、下游翼墙间各设置垂直暗止水一道。

下游渗流出口处均设有反滤层和冒水孔，反滤层自上而下按瓜子片、中粗砂、无纺土工布及聚丙烯网顺序布置，其上冒水孔按梅花形布置，孔内填塞碎石，冒水孔直径0.1m，孔距2.0m。

3.3 消能防冲布置

采用挖深式消力池，钢筋砼结构，池底高程17.28m，池深1.0m，池底与闸底板以1:4坡度衔接。消力池总长15.0m，分成两段，上游段长7.6m，为防渗段；下游段长7.4m，下设反滤设施。平面布置由闸室出口处宽45.4m，直线渐变至49.2m，池底板厚度为0.5m。

消力池下游为海漫段，浆砌块石结构，长15.0m，其护底及护坡皆采用0.4m厚的浆砌块石（下铺0.1m厚碎石垫层）。在海漫段中间采用0.40×0.7m的浆砌块石埂墙分区。

海漫下游设置抛石防冲槽，槽长6.4m，深1.8m，底宽2.0m，槽内抛块石。

3.4 两岸连接布置

为保持岸坡稳定、改善进口水流条件，上游翼墙平面布置采用圆弧型扶壁式翼墙，圆弧半径10.0m，中心角90°，顺水流投影长等于上游铺盖长度，墙顶高程23.23m，墙高5.0m。下游翼墙平面布置采用八字型扶壁式翼墙，自闸室下游延伸到护坦末端，墙顶高程23.23m，墙高6.0m。

4、建筑物除险加固设计方案

4.1闸址选择

浍庙闸为重建工程，其闸上交通桥在乡级公路上，考虑与公路的衔接，闸址选在原址重建，即新杨河18+600处。

4.2闸孔布置方案比较

本阶段对浍庙闸下述两种闸孔布置方案进行比较。

方案一：共设12孔，单孔净宽3m，闸室总净宽36m，底板采用钢筋砼隔孔分缝式（3×3m+3×3m+3×3m+3×3m），闸室总宽度为57.80m。

方案二：共设7孔，单孔净宽5m，闸室总净宽35m，钢筋砼底板采用隔孔分缝型式（2×5m+3×5m+2×5m），闸室总宽度为55.80m。

两方案均能满足设计、校核工况下泄水流量的要求。方案一：闸室孔径小，闸墩较多，砼工程量大，启闭机台数多；方案二：闸孔数量较少，运行、维护相对简单，闸墩数量少，闸室总宽度减少。方案二与方案一相比，闸室总宽度减少2.0m，砼工程量较省，启闭机台数较少。

综上所述，闸孔布置推荐采用方案二，即7×5m（孔数×单孔净宽）。

4.3闸门型式比较

本阶段比较了下述三种闸门布置型式。

⑴ 直升式平面闸门方案

本方案的优点是闸门运用灵活，操作简便，基本能适应闸门控制泄水的要求，闸门检修方便，运行可靠，闸室布置紧凑，闸室长度较小，工程量较省。缺点是工作桥高度较高。

⑵ 升卧式平面闸门方案

本方案优点是可以降低启闭机工作桥高度。缺点是闸门开启过程中底缘流态不好，不利于控制泄量；检修不方便，尤其是启闭钢丝绳和滑轮组长期浸泡水中，影响其使用寿命，且检修困难；闸门运行过程中易出现卡阻现象，运行可靠性不如直升式闸门。

⑶ 弧形闸门方案

弧形闸门具有门体重量轻、受力条件好、与相同跨径的平面闸门相比启闭机容量小、启闭运用灵活、便于控制泄水、不需设门槽、过闸水流顺畅、启闭机工作桥高度较低等优点，缺点是闸门支臂较长，闸室长度较其它方案长，混凝土工程量增加较多，金属结构工程量亦较大，闸墩受力条件较复杂。

综上所述，弧形闸门方案工程量最大，且启闭机工作桥高度介于升卧式闸门方案和直升式闸门方案之间，与升卧式闸门方案和直升式闸门方案相比，弧形闸门方案明显不经济，因此不宜采用。

升卧式闸门方案和直升式闸门方案相比，工程量相差不大，前者启闭机工作桥高度很低，但运行和维修条件较差，很少采用。

对比上述三种方案，综合考虑运行、检修、经济等条件，最终采用直升式平面钢闸门方案。

5、金属结构与电气设计

5.1 金属结构

浍庙闸工程共设7孔闸门，孔口尺寸为5.0×7. 0 m（宽×高），开敞式，闸门为三根主梁式平面滚轮钢闸门，配QPQ-2×100kN固定卷扬式启闭机，一门一机，每扇工作闸门重8.887t。上、下游设检修门槽，检修门采用钢筋砼叠梁式。

