福建省龙海市西溪桥闸出险原因分析及加固措施

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# # ~ 17 先启孔共有 2 种型式 , 河中 54# ~ 67 先启孔 1 种型式。河中 # # 18# ~ 53 后启孔和左 岸 68# ~ 83 后启 孔为同 一型式 , 同一工 程中 采用多种不同的消能设施 , 以致使水闸的出闸水流流态复杂, 是造
成桥闸水力现象复杂多变、 河床易冲刷的原因之二。 原因三 : 根据水工模型试验 的成果 , 水闸下游 水位的下降 , 随 着闸门开度的增加 , 下游河床底流速增大, 消力池内流态逐渐由一 级完整水跃向远驱水跃过渡 , 下游河床的冲刷也加深。由此可见 , 建闸以来, 下游水位 ( 最 低潮水位 ) 的下降 , 建闸前最 低潮水 位为 0 . 2 m ( 黄海高程 , 下同 ), 2002年 12 月实测最低潮水位为 - 1 . 7 m, 已经使水闸的水力条件明显恶化 , 严重偏离原设计条件, 这也是造 成桥闸上下游河床严重冲刷的原因之三。 3 桥闸安全鉴定结论 3 . 1 桥闸安全鉴定内容 西溪桥闸在安全 鉴定工作过 程中 , 依据水 利部 水闸安 全鉴 定 ( SL214- 98) , 深入现场调研 , 共完成 了桥闸现状调查分 析、 桥 闸外观检查观测分析、 桥闸地基与基础地质雷达检测分析、 洪水复 核计算、 桥闸地基勘察、 桥闸消能防冲及防洪能力室外内水工模型 试验、 桥闸混凝土结构检测分析、 桥闸机电设备情 况分析、 桥闸地 基二维渗流有限元分 析、 桥闸 工程复核计 算、 桥闸 安全评 价等 11 部分工作。 3 . 2 安全鉴定结论
编号 一 1 2 3 4 5 6 7 8 二 项目名称 消能防冲工程量 土方开挖 回填砂 浆砌石海漫拆除 干砌石海漫拆除 C20底板混凝土 C20边墙混凝土 C25消力墩混凝土 钢筋安装 工程可比投资 m3 m
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单位
收稿日期 : 2005 08 24; 修回日期: 2005 09 14 作者简介 : 孙振其 ( 1963 ) , 男 , 大专, 工程师 , 从事水利水电工程设计工作。
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平 , 但 2001 年 2 月实测地形 图时 , 发 现后启孔的 上游最大 冲坑深 # 达 5 . 6 m, 下游河床最大冲刷深达 9 . 5 m。其中 62# ~ 67 孔砌石铺 盖中段长 60 m, 宽 24 m, 深 3. 0 m。右岸先启孔上游铺盖砌石沙基 淘空 , 铺盖齿墙下板桩裸露。加固的下游海漫又出现塌陷破坏 , 导 流墙未端断裂长 3 m。先启孔的下游河床最大冲刷深达 8 . 0 m。 2 . 2 原因分析 原因一 : 近年来, 由于下 游河床大量采砂 , 而在闸的上 游又建 了南一水库使河道的来砂量严重减少, 导致河床下切 , 闸下低潮位 随之大幅度下降 , 原本低于河床 的闸底板 , 近年变 为高于河底 , 且 高于下游一般低潮位 , 致使水闸基础的渗透与消能防冲均不能满 足要求 , 这是本闸成为险闸的主要原因之一。 # 原因二 : 桥闸消能设施繁杂 , 先启 孔共 3 种型式 , 其中 右岸 1
1 工程概况 西溪桥闸位于九龙江下游 , 距漳州市 12 km, 桥闸建于 1967 年 1 月 , 1970 年 6 月竣工 , 本桥闸工程为蓄水、 引水、 防洪、 供水、 通航 和交通等综合利用工程 , 根据有关规定 , 因水闸最大泄流量超过了 5 000 m3 / s , 因此本工程等别为 等工程 , 主要建 筑物为 1 级。桥闸 上游流域面积为 3 940 km 2, 桥闸全长 1 km, 由 654 m 拦河闸和 346 m 引桥土堤组成 , 共有 99 孔, 总净宽为 546. 7 m。拦河闸 83 孔 , 其 中先启孔 2处 31 孔 , 后启孔 52孔。 工程效益 : 桥闸原 设计工 程效益 为蓄 水、 引 水、 防 洪排 涝、 灌 溉、 通航等综合用途 , 设计 灌溉面 积为 800 hm 2 , 核 定灌溉 面积为 693 4 hm , 有效灌溉面积为 613 4 hm 。