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        贛州市章江水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)回顧

        2022-12-01 08:32:56劉仁德
        江西水利科技 2022年6期
        關(guān)鍵詞:泄水閘海漫泄洪閘

        劉仁德,徐 晨

        (中鐵水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,江西 南昌,330029)

        1 工程概況

        章江水閘坐落在贛江一級(jí)支流章江上,閘址位于江西省贛州市章貢區(qū)蟠龍鎮(zhèn),是一座具有供水、防洪、灌溉、發(fā)電等綜合效益的大(1)型水閘工程[1]。工程始建于1966年,1971年基本建成,水閘最大下泄流量為5 930m3/s;設(shè)計(jì)灌溉面積3 333.3hm2(5.0萬(wàn)畝),日供水量為30萬(wàn)m3;水電站總裝機(jī)容量5 000kW(北岸電站裝機(jī)容量1 800kW,南岸裝機(jī)電站裝機(jī)容量3 200kW),多年平均發(fā)電量2 700萬(wàn)kW·h。

        水閘主要建筑物有北岸泄水閘、北岸水輪泵站、南岸水電站、供水泵房等。北岸泄水閘呈“一”字型布置,從左至右布置有4孔泄水閘(每?jī)煽诪橐环挚p段,分縫長(zhǎng)20.0m,總長(zhǎng)40.0m)、筏道兼泄洪閘(第5孔,分縫長(zhǎng)9.60m,筏道凈寬4.50m)、15孔泄洪閘(每?jī)煽诪橐环挚p段,分縫長(zhǎng)20.0m,在左側(cè)第6孔0+049.6~0+060.0為單孔分縫,分縫長(zhǎng)10.40m,總長(zhǎng)度為150.40m)。泄水閘軸線總長(zhǎng)200.0m。北岸水輪泵站的發(fā)電廠房,緊鄰泄水閘左側(cè),采用側(cè)向進(jìn)水方式布置,發(fā)電尾水流入水閘消能段。南岸水電站的引水渠進(jìn)口,位于北岸泄水閘右岸上游約1.90km處,水電站尾水渠出口,位于黃金大橋右岸下游約230m處入章江。南岸水電站發(fā)電廠房,在原址改建而成。發(fā)電廠房采用正向進(jìn)水方式,布置在引水渠右側(cè),左側(cè)原船閘處改建為排污閘。水閘現(xiàn)狀平面布置示意圖見圖1。

        圖1 水閘現(xiàn)狀平面布置示意圖

        章江水閘除險(xiǎn)加固工程于2014年11月開工建設(shè),2017年12月主體工程全部完成,2021年4月通過竣工驗(yàn)收。

        2 水閘存在的主要問題

        根據(jù)《水閘安全鑒定報(bào)告書》結(jié)論,章江水閘綜合評(píng)定為三類閘,建議盡快進(jìn)行除險(xiǎn)加固。報(bào)告書提出水閘主要存在如下工程問題:

        該水閘過流能力不滿足要求,閘頂高程不滿足要求;右岸防護(hù)堤頂高程不滿足要求;閘室溢流混凝土沖刷嚴(yán)重;消力池池深、池長(zhǎng)不滿足要求,消力池底部淘空,護(hù)坦、海漫水毀嚴(yán)重。

        3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        根據(jù)章江水閘安全評(píng)價(jià)報(bào)告主要結(jié)論,水閘過流能力不足,閘頂高程不滿足要求;右岸防護(hù)堤頂高程偏低不滿足要求;消力池滿足抗浮穩(wěn)定要求,池深及池長(zhǎng)不滿足要求。因此,水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)要點(diǎn),主要解決水閘過流能力不足、水閘下游消能等問題[2]。

        為解決減少水閘上下游水位差、水閘過流能力不足問題,針對(duì)該水閘特點(diǎn),設(shè)計(jì)經(jīng)方案比較,提出了南、北岸電站左側(cè)分別擴(kuò)孔建閘的方案;為解決水閘下游消能,設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化水閘調(diào)度方式、增加消能工程及海漫,對(duì)原已建消能工程進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固等措施。

        3.1 優(yōu)化布置[3],擴(kuò)孔建閘,提高泄流能力

        根據(jù)現(xiàn)狀樞紐布置,結(jié)合現(xiàn)狀地形,原泄水閘閘室按原閘布置不變,南、北岸電站左側(cè)分別擴(kuò)孔建泄洪閘。在北岸水輪泵站的引水渠末端,依據(jù)地形條件,布置北岸泄洪閘;利用南岸水電站發(fā)電廠房左側(cè)排污閘位置,布置南岸泄洪閘。北岸泄洪閘共2孔,布置一孔泄洪閘及一孔排污閘,其中排污閘孔寬度布置為2.5m,另一孔泄洪閘孔寬度布置為10.0m。南岸泄洪閘拆除排污閘后緊鄰發(fā)電廠房左側(cè),布置兩孔泄洪閘及一孔排污閘;泄洪閘采用開敞式無坎寬頂堰,堰頂高程97.00m,每孔凈寬10.0m;排污閘堰頂高程97.00m,孔凈寬1.5m。

