沩丰水闸除险加固方案设计.docx

沩丰水闸除险加固方案设计摘要：沩丰水闸位于湘江一级支流沩水下游宁乡县城区内，是一座以农田灌 溉为主，兼有城市供水等功能的中型水利枢纽工程该工程于 1956 年竣工投产 至今已运行 60 年，目前水闸已严重老化，安全隐患十分突出，需进行除险加固 本文重点介绍除险加固方案设计关键词：水闸 除险加固 钢坝1 工程概述沩丰闸为黄材灌区低灌区骨干龙头引水枢纽，位于湘江一级支流沩水下游宁乡县城区内，闸址控制流域面积2078kmN该工程于1953年由湖南省水利厅组织 勘察设计，1955 年 11 月动工兴建，1956 年竣工投产，至今已运行 60 年沩丰 闸坝轴线全长187m,堰体为浆砌石结构，外包混凝土防渗、防冲面层，堰后接浆 砌石护坦，堰顶上部设有 55 扇木质结构叠搭式立轴旋转门目前，沩丰闸已严 重老化，消力池及护坦已冲刷破坏，水闸已不能正常蓄水，安全隐患十分突出 闸坝体和闸基渗漏量大，两岸坝肩属于中度透水层，在闸坝正常蓄水情况下，向 下游存在绕坝渗流问题2工程地质条件沩水发源于湖南省宁乡县扶王山，全长144km,穿行于丘陵和平原之间，流域地势总的趋势是西南高，东北低沩水河水流平缓，闸址处于县城附近，河段 较宽阔，两岸阶地较发育。

区内新构造运动表现为间歇性的升降运动，据区域地 质资料，区内无大的区域断裂通过，据《中国地震动峰值加速度图》，50 年超越 概率为10%时，本区地震动峰值加速度为0.05g，对应基本烈度为切度，工程区 地震动反应特征周期为0.35s，属相对稳定地块3 工程任务和规模沩丰水闸主要任务以灌溉、供水为主，兼有美化环境，保持生态，维护城市 景观等沩丰水闸复核设计下泄流量 Q=4570m3/s （ P=3.33% ） ，校核下泄流量 Q=6560m3/s （P=1%），根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017） 3.0.1条规定，本工程为中型灌溉工程，等别为III等根据《水利水电工程等 级划分及洪水标准》（ SL252-2017） 4.3.2 条规定，因沩丰水闸过闸流量超过 5000 m3/s，经湖南省水利主管部门审查认定，同意水闸建筑物级别提高一级，确 定水闸工程主要建筑物级别为2级，次要建筑级别为3级故水闸洪水标准确定 为：设计洪水为30年一遇，校核洪水为 100年一遇，水闸下游消能防冲的洪水 标准与该水闸洪水标准一致，设计洪水重现期为30年；上、下游护岸工程按20 年一遇洪水设计。

4水闸加固方案经对闸室段方案进行技术经济比较，确定闸室段主体加固方案为：拆除原泄 洪闸闸室段55孑L 3.38mX1.7m（宽X高）木质结构叠搭式立轴旋转门、冲砂闸段 2孔2.5X3.5m（宽X高）平板门，改造成5孔36mX3.79m（宽X高）底横轴旋转钢 坝工作闸门及液压启闭机的形式将左岸灌溉进水闸1孔2.8mX5.5m（宽X高）露 顶式平板门全部拆除后改造成1孑L 3.0mX2.79m（宽X高）潜孔式液压平面钢闸门 闸室新建右岸冲沙闸2孑L,闸门尺寸为3.5mX5.29m（宽X高），采用开敞式平 面钢闸门和固定卷扬式启闭机闸室加固前闸室段溢流总宽度为181.80m，加固 后闸室段溢流总宽度为217.00m，加固后水闸溢流总宽度比加固前增加了 35.20m 水闸平面布置见图1 图1 水闸平面布置图5 溢流坝段、冲沙闸及灌溉进水闸加固设计根据水闸加固处理整体方案，对原水闸堰体、消力池进行拆除重建闸室段 长16.00m,底板顶高程为42.00m，底板和闸身采用钢筋混凝土整体结构，启闭 机地面高程为40.80m，启闭机型式为2X1600KN，液压启闭机闸室段设有5孔 36mX3.79m的钢坝工作闸门，闸底板顺水流长16.00m,宽217.00m，钢筋混凝土 结构。

