馮 送，馬小平，徐 文

(1.衡陽(yáng)縣水利局，湖南衡陽(yáng)421200；2.河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院湖南分院，湖南長(zhǎng)沙410007；3.長(zhǎng)沙市城市建設(shè)投資開(kāi)發(fā)集團(tuán)有限公司，湖南長(zhǎng)沙410007)

1 工程概況

臺(tái)源水閘位于湖南省衡陽(yáng)縣臺(tái)源鎮(zhèn)臺(tái)源村，是湘江一級(jí)支流蒸水中游的1座大(2)型水閘，距衡陽(yáng)縣14 km，閘址以上控制流域面積1 788 km2。該工程是1座以灌溉為主，兼顧發(fā)電、交通等綜合利用的綜合性水利樞紐工程。

臺(tái)源水閘于1966年動(dòng)工興建，1967年建成并投入使用，樞紐工程主要由泄洪閘(工作橋、檢修便橋)、水輪泵站、電站、護(hù)岸及堤防工程等建筑物組成。

泄洪閘全長(zhǎng)96 m，共11孔；其中10孔的閘孔凈寬8 m，中墩寬0.8 m。中墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)自動(dòng)翻板式混凝土閘門，閘門尺寸8 m×3.5 m(寬×高)； 5號(hào)孔(從右至左)閘孔凈寬7 m，中墩寬1.3 m，設(shè)鋼質(zhì)平面閘門，閘門尺寸7 m×4.9 m(寬×高)，配QPQ—2×15 t啟閉機(jī)1臺(tái)，啟閉臺(tái)地面高程82.05 m。閘室為寬頂堰，5號(hào)孔閘堰頂高程65.85 m，其余10孔閘堰頂高程為67.25 m。下游無(wú)消能設(shè)施。

水輪泵站總裝機(jī)5臺(tái)，其中右岸水輪泵站布置在泄洪閘下游，裝機(jī)4臺(tái)；左岸水輪泵站位于電站左側(cè)(緊靠河道左岸)，裝機(jī)1 臺(tái)。設(shè)計(jì)灌溉面積2.12萬(wàn)畝，實(shí)際灌溉面積1.2萬(wàn)畝。

電站布置在水閘左右兩側(cè)，均為河床式，總裝機(jī)容量850 kW；其中左岸電站裝機(jī)容量3×200 kW，右岸電站裝機(jī)容量2×125 kW。

護(hù)岸及堤防工程總長(zhǎng)250 m，其中上游左、右岸護(hù)岸各55 m，下游左、右岸護(hù)岸各70 m，均為漿砌石擋土墻護(hù)岸型式。

2 安全鑒定結(jié)論

臺(tái)源水閘經(jīng)過(guò)50多年的運(yùn)行，樞紐工程各建筑物存在的病險(xiǎn)隱患日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了工程效益的正常發(fā)揮。2009年3月，省水利廳組織專家對(duì)工程進(jìn)行了安全鑒定，并經(jīng)水利部大壩安全管理中心復(fù)核確認(rèn)為三類閘(建安[2013]28號(hào))。水閘工程存在的主要問(wèn)題有：

(1)該水閘在校核水位時(shí)，水閘主要建筑物頂部現(xiàn)狀高程較規(guī)范要求低0.81 m，不滿足防洪安全要求。

(2)該水閘壩下游無(wú)消能防沖設(shè)施，不滿足消能防沖要求；河床為強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化泥巖砂巖，抗沖刷能力差，現(xiàn)狀己形成長(zhǎng)100 m、寬30 m、深2.3 m的沖刷坑，危及水閘安全。

(3)閘墩混凝土外觀發(fā)現(xiàn)裂縫，混凝土剝落、孔洞、露筋及鋼板銹蝕現(xiàn)象嚴(yán)重；閘門、工作橋及走道板裂縫，混凝土剝落、露筋嚴(yán)重，泄洪閘混凝土閘門滲漏水嚴(yán)重，所有閘門止水失效，閘門混凝土裂縫較多，剝落、露筋現(xiàn)象嚴(yán)重。

(4)翻板式閘門無(wú)法控制啟閉過(guò)程，安全性差；2扇木閘門老化破損，滲漏水嚴(yán)重，不能啟閉。

(5)無(wú)電氣設(shè)備，無(wú)觀測(cè)設(shè)施。

3 加固設(shè)計(jì)方案擬定比選

3.1 改造方案擬定

本工程因原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，泄洪不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，原翻板門目前基本不能正常啟閉，且閘墩混凝土損毀較為嚴(yán)重，易遭洪水毀壞，故本次設(shè)計(jì)對(duì)泄洪閘閘室段進(jìn)行改造處理。