        水閘樞紐總體布置方案的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下兩方面:

        (1)在南岸水電站左側(cè)布置泄洪閘,充分利用洪水水面坡降(南岸渠進(jìn)口處洪水位高于泄水閘閘前水位,出口處洪水位低于泄水閘閘下游水位),增大水閘泄流能力,同時(shí)南岸泄洪閘下游泄洪渠渠底高程較低(約為94.0m),對(duì)增加行洪有利。

        (2)在北岸水電站左側(cè)布置泄洪閘。由于北岸閘位于河道彎道處,充分利用洪水期洪水水面線左側(cè)高于右側(cè),泄洪效果明顯優(yōu)于右岸。

        經(jīng)水閘泄流能力計(jì)算,南、北岸電站左側(cè)分別擴(kuò)孔建閘后,水閘校核洪水位(P=1%)為107.13m(相應(yīng)下游水位106.51m,上下游水位差0.62m),設(shè)計(jì)洪水位(P=3.33%)為105.93m(相應(yīng)下游水位105.16m,上下游水位差0.77m),當(dāng)洪水位( P=10%)為105.00m(相應(yīng)下游水位103.75m,上下游水位差1.25m),滿足并提高了原水閘的泄流能力。水閘加固前后泄流能力及特征水位變化情況見表1。

        表1 水閘加固前后泄流能力及特征水位變化情況表

        3.2 優(yōu)化調(diào)度,加固和新建消能設(shè)施[4],解決消能問題

        本工程北岸泄水閘的最大下泄流量為4 299m3/s,閘孔數(shù)量為20孔。為了控制水閘泄流,滿足消能要求,將泄水閘自左至右分為A段(0+000.0~0+49.6,含筏道孔共 5孔)、B段(0+49.6~0+140,共 9孔)、C段(0+140.0~0+200,共 6孔)共三段。

        為有效解決消能問題,優(yōu)化水閘運(yùn)行調(diào)度方式如下:當(dāng)閘前水位超過102.32m,首先開啟B段泄水閘閘門,并根據(jù)來水流量依次開啟C段泄水閘閘門、A段泄水閘閘門。各閘段閘門開啟順序,均應(yīng)在該閘段全部開啟完成后,才能進(jìn)入下一閘段的閘門開啟。

        根據(jù)上述閘門開啟順序,對(duì)原水閘消力池進(jìn)行復(fù)核。復(fù)核表明,在當(dāng)時(shí)的下游河道地形條件下,基本滿足消能要求。但由于下游河道采砂,造成河底高程下切,致使現(xiàn)狀消力池,不滿足下挖式消力池應(yīng)低于下游河床底高程要求,造成閘前低水位泄流時(shí),閘下游水位低于消力坎頂高程,出現(xiàn)遠(yuǎn)驅(qū)水躍。計(jì)算消力坎后流速約在2.3m/s,其海漫布置不能滿足要求。原水閘結(jié)構(gòu)尚好,應(yīng)保留部分構(gòu)筑物維持現(xiàn)狀的情況下進(jìn)行加固。故本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì),主要是增加消能工及海漫,對(duì)原已建消能工程進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

        根據(jù)泄水閘的加固方案,消力池下游段除險(xiǎn)加固措施的布置如下:

        (a)樁號(hào)0+000.0~0+41.75段,消力池及護(hù)坦與水輪泵站發(fā)電尾水相交,同時(shí)在水輪泵站下游與北岸泄洪閘右邊墻相交。為了不影響水輪泵站發(fā)電,消力池不設(shè)置消力墻,拆除原漿砌塊石海漫、清理拋石表面至設(shè)計(jì)要求;為了北岸泄洪閘安全,砼護(hù)坦延長(zhǎng)至北岸泄洪閘消力池末端。新澆砼護(hù)坦板最大長(zhǎng)度為96.44m,底板面高程96.50m。

        (b)樁號(hào)0+41.75~0+140段消力池及護(hù)坦,是本工程最為經(jīng)常使用的消能工段,拆除原鋼筋籠塊石海漫、清理拋石表面至設(shè)計(jì)要求。在原設(shè)計(jì)海漫處設(shè)置砼消力池消能,消力池底高程96.50m,池長(zhǎng)12.0m,并設(shè)置鋼筋石籠海漫。

        (c)樁號(hào)0+140~0+200段消力池及護(hù)坦,位于原兩級(jí)消力池之間埋石砼底板拆除,采用C25鋼筋砼澆筑底板。拆除原鋼筋籠塊石海漫、清理拋石表面至設(shè)計(jì)要求,在原海漫處設(shè)置砼消力池消能,消力池底高程96.50m,池長(zhǎng)12.0m,并設(shè)置鋼筋石籠海漫。