5.1.1 闸门设计条件

恶劣放水条件：上游水位22.23m， 下游水位18.23m。

设计蓄水条件：上游水位22.23m。

5.1.2 闸门设计

浍庙闸闸门底槛高程18.23m，闸门选用双吊点平面滚轮钢闸门。由设计条件可知闸门在恶劣放水条件下承受的水压力对闸门的受力最为不利。因此，将恶劣放水工况作为闸门结构的设计条件，即上游水位22.23m，下游水位18.23m，此时闸门承受的总压力为859kN。

闸门采用多主梁平板滚轮钢闸门，门体4.98m×6.4m（宽×高）。共设3根主梁，1根顶梁。主梁跨中梁高500mm。

经计算得：横梁跨中弯应力σmax＝48.22Mpa﹤〔σ〕＝160Mpa，

跨端剪应力τmax＝18.97Mpa﹤〔τ〕＝95Kpa，

刚度比fmax/L＝1/8064﹤〔f/L〕＝1/750。

支承采用悬臂滚轮型式，选用轮径Φ500mm，轴径Φ100mm。为使闸门运行平稳，每侧边柱设置3只Φ250mm简支式侧轮作侧向限位，闸门侧止水均采用“π”型橡皮，底止水采用I型橡皮。每樘闸门重8.887t，7樘共重62.21t。门槽尺寸（净宽×净深）为0.51m×0.3m，单孔门槽埋件重2.66t，7孔埋件共重18.62t。

5.1.3启闭机选型

⑴ 闭门力的计算：

Fw＝nt(T2d+ Tzs)﹣ngG+Pt

⑵ 启门力的计算：

FQ＝nT(Tzd+Tzs)+Px+n′gG+Gj+Ws

式中：nT－摩擦阻力安全系数，取1.2

ng－计算闭门力用的闸门自重修正系数，采用0.9；

n′g－计算启门力用的闸门自重修正系数，采用1.1；

G－闸门自重，kN；

Ws-－作用在闸门上的水柱压力，kN；

Gj－加重块重量，kN；

Pt－上托力，包括底缘上托力及止水上托力，kN；

Px－下吸力，kN；

Tzd－-滚动支承摩擦阻力，kN；

Tzs－止水摩擦阻力；kN。

浍庙闸由闸门的启闭控制水位分别计算出闸门各种条件下的启闭力，得出最大闭门力﹣5.2kN（闸门能靠自重关闭）；最大启门力137. 59kN。

选用QPQ-2×100kN固定卷扬式启闭机，该机为双吊点，启吊容量200kN，行程8.0m。单台启闭机重2.40t，共7台。启闭机置于35.13m高程启闭机平台上。

6.1.4检修闸门及启吊装置

浍庙闸在上游侧设检修门槽，本闸为7孔。根据《水利水电工程钢闸门设计规范》的规定，设检修门1套。

检修期上游水位为22.23m，闸下18.23m。检修门采用钢筋砼叠梁式，叠梁尺寸为5.3×0.42×0.8m（长×宽×高）， 共5根，单根重3.20t，叠梁共重16t，门槽尺寸（宽×深）0.43m×0.2m，单孔门槽埋件重0.42t，3孔共重1.26t。叠梁门静水启闭，采用5t手动小车葫芦启吊。葫芦轨道布置在排架柱的纵、横梁上，轨道为I32a，轨道共重2.78t。

5.2 电气设计

5.2.1供电电源

本工程的供电电源“T”接至附近10kV线路，采用原输电线路。

5.2.2电气主接线及保护

本工程配QPQ-2×100kN固定卷扬式启闭机。电机功率为7.5kW。根据该闸用电负荷计算，选用一台S11-63/10、10±5%/0.4kV变压器。

变压器采用户外杆上布置方式，高压侧采用RW4-10型户外高压跌落式熔断器作为变压器短路及过负荷保护。在变压器低压出线端设一只户外有功电度表箱，采用VV-1kV-3×25+1×10电缆引至启闭机房内的XL（F）-21-06（改）型动力箱，动力箱装设一只NS型断路器作为低压母线的短路保护。电机馈电回路上装设GV2-M型断路器作为电机短路、过负荷及断相保护，LC2-D型交流接触器用来控制电动机的起停。动力箱内装设两只电流表、一只电压表。闸门的起闭通过控制动力箱面板上的操作按钮来实现。每孔闸配有一套闸门开度仪，闸门开度仪显示器布置在动力箱上。

5.2.3防雷、接地及照明

为防止雷电电流沿10kV配电线路侵袭变压器，在变压器高压侧装设FS-10型避雷器。为防止直击雷侵害，启闭机房顶四周应敷设避雷带，利用启闭机房四周柱内钢筋作为防雷引下线与闸底板接地网进行可靠连接。利用闸底板作为天然接地体，接地电阻值不得大于4Ω。闸上所有电气设备的金属外壳及金属构架均应可靠接地。

水闸启闭机房照明采用吸顶式双管荧光灯，照明电源由动力配电箱提供。

6、结语

针对安全检测中发现的问题(闸墩下沉、公路桥破坏、上下游翼墙渗流等引起水闸工作条件变化)进行复核演算,从而确定水闸现状的安全性,得出安全鉴定的结论,为今后除险加固提供设计依据。