根據(jù)安全鑒定意見(jiàn)，參照相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，本次對(duì)泄洪閘閘室段擬定了3個(gè)方案進(jìn)行比較。

(1)方案一：平板鋼閘門方案

原泄洪閘閘室段改造成平板鋼閘門閘室段，改造后泄洪閘全長(zhǎng)95.6 m。原閘墩拆除，改造后共布置11孔平板鋼閘門，每孔溢流凈寬度7.6 m，泄洪孔口尺寸為7.6 m×4.25 m(寬×高)；閘門為平板鋼閘門，均采用固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)啟閉。溢流堰體改建為寬頂堰，堰頂高程均為66.50 m，設(shè)計(jì)水頭4.25 m(至底坎)。新建閘墩厚度1.2 m，閘墩長(zhǎng)10.1 m，閘墩頂部高程75.0 m，閘墩上設(shè)有檢修閘門槽和工作閘門槽，工作閘門采用固定式卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)啟閉，檢修門采用移動(dòng)式電動(dòng)葫蘆啟閉。新建啟閉機(jī)平臺(tái)高程為82.5 m，排架柱尺寸為600 mm×600 mm，啟閉平臺(tái)尺寸為98 m×4.95 m(長(zhǎng)×寬)，板厚200 mm，在啟閉臺(tái)上加蓋屋面，四周砌筑磚墻。啟閉機(jī)平臺(tái)上游側(cè)設(shè)尺寸為500 mm×600 mm吊車梁，長(zhǎng)98 m。啟閉機(jī)房屋頂高程為87.4 m。新增堰體局部補(bǔ)缺區(qū)域、消力池連接段堰面均采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。

人行橋拆除重建，新建人行橋采用簡(jiǎn)支式C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，橋?qū)挒?.5 m，單跨橋長(zhǎng)8.8 m(凈跨7.6 m)，共11跨。

新建檢修橋采用簡(jiǎn)支式C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，沿工作閘門上、下游側(cè)設(shè)置，橋?qū)挒?.0 m，單跨橋長(zhǎng)8.8 m(凈跨7.6 m)，上、下游側(cè)各共11跨。

新建消力池底板頂面高程為63.0 m，消力池長(zhǎng)20.0 m，消力池深1.5 m；尾部設(shè)300 mm厚雷諾海漫，長(zhǎng)43.0 m；后接防沖槽，深度1 m，拋石最小粒徑不小于30 cm。

(2)方案二：水力自動(dòng)翻板閘門方案

原泄洪閘閘室段改造成水力自動(dòng)翻板閘門閘室段，共改造成11孔泄洪閘，其中泄洪閘孔口寬度8.0 m，泄洪孔口尺寸為8.0 m×4.40 m(寬×高)。堰型為寬頂堰，堰頂高程均為66.35 m，設(shè)計(jì)水頭4.40 m(至底坎)，新建的閘墩厚度均為0.8 m。所有閘門采用水力自動(dòng)翻板閘門。

人行橋、新建檢修橋、消力池結(jié)構(gòu)尺寸基本同方案一。

(3)方案三：水力自動(dòng)翻板閘門+平板門組合方案

原泄洪閘閘室段改造為水力自動(dòng)翻板閘門閘室和平板門閘室，共改造成11孔泄洪閘，其中，1、2、10、11號(hào)閘孔泄洪閘采用平板門控制，其他泄洪閘室采用水力自動(dòng)翻板閘門控制。平板門泄洪閘室泄洪孔口寬度7.50 m，泄洪孔口尺寸7.50 m×4.45 m(寬×高)，堰頂高程66.30 m；水力自動(dòng)翻板閘門閘室泄洪孔口寬度8.0 m，泄洪孔尺寸8.0 m×4.45 m(寬×高)，堰頂高程66.30 m。堰型為寬頂堰，新建閘墩除平板門閘孔兩側(cè)閘墩1.30 m外，其他閘墩厚度均為0.8 m。平板門泄洪閘室閘孔采用平板鋼閘門，布置左右兩岸，其他閘室采用水力自動(dòng)翻板閘門。