        消力池砼采用C25,底板水平段長(zhǎng)20.0m,底板厚度0.8m,設(shè)置梅花形排水孔,孔間距為2.0m。消力池加固后,運(yùn)行效果良好。

        3.3 技術(shù)創(chuàng)新,國(guó)內(nèi)首次采用鋼筋石籠頂蓋整體焊接技術(shù)

        章江水閘北岸泄水閘消力池后接鋼筋石籠海漫,海漫順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)50m。傳統(tǒng)的鋼筋石籠海漫[5]采用單個(gè)石籠拼接而成,單個(gè)鋼筋石籠尺寸為2.5m×2m×0.8m(長(zhǎng)×寬×高),頂蓋采用網(wǎng)片封蓋,將其與石籠筐每200~250mm一次綁扎絞緊。

        本工程設(shè)計(jì)對(duì)鋼筋石籠頂蓋做了改進(jìn),即先將單個(gè)鋼筋石籠底面及前后左右四面制作好,再把單個(gè)石籠依次擺放好,然后填充石料,最后進(jìn)行封蓋。封蓋的頂蓋采用整體焊接方式,根據(jù)海漫的總體表面外形尺寸,將頂蓋鋼筋接續(xù)焊接成一個(gè)整體。改進(jìn)后,鋼筋石籠的整體性得到極大的加強(qiáng)。

        據(jù)管理單位章江水輪泵管理站反映,章江水閘在2012年以前的歷次維修加固中,原鋼筋石籠頂蓋采用單個(gè)綁扎連接,每年汛期過后鋼筋石籠海漫損毀嚴(yán)重。本次除險(xiǎn)加固鋼筋石籠采用頂蓋整體焊接后,經(jīng)過2018~2020年近3個(gè)汛期的考驗(yàn),鋼筋石籠的整體性依然完好,基本無變形。說明改進(jìn)后的鋼筋石籠海漫取得了非常好的防護(hù)效果。鋼筋石籠海漫頂蓋整體焊接關(guān)鍵技術(shù)系首次在國(guó)內(nèi)水利工程中應(yīng)用,既加快了施工進(jìn)度,又保證了工程安全,對(duì)水利樞紐工程消能防沖設(shè)計(jì)具有很好的借鑒意義。

        4 工程建成后運(yùn)行情況分析

        章江水閘加固后,水閘上下游水位差較加固前,設(shè)計(jì)洪水工況降低了1.61m,校核洪水工況降低了1.55m;水閘上游設(shè)計(jì)水位較加固前,設(shè)計(jì)洪水位降低了1.17m,校核洪水位降低了0.89m;減少了上游淹沒的影響。水位降低后,根據(jù)水面線推算成果,可相應(yīng)降低上游左岸蟠龍堤(影響范圍1.92km)、上游右岸譚東堤(影響范圍1.73km)的防洪堤堤頂高程,按可比價(jià)格計(jì)算,防洪工程投資可減少628.60萬(wàn)元。

        工程實(shí)施后,供水量和供水能力得到了極大的保障。水電站總裝機(jī)容量5 000kW,年發(fā)電量與歷年相同來水量比較,增加約15%~20%。經(jīng)測(cè)算,章江水閘灌溉分?jǐn)傂б?00萬(wàn)元/年,供水效益730萬(wàn)元/年,發(fā)電效益160萬(wàn)元/年,防洪效益200萬(wàn)元/年,工程總效益1 490萬(wàn)元/年。

        更重要的是,本水閘經(jīng)除險(xiǎn)加固后,能安全度汛,可減少下游交通和通訊設(shè)施以及沿河兩岸村鎮(zhèn)和農(nóng)田被沖毀所造成的經(jīng)濟(jì)損失,使下游居民安居樂業(yè),對(duì)社會(huì)穩(wěn)定,構(gòu)建和諧社會(huì)將起到重要作用。

        5 結(jié)語(yǔ)

        與類似工程相比,章江水閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn):

        (1)由于北岸閘位于河道彎道處,充分利用洪水期洪水水面線左側(cè)高于右側(cè),在左岸擴(kuò)孔建閘,泄洪效果明顯優(yōu)于右岸。

        (2)通過優(yōu)化水閘調(diào)度方式,結(jié)合加固原消力池、新建二級(jí)消力池、新建鋼筋石籠海漫等多種措施,根本解決了消能防沖問題。

        (3)在消力池鋼筋石籠海漫中,在國(guó)內(nèi)首次采用鋼筋石籠頂蓋整體焊接的技術(shù)。

        本工程加固后經(jīng)2018~2020年洪水考驗(yàn),各建筑物運(yùn)行情況良好,工程經(jīng)濟(jì)、社會(huì)環(huán)境、生態(tài)效益顯著,水閘加固后取得了良好的效果。

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