厦门石浔水闸改建工程建设方案比选

2016-03-11林潇

东北水利水电 2016年12期

关键词：启闭机水闸闸门

林潇

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）

厦门石浔水闸改建工程建设方案比选

林潇

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）

文中针对石浔水闸改建工程的设计，简述了建设方案的比较、论证过程。方案比较过程中采用由整体到细部逐层比较的方式，将比较因素设为变量、其他条件相对设为常量的方法，使比较结果简单明确，易于判断。在比选过程中除所列的比较条件外，也纳入了一些如使用寿命、环境景观、维修养护等难以定量的因素，使比较结论更加合理。

水闸改建;平板钢闸门;卷扬启闭机;石浔水闸

1 基本情况

厦门石浔水闸坐落在同安区东西溪下游东支石洵河上，具有排洪挡潮、农业灌溉、交通及城市景观等综合作用。原闸于1972年12月开工建设，1985年4月完建投入使用。原设计工程等别为Ⅲ等，设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为50年一遇，设计最大泄洪能力为870 m3/s，设计灌溉面积613 hm2。自投入运行30多年来，实现了排洪挡潮的作用，有效灌溉农田173 hm2，并与浦声河上的瑶江橡胶坝联合运行，壅高水位，在同安城区以下形成人工湖，改善了城市面貌。但经过多年运行，历经东西溪数次洪水，工程局部多处破损且修补频繁，特别是下游河道严重下切，消能防冲设施遭到破坏，已经危及水闸的整体安全，经安全鉴定综合评价后确定为四类闸，须降低标准运行或拆除重建。

2 工程任务和建设标准

根据东西溪流域综合规划，石洵水闸的工程任务仍是排洪挡潮、农业灌溉、交通及城市景观等。防护标准有所提高，环东海域堤防防潮标准为100年一遇，石洵支流防洪标准为50年一遇，规划设计泄洪能力为1 100 m3/s。另外，根据综合规划，要求石洵水闸抬高运行水位至4.6 m，以获得更佳的景观效果。现状石洵水闸设计标准仅为20年一遇，设计运行水位为4.2 m，最大泄洪能力只有870 m3/s，设计标准、运行水位和泄洪能力均不能满足要求，需要进行改、扩建后才能符合综合规划的技术指标。根据现行要求，石洵水闸改扩建标准为：设计洪水50年一遇，相应流量为1 100 m3/s，校核洪水200年一遇，洪水流量为2 030 m3/s，闸下消能防冲标准为50年一遇。工程等别为Ⅱ等，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。

3 建设方案的比选研究

3.1 改扩建方案分析比较

原石洵水闸布置为25孔，单孔净宽4 m，总过流宽度为100 m，闸室总长度为128.8 m。根据水闸各项安全等级评价成果，水闸过流能力、结构稳定、消能防冲、闸门启闭等无法达到当前设计标准。由于水闸的闸室顶高程不足，最大泄洪能力只有870 m3/s，过流能力不能够满足排洪要求。在地震工况下，闸室基底面的抗滑稳定安全系数不满足规范要求；下游消力池、海漫等消能防冲设施经常水毁，经消能防冲计算分析表明，现有的消能防冲设施尺寸、结构不能满足工程安全运行的设计要求；现状闸门结构为钢筋混凝土结构，靠上游侧总体外观尚好，但下游侧闸门大多存在不同程度的顺筋裂缝，出现保护层剥落和钢筋严重锈蚀现象，复核计算成果也表明闸门混凝土结构强度和面板裂缝宽度不能满足现行规范要求。所有闸门顶部两端用于启闭闸门的钢构悬臂梁均严重腐蚀，部分悬臂梁局部锈蚀穿孔；在实际运行工况下，启闭设备启闭力不能满足安全运行的要求，且启闭机存在油压系统漏油、输油压管路布设不合理等问题。针对原水闸存在的问题，需要将闸室抬高、扩孔以提高过流能力，需重建消能设施、更换闸门及启闭设备等，几乎相当于全部拆除重建。因此，为使改造后的石洵水闸彻底解决存在的问题，采取合适的闸门结构型式、满足运行要求及能够与周边环境协调，决定采取另行重建方案。

