劉 振，白 斌

(1.江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，江西 南昌 330029；2.江西省水工結(jié)構(gòu)工程技術(shù)中心，江西 南昌 330029；3.四川大學(xué)水電學(xué)院，四川 成都 610207)

1 工程概況

張公橋水閘坐落在江西省鷹潭市余江縣張公橋農(nóng)場(chǎng)，位于青田港出口與白塔河匯合處，距縣城鄧埠鎮(zhèn)1km。張公橋水閘的功能主要為泄洪，非洪水期下閘擋水進(jìn)行灌溉，設(shè)計(jì)灌溉面積1萬(wàn)畝。水閘最大過(guò)閘流量為2750m3/s，根據(jù)SL 265—2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定[1]，屬大(2)型工程，工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)。除險(xiǎn)加固工程維持水閘原有規(guī)模不變，正常蓄水位38.05m。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)仍確定為30年一遇，洪水位為41.73m；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，洪水位為42.81m。

2 工程主要問(wèn)題

張公橋水閘建于1976年，1978年投運(yùn)。1981年進(jìn)行維修加固，并修建消力池。泄洪建筑物由泄洪閘、翻板閘組成。工程經(jīng)多年運(yùn)行存在翻板閘閘室及下游消力池底板沖毀；混凝土翻板閘門(mén)全部啟閉失效，混凝土閘門(mén)破損、止水失效、漏水；樞紐建筑物設(shè)計(jì)、布局不合理，閘址上游河床淤積；水閘過(guò)流能力偏低等問(wèn)題[2]。泄洪建筑物現(xiàn)存典型問(wèn)題，如圖1所示。

張公橋水閘一旦失事或閘門(mén)無(wú)法正常運(yùn)行，汛期致使洪水下泄受阻，洪水將危及到縣城人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)的安全，枯水期將嚴(yán)重影響著縣城居民的生活生產(chǎn)用水和下游農(nóng)田灌溉用水，使當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)造成重大損失[3]。經(jīng)安全鑒定張公橋水閘評(píng)定為四類(lèi)閘，急需拆除重建恢復(fù)水閘正常的灌溉和防洪功能。

3 泄洪建筑物除險(xiǎn)加固方案

3.1 除險(xiǎn)加固方案比選

張公橋水閘工程泄洪建筑物由泄洪閘、翻板閘組成。校核洪水位(P=1%)上游為42.81m，下游為42.12m，相應(yīng)最大下泄流量2750m3/s；設(shè)計(jì)洪水位(P=3.3%)上游為41.73m，下游為41.18m，相應(yīng)最大下泄流量2150m3/s；正常蓄水位38.05m。根據(jù)泄洪特點(diǎn)、運(yùn)行條件、地形條件[4]，以及張公橋水閘工程總體要求，擬采用二種方案進(jìn)行優(yōu)化比選。

方案一：泄洪兼沖砂閘+翻板鋼壩閘方案

根據(jù)地形條件，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，采用3孔泄洪兼沖砂閘和2孔翻板鋼壩閘。泄洪兼沖砂閘采用胸墻式平底閘[5]，閘底板高程為34.75m，3孔，孔口寬×高尺寸為2.5m×3.3m(現(xiàn)狀孔口寬度為3m×2.5m)，泄洪兼沖砂閘設(shè)工作閘門(mén)一道。翻板鋼壩閘，采用開(kāi)敞式平底閘，底板高程為33.05m，設(shè)2孔，閘室泄流凈寬72.0m，每孔凈寬36.0m。每孔各設(shè)工作閘門(mén)一道，工作閘門(mén)采用平面翻板鋼壩閘門(mén)。

圖1 泄洪建筑物現(xiàn)存典型問(wèn)題

方案二：9孔泄洪閘方案

經(jīng)泄流計(jì)算與工程布置，泄洪閘采用開(kāi)敞式平底閘，閘底板高程為33.05m，閘室泄流總凈寬81.0m，共設(shè)9孔，每孔凈寬9.0m。設(shè)檢修、工作閘門(mén)各一道，其中檢修門(mén)為9孔共用。檢修、工作閘門(mén)均采用平面鋼閘門(mén)。

