王棟梁 孫煒棟

1.諸城市密州水庫(kù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)中心 山東諸城 262200 2.諸城市林家村水庫(kù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)中心 山東諸城 262200

由于三里莊水庫(kù)建于上世紀(jì)60年代，已經(jīng)超服役運(yùn)行，在機(jī)上受到當(dāng)時(shí)條件與技術(shù)的限制，其已經(jīng)出現(xiàn)老化問(wèn)題。根據(jù)國(guó)務(wù)院加強(qiáng)病險(xiǎn)水庫(kù)建設(shè)的指示，筆者結(jié)合設(shè)計(jì)工作中積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)諸城市三里莊水庫(kù)溢洪閘工程設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，以期能設(shè)計(jì)出更加合理、經(jīng)濟(jì)的方案。

1 工程現(xiàn)狀

三里莊水庫(kù)溢洪道建有5孔溢洪閘，凈寬50.0m，堰頂高程為65.70m，閘門尺寸為10×5.23m。交通橋頂高程74.50m，寬4.0m。

（1）現(xiàn)狀溢洪閘基礎(chǔ)位于①層壤土，①層壤土具有中等壓縮性，工程地質(zhì)條件較好，不易產(chǎn)生不均勻沉降。其下為③層土質(zhì)砂礫石具有強(qiáng)透水性，存在閘基滲漏問(wèn)題。

（2）①層壤土、②層中粗砂與③層土質(zhì)砂礫石地基承載力特征值建議值分別為120kPa、160kPa、180kPa，①層壤土與閘基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)f建議值為0.28。

（3）存在問(wèn)題：①水閘無(wú)檢修閘門，無(wú)防凍脹措施，閘墩及門槽混凝土老化、剝蝕嚴(yán)重，無(wú)法確保啟閉機(jī)正常安全運(yùn)行。②閘門門體無(wú)變形、損傷等缺陷，焊縫及周圍熱影響區(qū)均無(wú)裂紋等缺陷。③啟閉機(jī)為1963年前后產(chǎn)品，達(dá)到報(bào)廢年限，減速器及聯(lián)軸器有漏油現(xiàn)象，啟閉機(jī)無(wú)高度指示裝置、無(wú)限位開關(guān)及荷載控制器。機(jī)組均為接地，存在安全隱患。④經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載試驗(yàn)，5臺(tái)啟閉機(jī)機(jī)械構(gòu)件均存在異常聲音；水閘5臺(tái)啟閉機(jī)負(fù)載試驗(yàn)結(jié)果均不滿足《水利水電工程啟閉機(jī)制造安裝與驗(yàn)收規(guī)范》（SL381-2007）要求。

根據(jù)《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》（SL226-98）規(guī)定，該水閘啟閉機(jī)達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)予以報(bào)廢。

2 工程任務(wù)與規(guī)模

2.1 工程任務(wù)與規(guī)模

本工程重要任務(wù)是通過(guò)拆除改建溢洪閘，使三里莊水庫(kù)達(dá)到設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，滿足城市及周邊地區(qū)供水及河道生態(tài)用水要求。

2.2 工程等別和建筑物級(jí)別

依據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017），三里莊水庫(kù)總庫(kù)容9041m3/s，工程規(guī)模為中型，水庫(kù)工程等別為Ⅲ等，溢洪道建筑物級(jí)別為3級(jí)。

依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）及《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017），確定三里莊水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇；溢洪道消能防沖標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇。施工臨時(shí)建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇。閘后交通橋荷載標(biāo)準(zhǔn)參照公路Ⅱ級(jí)。

