贛州市章江水閘除險加固設計要點回顧

劉仁德，徐 晨

（中鐵水利水電規劃設計集團有限公司，江西 南昌，330029）

1 工程概況

章江水閘坐落在贛江一級支流章江上，閘址位于江西省贛州市章貢區蟠龍鎮，是一座具有供水、防洪、灌溉、發電等綜合效益的大（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；設計灌溉面積3 333.3hm2（5.0萬畝），日供水量為30萬m3；水電站總裝機容量5 000kW（北岸電站裝機容量1 800kW，南岸裝機電站裝機容量3 200kW），多年平均發電量2 700萬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（每兩孔為一分縫段，分縫長20.0m，總長40.0m）、筏道兼泄洪閘（第5孔，分縫長9.60m，筏道凈寬4.50m）、15孔泄洪閘（每兩孔為一分縫段，分縫長20.0m，在左側第6孔0+049.6～0+060.0為單孔分縫，分縫長10.40m，總長度為150.40m）。泄水閘軸線總長200.0m。北岸水輪泵站的發電廠房，緊鄰泄水閘左側，采用側向進水方式布置，發電尾水流入水閘消能段。南岸水電站的引水渠進口，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。南岸水電站發電廠房，在原址改建而成。發電廠房采用正向進水方式，布置在引水渠右側，左側原船閘處改建為排污閘。水閘現狀平面布置示意圖見圖1。

圖1 水閘現狀平面布置示意圖

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

2 水閘存在的主要問題

根據《水閘安全鑒定報告書》結論，章江水閘綜合評定為三類閘，建議盡快進行除險加固。報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；右岸防護堤頂高程不滿足要求；閘室溢流混凝土沖刷嚴重；消力池池深、池長不滿足要求，消力池底部淘空，護坦、海漫水毀嚴重。

3 除險加固設計要點

根據章江水閘安全評價報告主要結論，水閘過流能力不足，閘頂高程不滿足要求；右岸防護堤頂高程偏低不滿足要求；消力池滿足抗浮穩定要求，池深及池長不滿足要求。因此，水閘除險加固設計要點，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，針對該水閘特點，設計經方案比較，提出了南、北岸電站左側分別擴孔建閘的方案；為解決水閘下游消能，設計提出了優化水閘調度方式、增加消能工程及海漫，對原已建消能工程進行補強加固等措施。

3.1 優化布置[3]，擴孔建閘，提高泄流能力

根據現狀樞紐布置，結合現狀地形，原泄水閘閘室按原閘布置不變，南、北岸電站左側分別擴孔建泄洪閘。在北岸水輪泵站的引水渠末端，依據地形條件，布置北岸泄洪閘；利用南岸水電站發電廠房左側排污閘位置，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電廠房左側，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越性主要體現在以下兩方面：

（1）在南岸水電站左側布置泄洪閘，充分利用洪水水面坡降（南岸渠進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，同時南岸泄洪閘下游泄洪渠渠底高程較低（約為94.0m），對增加行洪有利。

（2）在北岸水電站左側布置泄洪閘。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高于右側，泄洪效果明顯優于右岸。

經水閘泄流能力計算，南、北岸電站左側分別擴孔建閘后，水閘校核洪水位（P=1%）為107.13m（相應下游水位106.51m，上下游水位差0.62m），設計洪水位（P=3.33%）為105.93m（相應下游水位105.16m，上下游水位差0.77m），當洪水位（ P=10%）為105.00m（相應下游水位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 優化調度，加固和新建消能設施[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，優化水閘運行調度方式如下：當閘前水位超過102.32m，首先開啟B段泄水閘閘門，并根據來水流量依次開啟C段泄水閘閘門、A段泄水閘閘門。各閘段閘門開啟順序，均應在該閘段全部開啟完成后，才能進入下一閘段的閘門開啟。