經(jīng)分析，上述兩方案均可以滿足控制調(diào)節(jié)上游正常蓄水、泄洪及防洪等要求。①地形方面：方案一泄洪兼沖砂閘和鋼壩閘總寬100.3m，方案二泄洪閘總寬101.0m，橫向結(jié)構(gòu)寬度相當(dāng)，工程布置均滿足閘址處河道地形要求。②工程布置方面：方案一采用泄洪兼沖砂閘與翻板鋼壩閘結(jié)合布置。翻板鋼壩閘雖新穎、美觀，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但采用兩種閘布置，整體結(jié)構(gòu)布置較方案二復(fù)雜。方案二9孔閘結(jié)構(gòu)尺寸相同，布置統(tǒng)一，整體結(jié)構(gòu)布置優(yōu)于方案一。③工程運(yùn)行方面：方案一翻板鋼壩閘，立門(mén)蓄水、臥門(mén)行洪，可通過(guò)閘門(mén)頂過(guò)水，形成人工瀑布的景觀效果。但閘門(mén)易受河道污物卡塞，閘門(mén)運(yùn)行可靠度差，且閘門(mén)無(wú)檢修條件。而方案二9孔泄洪閘，技術(shù)成熟、閘孔孔數(shù)適中、閘門(mén)運(yùn)行靈活可靠，可分開(kāi)檢修，較方案一更優(yōu)。④施工方面：方案一、方案二均需采用二期導(dǎo)流施工，兩方案施工布置相當(dāng)。⑤工程投資方面：方案一較方案二除金屬結(jié)構(gòu)投資多241.08萬(wàn)元，建筑工程方案一與方案二相當(dāng)，總投資方案一比方案二多168.94萬(wàn)元，方案二較優(yōu)。

考慮工程位于縣城附近，從布置、運(yùn)行及投資等方面比選，推薦方案二為除險(xiǎn)加固方案。

3.2 泄洪建筑物布置

泄洪閘位于河道右側(cè)，緊靠進(jìn)水閘布置，閘軸線長(zhǎng)101.0m，設(shè)9孔，每孔凈寬9.0m。閘室泄流總凈寬81.0m，順?biāo)鏖L(zhǎng)12.1m。采用開(kāi)敞式平底閘，閘底板高程35.05m，為整體式C25混凝土底板，厚1.5m。泄洪閘左右側(cè)每?jī)煽诪橐宦?lián)，中間一孔為一聯(lián)，共五聯(lián)。閘段間設(shè)伸縮縫，縫寬2cm，縫間采用紫銅片止水。閘墩長(zhǎng)10.35m，頂高程43.90m，邊、中墩為厚2.0m，縫墩為厚1.0m，為C15混凝土。泄洪閘每孔設(shè)檢修、工作閘門(mén)各一道，其中檢修門(mén)為9孔共用，檢修、工作閘門(mén)均采用平面鋼閘門(mén)。閘門(mén)正常蓄水位38.05m，門(mén)頂高程38.05m，超正常蓄水位門(mén)頂溢流或開(kāi)啟閘門(mén)泄流。閘墩頂設(shè)交通橋、啟閉排架及閘房。

為防止水流沖刷破壞，張公橋水閘上游設(shè)置混凝土護(hù)坦，底板高程為35.05m，長(zhǎng)10.0m，寬112.10m，厚20cm，為C20混凝土，下設(shè)0.10m厚砂卵石墊層。

