五里河翻板閘更新改建工程設計

趙 旭

（駐馬店市河湖事務中心，河南 駐馬店 463000）

0 引言

水閘工程可以有效調節水位，也能控制水流大??；主要由上游連接段、閘室和下游連接段三部分組成。在水利工程建設過程中，水閘是一個非常重要的組成部分，其設計施工質量會對水利工程的整體質量產生直接影響。因此在對五里河翻板閘更新改建設計要充分考慮實際情況，對周圍環境進行詳細的調查研究，嚴格按照要求實施其各方面的設計，確保五里河翻板閘更新改建工程的質量和安全。

1 項目概況

五里河翻板閘坐落于置地公園下游（天中山大道與濱河路交叉口西100 m 處），是練江河支流五里河上的一座控制性工程，此水閘修建于1977年3月，完建于1979年9月，結構為7孔混凝土翻板閘，每孔5 m，全長35 m，中間有1.50 m×1.50 m提水小閘門啟閉機一套，常年控制水位高程為79.10 m，設計庫容55萬m3。水閘工程由閘室、上游連接段、下游連接段組成，其工作原理是運用水壓力與閘門自重當作啟閉閘門的動力，隨著上游水位升高逐漸開啟泄流，隨著上游水位下降，逐步回關蓄水；建設五里河翻板閘主要是用于練江河水渠的閉合，難以滿足農田灌溉需要。

該水閘是當年的水利智慧結晶，于2018 年12 月被駐馬店市人民政府評為駐馬店市歷史建筑。

2 水文與地質

2.1 水文

五里河是練江河支流，呈西北至東南流向，在市區天中山大道南段下游200 m處匯入練江河。屬亞熱帶向暖溫帶過渡氣候區，多年平均降水量960 mm，年際變化較大，年內分配不均。

2.2 工程地質

工程區地處淮河沖積平原，為平原河谷地貌形態。兩側地形較為平坦，地勢西北高東南低，地面平均坡度約為1/1 000。根據工程區地形及工程地質條件，建筑物基礎主要持力層為第③層中粉質壤土，該層承載力標準值為130 kPa，強度一般，工程地質條件較好。

3 五里河翻板閘存在問題

3.1 上游連接段存在的問題

由于翻板閘已運行40余年，閘前淤積嚴重。

3.2 閘室段外觀存在的問題

閘門：混凝土閘門銹蝕露筋，止水失效，漏水嚴重，翻板閘門已失效，已失去翻板閘門的作用，只能起到攔蓄水的作用，支墩、支腿出現碳化現象，連桿銹蝕嚴重。見圖1。

圖1 現狀混凝土閘門圖

啟閉機：機架銹蝕，齒輪箱漏油嚴重，制動輪磨蝕不平。

啟閉機房：啟閉機房地面、墻面及房梁出現裂縫，門窗破損嚴重，已失去其基本功能，欄桿等附屬設施損壞嚴重。見圖2。

圖2 現狀交通橋欄桿圖

3.3 閘門與啟閉機存在的問題

混凝土平面翻板閘門混凝土碳化嚴重，多處鋼筋銹脹裂縫，閘門面板銹脹嚴重，保護層單機翹皮脫落；閘門多處止水失效，漏水嚴重，啟閉機老化，啟閉機齒輪銹蝕，啟閉機已使用40年之久，已超過《水利水電工程金屬結構報廢標準》所使用的折舊年限。

總之，該翻板閘至今運用40 余年，已出現閘門漏水、閘底板沖蝕嚴重、閘門啟閉困難、管理失控、閘房老化等問題，這些問題嚴重影響了翻板閘的安全運行，不能保證農田的灌溉水源，也嚴重影響五里河流域防洪除澇安全，給周圍人民群眾的生命財產安全帶來了極大威脅。