人行橋、新建檢修橋、消力池結(jié)構(gòu)尺寸基本同方案一。

3.2 方案比選

3.2.1 過(guò)流能力方面

經(jīng)計(jì)算，3種比較方案各特征水位及閘墩高程成果如下所示(見(jiàn)表1)。

表1 各特征水位計(jì)閘墩頂高程成果

從表1可知3種比較方案各特征水位計(jì)算閘墩頂高程成果，3種方案泄洪能力相當(dāng)；對(duì)閘頂交通橋、左右岸廠房及上下游堤防設(shè)計(jì)要求基本相當(dāng)；3種方案均在泄洪能力方面滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)其他建筑物改造影響相當(dāng)；3種方案均能解決原水閘泄洪能力方面不足的安全隱患。

3.2.2 操作可靠性

方案一平板鋼閘門方案，在各類閘門規(guī)模中應(yīng)用均非常廣泛，具有安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)容易、檢修方便、安全性能高等特點(diǎn)，是多數(shù)大中型工程的首選方式。

方案二水力自動(dòng)翻板閘門方案，采用浮標(biāo)開(kāi)關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，達(dá)到無(wú)人管理；但翻板閘門存在以下缺點(diǎn)：一是阻水，經(jīng)不住特大洪水的沖擊，易被洪水沖毀；全國(guó)每年都有大批水力自動(dòng)翻板閘門壩被洪水沖毀。二是易被漂浮物卡塞或上游泥沙淤積，造成不能自動(dòng)翻板而影響防洪安全。三是洪水過(guò)后，翻板閘門再關(guān)上時(shí)被異物卡住，造成大量漏水，無(wú)法正常蓄水工作。四是上游漂浮物無(wú)法清理，使河道臟亂。本工程原設(shè)計(jì)即為水力自動(dòng)翻板閘門，由于地處人口生活密集區(qū)，河道中產(chǎn)生的生活生產(chǎn)漂浮物較多，現(xiàn)階段已無(wú)一門可以正常開(kāi)啟。

方案三水力自動(dòng)翻板閘門+平板鋼閘門方案，采用兩種組合方式進(jìn)行泄洪管理，可以進(jìn)行泄洪措施的合理調(diào)節(jié)，通常泄洪過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，自動(dòng)泄洪，小頻率階段可以實(shí)現(xiàn)人工參與調(diào)度。但該方案采用水力自動(dòng)翻板閘門存在同方案二相同的問(wèn)題；二者平板門、翻板門閘室交叉布置后期維護(hù)、運(yùn)行管理不便。

3種方案在操作可靠性上來(lái)判斷，方案一無(wú)論是工程適用性、安全性，還是后期維護(hù)、管理均具有較大優(yōu)勢(shì)。

3.2.3 工程造價(jià)

根據(jù)水閘加固設(shè)計(jì)方案比選，結(jié)合臺(tái)源水閘實(shí)際情況，對(duì)3種比較方案的主要工程量及工程造價(jià)進(jìn)行比選(見(jiàn)表2)。

表2 主要工程量及工程造價(jià)比選

從表2中3種比較方案工程造價(jià)對(duì)比可知，方案一平板鋼閘門方案投資最高，其次方案三，方案二投資最省。

綜上所述，方案一平板鋼閘門方案投資最高，但運(yùn)行簡(jiǎn)單、可靠，管理方便；方案二水力自動(dòng)翻板閘門投資最省，但工程地處河流中游，汛期雜草污物較多，泄洪后，復(fù)位時(shí)極易卡門，可靠性差；方案三水力自動(dòng)翻板閘門+平板鋼閘門組合方案投資其次，但平板門、翻板門閘室交叉布置后期維護(hù)、運(yùn)行管理不便。綜合考慮臺(tái)源水閘安全運(yùn)行及防洪影響因素推薦選用方案一平板鋼閘門方案。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)臺(tái)源水閘安全鑒定為“三類壩”，由于原工程勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工資料不全，雖經(jīng)過(guò)多次維修，均未徹底解決存在的問(wèn)題。通過(guò)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)對(duì)工程實(shí)地勘察，收集資料，科學(xué)分析病險(xiǎn)水閘工程特點(diǎn)及加固設(shè)計(jì)布局，擬定3種加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，推薦選用平面鋼閘門方案，使臺(tái)源水閘的布置達(dá)到效益高、技術(shù)先進(jìn)及管理方便之目的。

(2)臺(tái)源水閘加固工程完成后，可以改善工程運(yùn)行條件，確保工程在設(shè)計(jì)條件下的防洪安全，保證其安全、有效運(yùn)行。