泄洪閘采用底流消能，消力池緊接閘室下游布置[6- 7]。消力池寬97.0m，為C25混凝土。底板設(shè)縱縫十條，縫寬2cm，縫間設(shè)紫銅片止水。底板設(shè)置梅花狀2.0×2.0m排水孔，孔徑50mm。兩側(cè)均設(shè)混凝土翼墻，左翼墻與進(jìn)水閘翼墻共用，長(zhǎng)12.0m，墻厚1.2m，C20混凝土；右翼墻位于泄洪閘右側(cè)，墻長(zhǎng)23.0m，墻底板高程為34.05～33.05m，墻頂高程43.9m。右翼墻墻體設(shè)排水孔，孔徑10cm，縱橫間距2.0m，梅花型布置，墻后排水孔口設(shè)反濾排水。消力池后設(shè)置防沖槽，防沖槽長(zhǎng)10.0m，槽底寬5m，槽深2.5m。

4 泄水建筑物設(shè)計(jì)

4.1 泄流能力分析

張公橋水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)為9孔泄洪閘，堰頂高程基本與壩址河床底相平，堰型屬無(wú)坎寬頂堰，堰頂高程35.05m。按SL 265—2001中孔流公式進(jìn)行計(jì)算[8]，即：

(1)

式中，Q—閘壩泄流流量，m3/s;H0—計(jì)入行進(jìn)流

表2 泄洪閘閘壩頂高程計(jì)算成果表

速水頭的堰上水深,m；B0—閘孔總凈寬度，m;μ—孔流流量系數(shù)；σ′—孔流淹沒(méi)系數(shù)；he—孔口高度,m;g=9.81m/s2。

張公橋水閘泄流能力計(jì)算成果，見(jiàn)表1。

表1 泄洪閘泄流能力計(jì)算成果

經(jīng)計(jì)算，水閘校核洪水位(P=1%)為42.81m(相應(yīng)下游水位42.12m，上下游水位差0.69m)，相應(yīng)最大下泄流量2750m3/s；設(shè)計(jì)洪水位(P=3.3%)為41.73m(相應(yīng)下游水位41.18m，上下游水位差0.45m)，相應(yīng)最大下泄流量2150m3/s。與現(xiàn)狀水閘泄流規(guī)模相比，加固后的水閘上下游水位差已減小較多，重建后泄水閘的泄流規(guī)模恰當(dāng)。

4.2 閘壩頂高程確定

張公橋水閘除險(xiǎn)加固工程，設(shè)計(jì)正常蓄水位為38.05m。波浪要素采用莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算[9]，得：風(fēng)速Vo=20.1m/s，水域平均水深Hm=5.37m，風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度D=530m。根據(jù)SL 265—2001，計(jì)算得閘壩頂高程成果，見(jiàn)表2。

表2可知：計(jì)算高程最大為校核洪水期擋水時(shí)，高程為43.84m，取閘頂高程為43.9m。

4.3 穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)結(jié)構(gòu)布置、受力等條件，閘室采用一個(gè)閘門(mén)段，按SL 265—2001推薦公式[10]，計(jì)算得泄洪閘穩(wěn)定計(jì)算成果，見(jiàn)表3。

表3 泄洪閘閘室穩(wěn)定計(jì)算成果表

計(jì)算結(jié)果表明，泄洪閘沿建基面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)及地基應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。地基應(yīng)力均小于地基允許承載力[σ]=500kPa，不需對(duì)地基進(jìn)行加固處理。

5 結(jié)論

張公橋水閘是余江縣重要的擋水灌溉和汛期防洪工程，由于建設(shè)、管理水平偏低，加上幾十年運(yùn)行，泄洪閘存在泄流能力不足、效能設(shè)施沖毀及導(dǎo)墻基礎(chǔ)掏空、閘門(mén)嚴(yán)重漏水、河床淤積等問(wèn)題，急需通過(guò)重建以確保水閘灌溉和防洪功能正常穩(wěn)定發(fā)揮。結(jié)合項(xiàng)目安全鑒定結(jié)論，綜合考慮樞紐整體布置、工程運(yùn)行、施工和投資等條件，優(yōu)選與工程實(shí)際相匹配的9孔泄洪閘方案。通過(guò)泄洪建筑的加固及重建處理，不僅可以促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，同時(shí)可以為城市封閉防洪體系建設(shè)奠定基礎(chǔ)。