2.3 工程布置及建筑物

拆除改建溢洪閘，溢洪道泄槽增設(shè)鋼筋混凝土面層防護(hù)，上游增設(shè)裹頭、鋪蓋，加固下游翼墻。

3 溢洪閘工程設(shè)計(jì)方案

3.1 溢洪道加固

3.1.1拆除改建溢洪閘

拆除原溢洪閘及進(jìn)口段，改建后溢洪道進(jìn)水渠兩側(cè)設(shè)置圓弧與直線結(jié)合的直立式導(dǎo)流墻。

改建后閘室仍采用開敞式結(jié)構(gòu)，閘孔規(guī)模同現(xiàn)狀溢洪閘，共5孔，每孔凈寬10.0m。閘室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，采用在閘墩設(shè)縫分段，中間一孔為一聯(lián)，分段長(zhǎng)11.80m，兩側(cè)邊孔兩孔一聯(lián)，分段長(zhǎng)度23.0m，中墩厚1.2m，縫墩及邊墩厚0.9m。閘室順?biāo)飨蜷L(zhǎng)17.0m，閘頂高程76.00m。檢修門為疊梁式平面滑動(dòng)鋼閘門，檢修橋?qū)?.5m。工作閘門為雙吊點(diǎn)露頂式平面鋼閘門。墩頂設(shè)排架及機(jī)架橋，上設(shè)啟閉機(jī)房[1]。交通橋位于工作閘門的下游側(cè)，荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為公路-II級(jí)，溢洪閘左右兩岸均設(shè)橋頭堡。

閘室底板上游齒墻下設(shè)混凝土防滲墻，墻體厚度30cm。地基采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基。

3.1.2 泄槽加固

本次將原泄槽表層混凝土鑿毛，新增厚度30cm的C30鋼筋砼，兩側(cè)漿砌石邊墻增設(shè)C30鋼筋砼貼面，新老結(jié)構(gòu)之間設(shè)錨筋。

3.2 機(jī)電和金屬結(jié)構(gòu)

3.2.1 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

溢洪閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括工作閘門、檢修閘門及其啟閉設(shè)備的設(shè)計(jì)。該閘共5孔，共設(shè)工作閘門5扇。閘門采用10.0×5.2-4.56m（寬×高—設(shè)計(jì)擋水水頭）露頂式平面定輪鋼閘門。共設(shè)1套疊梁式平面檢修鋼閘門，共1套，每套檢修門由5節(jié)組成，每節(jié)高1.0m，規(guī)格為10.0×1.0×5-4.56m疊梁式平面滑動(dòng)鋼閘門。

3.2.2 電氣設(shè)計(jì)

溢洪閘防汛指揮調(diào)度系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，閘門啟閉設(shè)備的動(dòng)力系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)照明用電負(fù)荷為一級(jí)，其他用電負(fù)荷為三級(jí)[2]。溢洪閘采用雙重電源供電，為一路網(wǎng)電電源和一臺(tái)自備柴油發(fā)電機(jī)組。網(wǎng)電電源由110kV東郊變電站10kV三里莊線51#桿T接。溢洪閘啟閉機(jī)，配套電動(dòng)機(jī)2×11kW，啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)采用全壓直接啟動(dòng)。選擇1臺(tái)125kVA干式變壓器和1臺(tái)90kW自備柴油發(fā)電機(jī)組。在橋頭堡設(shè)供電變電站。

（1）溢洪閘改建方案比選。原溢洪閘共5孔，每孔凈寬10m，總凈寬50.0m，堰頂高程為65.70m，興利水位70.26m，采用弧形閘門，尺寸為10×5.23m。本次除險(xiǎn)加固仍然維持原閘孔規(guī)模，進(jìn)行弧形閘門和平板閘門兩種方案比選。

①弧形閘門方案。閘室采用開敞式結(jié)構(gòu)，共5孔，每孔凈寬10.0m。閘室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，水閘位于土基上，采用在閘墩設(shè)縫分段，中間一孔為一聯(lián)，兩側(cè)邊孔兩孔一聯(lián)，分段長(zhǎng)度23.0m，中墩厚1.2m，縫墩及邊墩厚0.9m。閘室順?biāo)飨蜷L(zhǎng)20.0m，墩頭、墩尾均為半圓形，閘頂高程76.00m。檢修門為疊梁式平面滑動(dòng)鋼閘門，檢修閘門啟閉設(shè)備采用1套2×50kN雙吊點(diǎn)移動(dòng)式啟閉機(jī)及1套2×50kN自動(dòng)掛脫梁，檢修橋?qū)?.5m。工作閘門與檢修門為雙吊點(diǎn)露頂式弧形鋼閘門，尺寸為10.0×5.2m（寬×高），支鉸安裝高程為70.70m，選用2×250kN雙吊點(diǎn)固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)。墩頂設(shè)排架及機(jī)架橋，排架柱斷面尺寸為700×800mm（寬×高），蓋梁斷面尺寸為1200×800mm（寬×高），機(jī)架橋由兩片預(yù)制鋼筋砼π型梁組成，梁高1.2m，橋面高程83.60m。上設(shè)啟閉機(jī)房，凈寬3.96m。交通橋位于工作閘門的下游側(cè)，荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為公路-II級(jí)，橋面板為空心板結(jié)構(gòu)，橋面寬7.0+2×1.0m，頂高程76.50m。