4 更新改建的必要性和工程任務

4.1 更新改建的必要性

五里河翻板閘為五里河節制閘，主要用途為攔蓄上游來水，供兩岸農田灌溉。但翻板閘出現了閘門漏水，不僅浪費了寶貴的灌溉用水，也不能保證農田的灌溉用水需求；閘門啟閉困難、管理失控這些問題嚴重影響了五里河流域防洪除澇安全。因此，對五里河翻板閘進行更新改建是非常有必要的。

4.2 工程任務

該工程主要任務是對五里河翻板閘進行更新改建，主要內容包括：更換翻板閘閘門及閘后支墩，維修閘底板、消力池、護坡、閘房、交通橋及清淤等。

閘門安裝前應鑿除閘后支墩、閘墩邊墻及底板已沖蝕和老化的部分，植筋和澆筑混凝土修整，并安裝底部和側向止水鋼板。對上下游沖毀的連接工程按原結構和原材料進行修復。閘門由原水力自控混凝土閘門換成液壓雙控鋼閘門。

對閘房進行更換門、新增防盜窗、整修室內地坪、重新粉刷內外墻體、改造屋頂及更換觀光平臺外欄桿等。對交通橋梁欄桿損毀部位進行維修，橋梁兩邊欄桿重新刷漆。

5 工程設計

該工程為五里河翻板閘改建工程，仍在原閘址處。鋼閘門重新安裝于原混凝土閘門處，數量是7扇閘門，共3孔。

5.1 設計依據

此工程的設計依據是：《防洪標準》《水利水電工程等級劃分及洪水標準》《河道整治設計規范》《水工混凝土結構設計規范》《水閘設計規范》等。

5.2 工程等級及標準

按照《防洪標準》和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，確定該段河道按50年一遇防洪設計，相應過閘流量為145 m3/s，工程等別為Ⅳ等，工程規模為?。?）型，主要建筑物等級為4級，次要永久建筑物級別為5級，臨時建筑物級別為5級。此工程永久性建筑物洪水標準：設計洪水標準50年一遇，相應設計流量為145 m3/s。

5.3 設計流量

北支五里河流域面積只有27 km2，使用附近練江河水文站觀測的點 雨量進行分析。五里河流域屬平原區，根據流量經驗公式Q=KRF0.75，五里河設計流量見表1。

表1 五里河設計流量表

5.4 施工期設計流量

此次設計以練江河上的駐馬店水文站作為參證站按面積比的0.75次方推求設計河流段非汛期設計洪水。施工期洪水標準為5年一遇，統計1956—2020年65年每年11月至第二年4月份最大測流量，進行頻率分析，5年一遇施工期洪水為1.50 m3/s。

5.5 工程設計

5.5.1 原翻板閘設計方案

五里河翻板閘原設計為水力自控翻板閘，閘門為混凝土結構，共7扇，單扇尺寸寬5 m、高3 m，呈3+1+3共3孔分布。閘頂高程79.10 m，閘上有鋼筋混凝土梁板式交通橋，橋面高程81.50 m。

5.5.2 改建翻板閘設計方案

拆除原鋼筋混凝土平板閘門及其閘后支墩，水力自控翻板閘更換為液壓雙控翻板閘，重新澆筑閘后支墩，閘門采用鋼閘門結構，采用液壓啟閉。

整個閘室分為3孔，分別為南北邊孔和中孔。南北邊孔凈寬均為15 m，中孔凈寬4.30 m。閘門共7扇：南北邊孔分別使用3扇×5 m×3 m（寬×高）鋼板閘門；中間孔使用1扇×4.30 m×3.00 m（寬×高）鋼板閘門。原檢修閘螺桿式啟閉機混凝土閘門，此次改建為手電兩用螺桿式啟閉機和1.50 m×1.50 m鑄鐵閘門。

5.6 過流能力復核

根據翻板閘在運行時的工作情況，其過流可分為如下方式：①在洪水期或需大流量放水時的塌壩過流，按堰流公式計算。②翻板閘立壩擋水時上游水頭超過壩頂，水流從壩頂過流，按薄壁堰流計算過流能力。③翻板閘局部壩段部分開啟，從開啟壩扇與擋水壩扇間的局部出流，按門頂薄壁堰流與門底孔流之和計算。此次主要復核五里河翻板閘塌壩過流能力。