根據上述閘門開啟順序，對原水閘消力池進行復核。復核表明，在當時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，致使現狀消力池，不滿足下挖式消力池應低于下游河床底高程要求，造成閘前低水位泄流時，閘下游水位低于消力坎頂高程，出現遠驅水躍。計算消力坎后流速約在2.3m/s，其海漫布置不能滿足要求。原水閘結構尚好，應保留部分構筑物維持現狀的情況下進行加固。故本次除險加固設計，主要是增加消能工及海漫，對原已建消能工程進行補強加固。

根據泄水閘的加固方案，消力池下游段除險加固措施的布置如下：

（a）樁號0+000.0～0+41.75段，消力池及護坦與水輪泵站發電尾水相交，同時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電，消力池不設置消力墻，拆除原漿砌塊石海漫、清理拋石表面至設計要求；為了北岸泄洪閘安全，砼護坦延長至北岸泄洪閘消力池末端。新澆砼護坦板最大長度為96.44m，底板面高程96.50m。

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

（c）樁號0+140～0+200段消力池及護坦，位于原兩級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、清理拋石表面至設計要求，在原海漫處設置砼消力池消能，消力池底高程96.50m，池長12.0m，并設置鋼筋石籠海漫。

消力池砼采用C25，底板水平段長20.0m，底板厚度0.8m，設置梅花形排水孔，孔間距為2.0m。消力池加固后，運行效果良好。

3.3 技術創新，國內首次采用鋼筋石籠頂蓋整體焊接技術

章江水閘北岸泄水閘消力池后接鋼筋石籠海漫，海漫順水流方向長50m。傳統的鋼筋石籠海漫[5]采用單個石籠拼接而成，單個鋼筋石籠尺寸為2.5m×2m×0.8m（長×寬×高），頂蓋采用網片封蓋，將其與石籠筐每200～250mm一次綁扎絞緊。

本工程設計對鋼筋石籠頂蓋做了改進，即先將單個鋼筋石籠底面及前后左右四面制作好，再把單個石籠依次擺放好，然后填充石料，最后進行封蓋。封蓋的頂蓋采用整體焊接方式，根據海漫的總體表面外形尺寸，將頂蓋鋼筋接續焊接成一個整體。改進后，鋼筋石籠的整體性得到極大的加強。

據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綁扎連接，每年汛期過后鋼筋石籠海漫損毀嚴重。本次除險加固鋼筋石籠采用頂蓋整體焊接后，經過2018～2020年近3個汛期的考驗，鋼筋石籠的整體性依然完好，基本無變形。說明改進后的鋼筋石籠海漫取得了非常好的防護效果。鋼筋石籠海漫頂蓋整體焊接關鍵技術系首次在國內水利工程中應用，既加快了施工進度，又保證了工程安全，對水利樞紐工程消能防沖設計具有很好的借鑒意義。

4 工程建成后運行情況分析

章江水閘加固后，水閘上下游水位差較加固前，設計洪水工況降低了1.61m，校核洪水工況降低了1.55m；水閘上游設計水位較加固前，設計洪水位降低了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，根據水面線推算成果，可相應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，按可比價格計算，防洪工程投資可減少628.60萬元。

工程實施后，供水量和供水能力得到了極大的保障。水電站總裝機容量5 000kW，年發電量與歷年相同來水量比較，增加約15%～20%。經測算，章江水閘灌溉分攤效益400萬元/年，供水效益730萬元/年，發電效益160萬元/年，防洪效益200萬元/年，工程總效益1 490萬元/年。

更重要的是，本水閘經除險加固后，能安全度汛，可減少下游交通和通訊設施以及沿河兩岸村鎮和農田被沖毀所造成的經濟損失，使下游居民安居樂業，對社會穩定，構建和諧社會將起到重要作用。

5 結語

與類似工程相比，章江水閘除險加固工程設計具有以下特點：

（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高于右側，在左岸擴孔建閘，泄洪效果明顯優于右岸。

（2）通過優化水閘調度方式，結合加固原消力池、新建二級消力池、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，在國內首次采用鋼筋石籠頂蓋整體焊接的技術。

本工程加固后經2018～2020年洪水考驗，各建筑物運行情況良好，工程經濟、社會環境、生態效益顯著，水閘加固后取得了良好的效果。