桥闸上游两岸长 65. 9 km 的防洪堤共同 保护耕地 564 5 hm 2 和 30 万人 口。桥闸河 段为漳 州至石码厦门的主要航 道 , 每日 货运量 400 t , 桥闸也是 连接两岸 的交通要道。随着社会经济的发展 , 桥闸的社会经济效 益更加明 显 , 除原有的工程效益外 , 增加了工业供水和生态用水等效益。 2 现场测量调查结果 桥闸工程由原龙 溪地区水电局设计 , 龙海县西溪桥闸工程指 挥部负责施工。原 设计洪 水标 准为 15 a一 遇 , 过闸设 计流 量为 4 500 m3 / s , 18 a一遇洪水校核 , 流量为 5 100 m3 /s, 经安全鉴定水 文复核计算 15 a一遇洪水标准设 计流量为 4 960 m 3 /s , 18 a一遇 3 校核流量为 5 290 m / s 。 2 . 1 危险程度 桥闸建成投入运行后 , 开 始时发现闸底淤砂 严重 , 关闸 困难 , 至后来由于河道过量采砂 , 河床淘深。上游船场溪建了 大型水库 南一水库 , 坝址以上流域面积为 522 km 2, 总库容为 1 . 58 亿 m3 , 也 拦蓄了部分来砂量。从 1996 年开始 , 桥闸上下游河床冲刷逐渐产 生并加剧 , 至 1998 年实测闸址水下 地形图 , 在 先启孔位 置的上下 河床分别形成 4 个深冲坑 , 最浅也有 7 . 0 m, 最大冲坑深达 9. 3 m。 桥闸运行至 2001 年 2 月 , 对该闸水下地形图 进行复测 , 并于 1998 年实则资料进行对比分析, 发现河床变化很大, 先启孔冲坑在上下 游网袋抛石加固后继续下沉 , 周边有 2 处新冲坑 , 特别是后启孔位 置的上下游河床冲刷严重, 险情加剧。据 1998 年 7 月实测资料表 明 : 后启孔上游河床 局部发 现冲刷但 不严重 , 大部 分与闸 底板齐
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3) 方案 : 本方案同样采取拆除原有消力 池后浆砌石护坦和 干砌石海漫 , 新建二级消力池 , 但新建消力池的长度减少至 30 m, 其他结构与方案 基本相同。为增加消能效果 , 在新建消力池上增 设 35 个消力墩。 方案比较: 从试验成果看 , 3个方案的消能效果均好 于原有布 置 , 主要体现在: 与原有消能 工的水力条件相比得 到明显改善 , 达 到减少冲刷的目的 ; 当下游河床 水位由 - 0. 5 m 降至 - 1. 7 m, 消 能水位明显减少的情况下 , 改建后消能工的消能效果仍优于原有 水闸 ; 从试验过程看 , 改建处理后的消能工防洪能力与原建筑物相 差不大 ; 从经常泄洪的运行工况看 , 方案 的消能效果 好于方案 I 和方案 。 从工程量及投资比较看, 方案 布置紧 凑, 工程量及投资均最 省 ; 方案 I投资额居中 , 略大于 方案 ; 方案 投 资最大 , 较方案 增加 14 % 。 3个方案可比投资见表 1 。 表 1 消能防冲方案比较
第 6期 2005年 12月
广东水利水电 GUA NGDONG WATER RESOU RCES A ND HYDRO POW ER
N o. 6 DEC 2005
福建省龙海市西溪桥闸出险原因分析及加固措施
孙振其
(福建省漳州市水利水电勘测设计研究院, 福建 漳州

363000)
要 : 在综合分析水闸上、 下游河床冲刷情况以及对前后几次河床地形测量成果进行对比分析的基础上 , 寻找水闸出险的原因 ; 利用水工模
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2005年 12月
第 6期
孙振其 : 福Hale Waihona Puke 省龙海市西溪桥闸出险原因分析及加固措施
DEC 2005 N o. 6