當遇洪水時，翻板閘塌壩過流，和寬頂堰過流類似，根據《水閘設計規范》，按照寬頂堰堰流公式計算過流能力。

式中：Q—過壩流量（m3/s）；H0—壩前堰上水頭，計行進流速（m）；m—包括行近流速影響的寬頂堰的流量系數；ε—側收縮系數；B—翻板閘凈寬（m）；σs—淹沒系數。

翻板閘凈寬b=7.2 m×2 m×2 m+4.3 m=33.10 m，50年一遇防洪水位為79 m，過閘水位差為0.20 m，按照堰流計算公式可以得出Q=205 m3/s，大于該段河道50 年一遇流量（Q=145 m3/s）。因此，翻板閘改建后過流能力滿足防洪要求。

5.7 閘室穩定復核

5.7.1 計算工況

工況一：完建期，上、下游均無水，僅考慮永久荷載及可變荷載中的風荷載和人群荷載。工況二：正常運用期，上游有水、下游有水。工況三：正常運用期，上游有水、下游無水。

5.7.2 計算地質參數

根據勘探資料和翻板閘基布置情況，翻板閘壩區第③層粉質壤土為主要持力層，承載力標準值130 kPa，其地質參數建議基礎與地基土之間的摩擦系數f=0.25～0.30。

5.7.3 閘室穩定復核

5.7.3.1 抗滑穩定計算

抗滑穩定計算主要核算壩基面上的抗滑安全系數，采用抗剪強度計算公式：

式中：Kc—沿基底面的抗滑穩定安全系數；［Kc］—沿基底面的抗滑穩定安全系數允許值；f—基底面與地基之間的摩擦系數，按《水閘設計規范》第7.3.10 條的規定采用；∑H—作用于基底的全部水平向荷載，（kN）；∑G—作用于基底的全部垂直向荷載，（kN）。

5.7.3.2 基底應力計算

基底應力計算參照《水閘設計規范》，基底應力計算公式為：

翻板閘穩定計算結果見表2。

表2 翻板閘穩定計算成果表

經復核計算，各工況下翻板閘抗滑安全系數和不均勻系數均滿足規范要求；各種工況下閘基底壓力均小于地基允許承載力設計值，且壩基底不出現拉應力，滿足規范要求。

5.8 主體工程設計施工

5.8.1 混凝土工程施工

此工程混凝土工程主要涉及重建閘后支墩及原閘底板整修。閘后支墩與原閘底板接觸處需先植筋再澆筑混凝土。

混凝土采用商品混凝土，混凝土工程施工時依次按序進行澆筑。施工中，應按設計要求的工作縫跳倉施工，減少不必要的施工縫出現。如有發生，要對混凝土進行沖毛清洗后，先鋪筑一層2～3 cm厚的高標號水泥砂漿。

5.8.2 金屬結構設備設計安裝

金屬結構制作與安裝主要包括液壓翻板閘門、支撐桿及鉸鏈軸制作與安裝等，單件最大重量在40 t以內。閘門支撐桿及鉸鏈軸等均選用具備金屬結構制造資質的單位制成成品，通過試拼裝并驗收合格后再運至工地現場拼裝，拼裝好后采用汽車吊裝就位。金屬結構安裝在相應部位的混凝土澆筑完成、具備安裝條件后進行，金屬結構埋件施工與相應的混凝土工序同時進行。

6 結語

綜上所述，水閘工程設計關系到整個水利工程的質量，因此在對五里河翻板閘進行更新改建設計時要充分考慮好實際情況，對項目地的情況有詳細調查和研究，從工程建設實際條件與影響因素出發嚴格按照要求實施各方面的設計，確保工程的質量和安全。通過五里河翻板閘進行更新改建工程的實施，在很大程度上提高了流域內的防洪排澇能力，解決了目前防洪存在的問題，也為灌區水利工程的建設安全與區域水利危險控制打下堅實的基礎。