台源水闸除险加固设计方案比选

冯 送，马小平，徐 文

(1.衡阳县水利局，湖南衡阳421200；2.河北省水利水电勘测设计研究院湖南分院，湖南长沙410007；3.长沙市城市建设投资开发集团有限公司，湖南长沙410007)

1 工程概况

台源水闸位于湖南省衡阳县台源镇台源村，是湘江一级支流蒸水中游的1座大(2)型水闸，距衡阳县14 km，闸址以上控制流域面积1 788 km2。该工程是1座以灌溉为主，兼顾发电、交通等综合利用的综合性水利枢纽工程。

台源水闸于1966年动工兴建，1967年建成并投入使用，枢纽工程主要由泄洪闸(工作桥、检修便桥)、水轮泵站、电站、护岸及堤防工程等建筑物组成。

泄洪闸全长96 m，共11孔；其中10孔的闸孔净宽8 m，中墩宽0.8 m。中墩为钢筋混凝土结构，设自动翻板式混凝土闸门，闸门尺寸8 m×3.5 m(宽×高)； 5号孔(从右至左)闸孔净宽7 m，中墩宽1.3 m，设钢质平面闸门，闸门尺寸7 m×4.9 m(宽×高)，配QPQ—2×15 t启闭机1台，启闭台地面高程82.05 m。闸室为宽顶堰，5号孔闸堰顶高程65.85 m，其余10孔闸堰顶高程为67.25 m。下游无消能设施。

水轮泵站总装机5台，其中右岸水轮泵站布置在泄洪闸下游，装机4台；左岸水轮泵站位于电站左侧(紧靠河道左岸)，装机1 台。设计灌溉面积2.12万亩，实际灌溉面积1.2万亩。

电站布置在水闸左右两侧，均为河床式，总装机容量850 kW；其中左岸电站装机容量3×200 kW，右岸电站装机容量2×125 kW。

护岸及堤防工程总长250 m，其中上游左、右岸护岸各55 m，下游左、右岸护岸各70 m，均为浆砌石挡土墙护岸型式。

2 安全鉴定结论

台源水闸经过50多年的运行，枢纽工程各建筑物存在的病险隐患日趋严重，严重影响了工程效益的正常发挥。2009年3月，省水利厅组织专家对工程进行了安全鉴定，并经水利部大坝安全管理中心复核确认为三类闸(建安[2013]28号)。水闸工程存在的主要问题有：

(1)该水闸在校核水位时，水闸主要建筑物顶部现状高程较规范要求低0.81 m，不满足防洪安全要求。

(2)该水闸坝下游无消能防冲设施，不满足消能防冲要求；河床为强风化或中风化泥岩砂岩，抗冲刷能力差，现状己形成长100 m、宽30 m、深2.3 m的冲刷坑，危及水闸安全。

(3)闸墩混凝土外观发现裂缝，混凝土剥落、孔洞、露筋及钢板锈蚀现象严重；闸门、工作桥及走道板裂缝，混凝土剥落、露筋严重，泄洪闸混凝土闸门渗漏水严重，所有闸门止水失效，闸门混凝土裂缝较多，剥落、露筋现象严重。

(4)翻板式闸门无法控制启闭过程，安全性差；2扇木闸门老化破损，渗漏水严重，不能启闭。

(5)无电气设备，无观测设施。

3 加固设计方案拟定比选

3.1 改造方案拟定

本工程因原设计标准低，泄洪不能满足现行规范要求，原翻板门目前基本不能正常启闭，且闸墩混凝土损毁较为严重，易遭洪水毁坏，故本次设计对泄洪闸闸室段进行改造处理。

根据安全鉴定意见，参照相关工程经验，本次对泄洪闸闸室段拟定了3个方案进行比较。

(1)方案一：平板钢闸门方案

原泄洪闸闸室段改造成平板钢闸门闸室段，改造后泄洪闸全长95.6 m。原闸墩拆除，改造后共布置11孔平板钢闸门，每孔溢流净宽度7.6 m，泄洪孔口尺寸为7.6 m×4.25 m(宽×高)；闸门为平板钢闸门，均采用固定式卷扬机启闭。溢流堰体改建为宽顶堰，堰顶高程均为66.50 m，设计水头4.25 m(至底坎)。新建闸墩厚度1.2 m，闸墩长10.1 m，闸墩顶部高程75.0 m，闸墩上设有检修闸门槽和工作闸门槽，工作闸门采用固定式卷扬启闭机启闭，检修门采用移动式电动葫芦启闭。新建启闭机平台高程为82.5 m，排架柱尺寸为600 mm×600 mm，启闭平台尺寸为98 m×4.95 m(长×宽)，板厚200 mm，在启闭台上加盖屋面，四周砌筑砖墙。启闭机平台上游侧设尺寸为500 mm×600 mm吊车梁，长98 m。启闭机房屋顶高程为87.4 m。新增堰体局部补缺区域、消力池连接段堰面均采用现浇混凝土结构。