西溪桥闸经安全鉴定结论 如下 : ( 1) 桥闸的设 计洪水 标准及 建筑物级别不满 足现有规范 的设计标 准; ( 2) 桥 闸消能防 冲设施 不满足消能防冲要求 ; ( 3) 闸基抗渗稳定不满足要求 , 存在淘空、 渗 透变形等隐患 ; ( 4) 桥闸闸 室整体稳 定安全不满 足规范要 求; ( 5) 护坦海漫完整性、 稳定性差 , 不安全; ( 6) 闸室结构的闸门、 闸墩、 排 架不满足安全运行和 设计要求; 交通桥右岸拱桥石拱已开裂为危 桥 , 护拦破损严重; ( 7) 卷扬式启闭机不能满足安全启闭要求, 变压 器容量不足。西溪桥闸安全类别评定为四类水闸 , 是 1座险闸。 由于上下游冲刷严 重, 闸 底板已凸 出河底 , 横卧 于沙质 河床 上 , 闸室外、 底板与消力池皆为圬工结构 , 损坏严重 , 随时有倒塌的 危险 , 修复十分困难 , 且把握不大 , 建 议重建此闸。因重 建此闸需 要巨大的投资 , 但目前建设资 金筹集很困难 , 建议增设防渗 墙 , 改 造消能防冲设施 , 即经除险加固后降低标准使用 , 作为临时过渡措 施。 4 除险加固方案的确定与实施 水工模型试验分别对 54 ~ 67 和 1 ~ 17 先启孔进 行了模型 试验。先后进行了二道坝方案 ; 在原消力池未加设消力坎 ( 坎顶高 程分别为 - 0. 2 m、 0. 0 m、 0. 3 m ); 在原消力池内交 错设置两排高 程为 0 . 7 m 的消 力墩 ; 在 原来 浆砌 海漫 段末 端加 设一 顶高 程为 -0 . 2 m 的消力坎 ; 在原来浆砌海漫段后加设二级消力池 ( 护坦高 程- 2 . 5 m 和 - 3. 0 m, 消力池长度 10 m、 12 . 3 m 和 14 m、 池底高程 -5 . 0 m、- 4 . 5 m、- 4 . 0 m ); 将原来浆砌及干砌海漫段全部拆除 , 加长、 加深原消力池长度 ( 坎高 - 0. 2 m 和 0. 0 m; 加长部分池底高 程- 1 . 6 m、 - 1 . 4 m、 - 1 . 1 m ), 并加设二级消力池 ; 在二级消力池 的斜坡面上加设消力墩等 7 大类共 24 种不同的消能型 式的试验 研究 , 最后推荐消力墩二级消力池联合消能工方案。 4 . 1 消力池改造的方案比较 水闸安全鉴定阶段进行的室内水工模型试验和复核计算成果 表明 , 由于下游水位下降较多, 现有消力池长度偏短, 深度不足 , 满 足不了消能防冲要求 ; 从室内水工模型试验所反映的水流流态和 冲坑发展情况表明 , 上游高水位 , 下游低潮位 , 随着流量的增大 , 下 游冲刷越来越严重。随着闸门开度增大 , 一级、 二级水跃位置都往 下游移。闸门开度小于 0. 7 m 时 , 消力池满足消能防冲要求 , 但海 漫不满足消能防 冲要求。下游潮水 位低于 0. 4 m, 闸门开 度大于 0 . 7 m 时 , 消力池、 海漫都不满足消能防冲要求。 鉴于现有水闸存在消能防冲问题 , 根据水闸现状、 地形地质条 件 , 配合室内水工模型试验 , 综合考虑消能效 果、 工程投 资等方面 的因素 , 选择合适的消能方式 , 对水闸下游消能工进行改建。 根据原消力池长度偏短、 深度不足 , 满足不了消能防冲要求等 实际情况 , 从改造消力池入手 , 拟定了 2 个方案 进行比较 , 方案比 较以河中先启孔 ( 54# ~ 67# 闸孔 ) 为主进行。 1 ) 方案 I : 保留原消 力池后 10 m 的浆砌石护坦 , 拆除其后的 干砌石海漫, 新建二级消 力池。新建二级消 力池长 35 m, 池底高 程- 4 . 5 m, 池深 1 . 5 m, 与原消力池采 用斜坡连接 , 坡度为 1 消力池尾坎高程为 - 3. 0 m, 总宽为 85 . 0 m。 4,
型试验研究成果 , 为除险加固提供最佳方案 。经除险加固的实施 , 水闸投入试运行管理观察表明 , 加固达到设计要求 , 效果明显 。 为西溪 一条 龙 灌区 12 000 hm 2 农田灌溉及工业 、 生活用水发挥了应有的工程效益和生态效益 。 关键词 : 水闸出险; 成因分析 ; 加固措施 中图分类号 : TV 223 3+ 4 文献标识码 : B 文章编号: 1008 0112( 2005 ) 06 0086 03
42闸基防渗处理及闸室低压灌浆2005年12泥桩防渗墙具有施t方便速度快等优点近年来在基础防渗t中被大量使用已经取得成功经验因此本t程采用此种防渗措10cms39210一cms下层50m砂层渗透系数为25灌浆底板表面掏空处填塞水泥砂浆经处理ni增加闸室的稳定43除险加固的实施及效果除险加固水下丁程项目分2个枯水期实施即从2002年12基防渗和闸室外低压灌浆
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