②平面閘門方案。該方案和弧形門方案布置基本形式相似。閘室采用開敞式結(jié)構(gòu)，共5孔，每孔凈寬10.0m。閘室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，水閘位于土基上，采用在閘墩設(shè)縫分段，中間一孔為一聯(lián)，分段長(zhǎng)11.80m，兩側(cè)邊孔兩孔一聯(lián)，分段長(zhǎng)度23.0m，中墩厚1.2m，縫墩及邊墩厚0.9m。閘室順?biāo)飨蜷L(zhǎng)17.0m，墩頭、墩尾均為半圓形，閘頂高程76.00m。檢修門為疊梁式平面滑動(dòng)鋼閘門，檢修閘門啟閉設(shè)備采用1套2×50kN雙吊點(diǎn)移動(dòng)式啟閉機(jī)及1套2×50kN自動(dòng)掛脫梁，檢修橋?qū)?.5m。工作閘門與檢修門吊點(diǎn)距3.12m，為雙吊點(diǎn)露頂式平面鋼閘門，尺寸為10.0×5.2m（寬×高），選用2×250kN雙吊點(diǎn)固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)。墩頂設(shè)排架及機(jī)架橋，排架柱斷面尺寸為700×800mm（寬×高），蓋梁斷面尺寸為1200×800mm（寬×高），機(jī)架橋由兩片預(yù)制鋼筋砼π型梁組成，梁高1.2m，橋面高程83.60m。上設(shè)啟閉機(jī)房，凈寬3.96m。

③方案選擇。a.本次除險(xiǎn)加固重新進(jìn)行了洪水復(fù)核，在考慮青墩水庫(kù)潰壩的情況下，推求三里莊水庫(kù)兩千年一遇洪水位為75.37m，洪峰流量為2115m3/s，此時(shí)，閘后水位達(dá)到71.2m，經(jīng)優(yōu)化，弧形閘門支鉸最大安裝高程70.7m，閘門支鉸會(huì)受到水流沖擊。b.由于本工程閘門擋水高度僅為4.56m，上游設(shè)有檢修閘門，排架高度主要受檢修門起吊高度控制，不能發(fā)揮弧形閘門所需排架高度小的優(yōu)勢(shì)。c.弧形閘門門葉所占據(jù)的空間較大，閘室順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度較平板門加長(zhǎng)3.0m。d.弧形閘門受力集中在支鉸處，需要土建閘墩結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊處理。

相比而言，本工程采用平面閘門閘室順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度較弧形門減少3.0m，且不用考慮支鉸受水流沖擊問(wèn)題，閘門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作、安裝及運(yùn)輸容易，運(yùn)行安全可靠。

綜上所述，鑒于三里莊水庫(kù)溢洪閘擋水高度低，而最高洪水位較高，為確保工程安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)，本次除險(xiǎn)加固閘門型式選用平面閘門[3]。