人行桥拆除重建，新建人行桥采用简支式C25现浇钢筋混凝土梁板结构，桥宽为2.5 m，单跨桥长8.8 m(净跨7.6 m)，共11跨。

新建检修桥采用简支式C25现浇钢筋混凝土梁板结构，沿工作闸门上、下游侧设置，桥宽为1.0 m，单跨桥长8.8 m(净跨7.6 m)，上、下游侧各共11跨。

新建消力池底板顶面高程为63.0 m，消力池长20.0 m，消力池深1.5 m；尾部设300 mm厚雷诺海漫，长43.0 m；后接防冲槽，深度1 m，抛石最小粒径不小于30 cm。

(2)方案二：水力自动翻板闸门方案

原泄洪闸闸室段改造成水力自动翻板闸门闸室段，共改造成11孔泄洪闸，其中泄洪闸孔口宽度8.0 m，泄洪孔口尺寸为8.0 m×4.40 m(宽×高)。堰型为宽顶堰，堰顶高程均为66.35 m，设计水头4.40 m(至底坎)，新建的闸墩厚度均为0.8 m。所有闸门采用水力自动翻板闸门。

人行桥、新建检修桥、消力池结构尺寸基本同方案一。

(3)方案三：水力自动翻板闸门+平板门组合方案

原泄洪闸闸室段改造为水力自动翻板闸门闸室和平板门闸室，共改造成11孔泄洪闸，其中，1、2、10、11号闸孔泄洪闸采用平板门控制，其他泄洪闸室采用水力自动翻板闸门控制。平板门泄洪闸室泄洪孔口宽度7.50 m，泄洪孔口尺寸7.50 m×4.45 m(宽×高)，堰顶高程66.30 m；水力自动翻板闸门闸室泄洪孔口宽度8.0 m，泄洪孔尺寸8.0 m×4.45 m(宽×高)，堰顶高程66.30 m。堰型为宽顶堰，新建闸墩除平板门闸孔两侧闸墩1.30 m外，其他闸墩厚度均为0.8 m。平板门泄洪闸室闸孔采用平板钢闸门，布置左右两岸，其他闸室采用水力自动翻板闸门。

人行桥、新建检修桥、消力池结构尺寸基本同方案一。

3.2 方案比选

3.2.1 过流能力方面

经计算，3种比较方案各特征水位及闸墩高程成果如下所示(见表1)。

表1 各特征水位计闸墩顶高程成果

从表1可知3种比较方案各特征水位计算闸墩顶高程成果，3种方案泄洪能力相当；对闸顶交通桥、左右岸厂房及上下游堤防设计要求基本相当；3种方案均在泄洪能力方面满足设计要求，对其他建筑物改造影响相当；3种方案均能解决原水闸泄洪能力方面不足的安全隐患。

3.2.2 操作可靠性

方案一平板钢闸门方案，在各类闸门规模中应用均非常广泛，具有安装简单、维护容易、检修方便、安全性能高等特点，是多数大中型工程的首选方式。

方案二水力自动翻板闸门方案，采用浮标开关控制，实现自动化操作，达到无人管理；但翻板闸门存在以下缺点：一是阻水，经不住特大洪水的冲击，易被洪水冲毁；全国每年都有大批水力自动翻板闸门坝被洪水冲毁。二是易被漂浮物卡塞或上游泥沙淤积，造成不能自动翻板而影响防洪安全。三是洪水过后，翻板闸门再关上时被异物卡住，造成大量漏水，无法正常蓄水工作。四是上游漂浮物无法清理，使河道脏乱。本工程原设计即为水力自动翻板闸门，由于地处人口生活密集区，河道中产生的生活生产漂浮物较多，现阶段已无一门可以正常开启。

方案三水力自动翻板闸门+平板钢闸门方案，采用两种组合方式进行泄洪管理，可以进行泄洪措施的合理调节，通常泄洪过程中可以实现无人管理，自动泄洪，小频率阶段可以实现人工参与调度。但该方案采用水力自动翻板闸门存在同方案二相同的问题；二者平板门、翻板门闸室交叉布置后期维护、运行管理不便。

3种方案在操作可靠性上来判断，方案一无论是工程适用性、安全性，还是后期维护、管理均具有较大优势。

3.2.3 工程造价

根据水闸加固设计方案比选，结合台源水闸实际情况，对3种比较方案的主要工程量及工程造价进行比选(见表2)。

表2 主要工程量及工程造价比选

从表2中3种比较方案工程造价对比可知，方案一平板钢闸门方案投资最高，其次方案三，方案二投资最省。

综上所述，方案一平板钢闸门方案投资最高，但运行简单、可靠，管理方便；方案二水力自动翻板闸门投资最省，但工程地处河流中游，汛期杂草污物较多，泄洪后，复位时极易卡门，可靠性差；方案三水力自动翻板闸门+平板钢闸门组合方案投资其次，但平板门、翻板门闸室交叉布置后期维护、运行管理不便。综合考虑台源水闸安全运行及防洪影响因素推荐选用方案一平板钢闸门方案。

4 结 语

(1)台源水闸安全鉴定为“三类坝”，由于原工程勘测、设计、施工资料不全，虽经过多次维修，均未彻底解决存在的问题。通过除险加固设计对工程实地勘察，收集资料，科学分析病险水闸工程特点及加固设计布局，拟定3种加固设计方案进行比选，推荐选用平面钢闸门方案，使台源水闸的布置达到效益高、技术先进及管理方便之目的。

(2)台源水闸加固工程完成后，可以改善工程运行条件，确保工程在设计条件下的防洪安全，保证其安全、有效运行。