中墩为7.0m宽，长为16.00m，边墩4.50m宽，长为16.00m考虑在右岸新建2孔冲沙闸，闸底高程与现状河床高程一致，为40.50m，闸 室段长16.00m，底板和闸身采用钢筋混凝土整体结构，采用固定卷扬式启闭机 （ QPQ-250kN ， 扬程 11m， 启闭机型式为 2X1600KN） 闸室段设有 2 孔 3.5mX5.29m的平板钢闸门，闸底板顺水流长16.00m，宽11.50m，水闸中墩边墩 均为1.50m宽，长为16.00m，闸室为钢筋混凝土结构灌溉进水闸在原址拆除重建，闸底高程与原闸底一致，为43.0m，孔口宽度 与原水闸一致，为3m进水闸分三段，闸室段、交通桥段和水渠段闸室段长 11.75m，边墩1.7m，与水闸左边墩为一个整体，闸门为潜孔式液压提升门交通 桥段长13.17m,上部有设有一处宽7.50m交通桥；水渠段长15.00m，为U型结 构，中间用横梁支撑，底板厚1.10m，边墩厚度从顶到底0.10〜1.74m水闸检 修门附近设置检修桥，宽5.0m6 水闸基础防渗处理对水闸闸室基础进行帷幕灌浆防渗处理防渗帷幕采用一排，孔距为 2.0m 根据闸址渗透剖面图，水闸闸基左段上层基岩渗透性较小，约为1〜5Lu，厚度约 4m,下层岩石的渗透较大，约为10〜100Lu,厚度约为5m；右段闸基基岩中间部 分区域的渗透较小（1〜5Lu），其他部分的过闸流量较大，为10〜100Lu；左右 段闸基底部基岩的渗透系数较小，为1〜5Lu。

因此帷幕灌浆孔深宜达到底部基岩 为控制标准，约10m深帷幕灌浆孔布置在距闸基上游齿槽1.25m处的位置，在 此浇筑部分齿槽混凝土后，设置灌浆平台进行钻孔注浆根据地形、地质情况，灌浆帷幕的走向选择为：顺水闸轴线方向呈“一”字 形延伸至左、右两岸，左、右岸顺延伸一定长度，满足两岸绕闸渗漏的防渗要求 据地质资料及闸上最大水深情况，帷幕一般深度为 10m根据本工程的地质情况结合已建工程经验，灌浆帷幕孔孔距为2.0m,灌浆压 力初定0.2〜0.4MPa施工中应根据灌浆试验对帷幕灌浆孔距、深度及灌浆压力 进行调整灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换帷幕灌浆浆液水灰比可采用 3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1 等六个比级开灌水灰比可采用 3 1灌浆帷幕孔按一排设计，水闸及两岸基础帷幕灌浆总进尺为950m灌浆帷幕 孔距均为2.0m,帷幕孔灌浆深度一般为6.0m水闸帷幕灌浆布置详见《水闸基 础帷幕灌浆设计图》本工程左、右岸闸肩下部为松散砂卵砾石层，基岩以上松散砂卵砾石层采用 高压旋喷桩灌浆处理， 高喷灌浆设单排，孔距 1.25m， 要求防渗系数 k 小于 10-5cm/s，该土层经过高压旋喷及帷幕灌浆处理，渗流通道已被切断，可满足防 渗要求。

高喷灌浆采用三管法施工，灌浆分两序进行，同序孔距2.5m，最终孔距 1.25m考虑水闸地基岩层存在数层软弱夹层，部分有软弱夹层的闸段地基需要进行 固结灌浆处理，根据计算固结灌浆深度约为11.0m，孑L、排距3mX3m，梅花型布 置，固结灌浆在帷幕灌浆之前完成水泥灌浆工艺：水闸基础灌浆为有砼盖重灌浆，此次利用水闸底板作为砼盖 重，厚度满足要求，且待其达到设计强度的 50%后才能进行，并要求密切注意闸 底板的抬动7水闸下游消能防冲加固处理水闸加固后采用底流消能方式，根据上述消能计算成果，原消力池池长及池 深均不满足消能要求，需新建消力池，消能工按池长18.00m,池深1.50m进行 设计钢坝段斜坡连接段长9.2m，冲沙闸段斜坡连接段长8m；水流经过消力池 后，已消除了大部份多余能量，但仍留有一定的剩余动能，特别是流速分布不均， 脉动仍较剧烈，具有一定的冲刷能力因此，消力池后仍需设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布调整到接近天然河道的水流形态海漫的长度根据计算采用69.70m,海漫设计长度取70.0m,海漫前20m采用0.8m厚 浆砌石结构，后50m采用0.5m厚干砌石，海漫末端设抛石防冲槽，长11m,深 1.5m，防冲槽内干砌石最小粒径按不小于0.30m控制。

8 结束语钢坝是近年发展起来的一种新型景观闸坝，也是一种新型可调控溢流坝，它 由土建结构、带固定轴的刚性坝体、驱动装置设备等组成其适合于河道孔口较 宽、水位差比较小的工况（1-6 米）其优点是：1）采用底部固定轴旋转启闭， 闸门开启容易，上部无阻水结构，不易卡挂树枝、垃圾等杂物，不易阻洪，也不 易受泥沙杂物淤积影响，运行可靠，行洪能力强； 2）可省去数孔闸墩，结构简 单；3）闸坝启闭时间短，几分钟即可完成一次升坝和塌坝，有利于行洪安全； 4） 坝顶过水，可形成人工瀑布的景观效果，与城市美化融合度高参考文献：[1] 中国水利水电第八工程局有限公司 .湖南省宁乡市沩丰水闸初步设计报告[R].长沙：中国水利水电第八工程局有限公司，2017[2] 水利部水利水电规划设计总院.水工设计手册（第 7 卷）：泄水与过坝建 筑物.2版[M].北京：中国水利水电出版社，2014。