（2）溢洪道除險(xiǎn)加固總體布置。改建后溢洪道進(jìn)水渠在左右兩側(cè)均設(shè)置圓弧與直線結(jié)合的直立式導(dǎo)流墻。

閘室采用開敞式結(jié)構(gòu)，閘孔共5孔，每孔凈寬10.0m。閘室底板高程65.70m，底板采用平底板，厚度1.5m，水閘位于土基上，采用在閘墩設(shè)縫分段，中間一孔為一聯(lián)，分段長(zhǎng)11.80m，兩側(cè)邊孔兩孔一聯(lián)，分段長(zhǎng)度23.0m，中墩厚1.2m，縫墩及邊墩厚0.9m。閘室順?biāo)飨蜷L(zhǎng)17.0m，墩頭、墩尾均為半圓形，閘頂高程76.00m。檢修門為疊梁式平面滑動(dòng)鋼閘門，配一臺(tái)2×50KN電動(dòng)葫蘆及自動(dòng)掛脫梁一套，檢修橋?qū)?.5m。工作閘門與檢修門吊點(diǎn)距3.12m，為雙吊點(diǎn)露頂式平面鋼閘門，尺寸為10.0×5.2m（寬×高），選用2×250kN雙吊點(diǎn)固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)。墩頂設(shè)排架及機(jī)架橋，排架柱斷面尺寸為700×800mm（寬×高），蓋梁斷面尺寸為1200×800mm（寬×高），機(jī)架橋由兩片預(yù)制鋼筋砼π型梁組成，梁高1.2m，橋面高程83.60m。上設(shè)啟閉機(jī)房，凈寬3.96m。交通橋位于工作閘門的下游側(cè)，荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為公路-II級(jí)，橋面板為空心板結(jié)構(gòu)，橋面寬7.0+2×1.0m，頂高程76.50m。溢洪閘左右兩岸均設(shè)橋頭堡。

閘室底板滲漏嚴(yán)重。本次除險(xiǎn)加固結(jié)合閘室改建，在閘室底板上游齒墻下設(shè)塑性混凝土墻，墻體厚度30cm，防滲墻嵌入巖基面以下1.0m。

本次將原泄槽表層混凝土鑿毛，新增厚度30cm的C30鋼筋砼，兩側(cè)漿砌石邊墻增設(shè)厚度50cm的C30鋼筋砼，新老結(jié)構(gòu)之間設(shè)錨筋，錨筋間距2m，梅花形布置。對(duì)消力池邊墻破損部位予以修補(bǔ)。

（3）防滲排水布置。防滲布置采用截滲與導(dǎo)滲結(jié)合。在閘的上游端采用截滲，以削減滲水壓力，減小出逸坡降。在閘的下游端采取排滲，使進(jìn)入閘基內(nèi)的滲透水流，可以順利地排泄到下游去。

①防滲布置。底板上、下游各設(shè)0.5m深齒坎，閘前設(shè)鋼筋砼鋪蓋長(zhǎng)18m，閘室底板6m以下有一層土質(zhì)砂礫石層，厚度為2～3m，為強(qiáng)透水層，滲漏嚴(yán)重。本次除險(xiǎn)加固結(jié)合閘室改建，在閘室底板上游齒墻下混凝土防滲墻，墻體厚度30cm，防滲墻嵌入巖基面以下1.0m。防滲墻設(shè)計(jì)同大壩防滲。兩岸翼墻亦采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，上游翼墻及邊墩后均回填壤土。

②排水布置?，F(xiàn)狀閘室下游護(hù)坦及泄槽底板下部已經(jīng)設(shè)置了網(wǎng)格排水系統(tǒng)，并運(yùn)行正常，本次除險(xiǎn)加固仍利用現(xiàn)狀排水系統(tǒng)。橫向排水溝沿橫縫下布置，直徑150mm，排水管外包碎石反濾。縱向排水溝布置2道置于泄槽板下，直徑200mm，排水管外包碎石反濾。

（4）泄槽加固設(shè)計(jì)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，現(xiàn)狀泄槽混凝土受凍融及水流沖刷，表面混凝土脫落，手碾易碎，骨料外露。泄槽流速較大，現(xiàn)狀兩側(cè)邊墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，不滿足防沖要求。

泄槽現(xiàn)狀底部排水良好，總體運(yùn)行正常。本次將原表層混凝土鑿毛后，新增厚度30cm的C30鋼筋砼，兩側(cè)漿砌石邊墻增設(shè)厚度50cm的C30鋼筋砼，新老結(jié)構(gòu)之間設(shè)錨筋，錨筋間距2m，梅花形布置。

4 結(jié)語(yǔ)

工程實(shí)施以后，從根本上解決了三里莊水庫(kù)溢洪道、溢洪閘存在的安全隱患，解決好除害與興利之間的矛盾，最大限度的攔蓄洪水，減輕下游的防汛壓力，確保水庫(kù)的運(yùn)行安全與下游河道及整個(gè)諸城市城區(qū)的防洪安全，確保城區(qū)及周邊生產(chǎn)生活用水、生態(tài)用水，經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益顯著。