3.2 闸址选择

项目闸址选择主要遵循以下原则：

1）工程选址应符合规划布局和综合开发治理要求、满足景观蓄水需求，闸址宜在原址或原址附近。

2）闸址选择应方便交通运输、供水供电、运行管理、检修等条件，并应满足工程总体布置要求。

3）闸址选择应考虑施工导流、放空泄流和泄洪对下游建筑物的影响。

根据上述原则，可供选择的位置有限，拟定3个位置方案进行比较，分别为原址重建、距现闸址上、下游150 m左右新建。经比较，原址重建拆除工程量最大，上、下游新建方案仅需拆除原闸底板以上的阻水部分；原址重建方案上、下游均需修筑围堰，两岸交通中断，需要架设施工交通桥，且施工期间无法挡潮；下游新建方案的围堰高度需要按挡潮要求填筑，下游消力池出口距高铁高架桥仅150 m左右，水流对桥梁有一定影响；上游新建方案的围堰高度仅施工期洪水标准填筑，可利用原闸挡潮。综上，上游新建方案工程费用最低，施工期对交通没有影响，运行期对下游高铁桥影响最小，选择上游新建方案最为合理。

3.3 水闸型式比选

水闸运行需要实现：无洪水时期，拦蓄河水成湖，美化城市，拦截下游海潮；洪水来时可迅速开闸，行洪通畅，确保两岸防洪安全。根据上述要求，拟定3个方案，启闭设备控制拦河闸、自动翻板闸及橡胶坝方案进行比较。 3个方案均可实现壅水、泄洪的要求，但启闭设备控制拦河闸运用最为灵活、可靠，双向挡水，以及调控上游水位的要求。橡胶坝方案建设投资最少，但由于项目有挡海潮的要求，橡胶材质易老化，使用寿命缩短，维护运行费用增加，且坝袋更换麻烦，无洪水时不能根据来水调节坝袋高度以稳定上游水位。自动翻板闸具有调节能力，建设投资小于启闭设备控制拦河闸，但该闸位于山区河流的下游段，经过城区，河道夹带泥沙、漂浮物等较多，容易堵塞翻板闸使其无法翻转，泄洪断面变小，影响上游防洪安全，同时要求翻板闸双向挡水，设计、运行控制难度很大。水闸最终选定为启闭设备控制拦河闸。

3.4 水闸门体结构型式比较及选择

为充分满足运用方便、与城市美化协调的要求，初选4种门体结构型式进行比较。

1）平板钢闸门最为常见，可双向挡水，操作方便、灵活，经久耐用，运行稳定。

2）弧形钢闸门也是常见的门型，启闭灵活、方便，运行稳定，但工程需要拦挡下游的潮水，该门型不适用。

3）大跨度圆拱钢闸门为半圆拱门，结构新颖，外形美观，适用于跨度大、但高度不大的工程，与项目比较匹配，但不适宜局部开启、频繁调节。另外该门型的结构计算、支铰设计及操作系统尚未有相应的规程规范要求，选用的风险偏大，且制造费用较高。

4）钢筋混凝土闸门比较适于双向挡水、下游挡海水的条件，使用寿命长、运行稳定，原闸门即为这种结构，具有一定的使用经验，但外形笨重，局部易于破损，维修麻烦，与景观不协调。

综上，门体结构选择为，平板钢闸门。

3.5 闸门启闭设备比选

由于水闸需要根据来水情况经常调节开度，以确保防洪度汛及上游景观对水位的要求，为实现这一目的，按一门一机配备。比较适用的启闭设备为固定式液压启闭机及固定式卷扬启闭机，卷扬式启闭机又可细分为直升式和升卧式。

1）液压启闭机近些年使用较多，特点是控制灵活，闸门开度易于控制，适用于需要经常调节、控制精度要求较高的工程。但其设备投资较高，液压油系统管路设备、电动机及控制设备、仪器仪表指示设备较多，任何一个环节出现问题，都将影响闸门的迅速启闭。

2）直升式启闭机是传统、广泛应用的启闭方式，结构简单，运行可靠，闸室短，设备投资也比较少；但要求启闭机架设在一定高度以上，以确保闸门可以全程提升，满足泄洪开度及闸门的维护保养高度要求。

3）升卧式启闭机是直升式启闭的一种改进，升卧式闸门挡水时直立，开始提升时先直升一段距离，然后闸门的顶部向下游或上游转动，全开时闸门成水平状仰卧。优点是启闭设备简单，启闭高度大大降低，设备投资略高于直升式，但相差很小。由于启闭过程近似于弧门的运行轨道，闸室加长，闸门的吊点位于门的下部，长期浸泡在水中。

综合上述优缺点及维修养护条件等因素，选用了最为传统、简单可靠、相对经济的直升式卷扬启闭方式。