除险加固水利工程利用船闸导流的下游防冲问题

除险加固水利工程利用船闸导流的下游防冲问题

陈德尚

广东省源天工程有限公司

摘要：因为设备老化、运行管理不到位、设计标准低以及运行时间长等，所以，中国大部分水闸都会存在一些险情，病险水闸会严重威胁附近人们的生产生活，使水利枢纽无法安全运行。所以采取一些加固措施对其进行除险加固。而针对早期修建的一些泄水闸，在利用船闸导流及除险加固时，因为导流流量大，而船闸宽度较小，所以，需要高度重视水流对下游的冲刷情况。基于此，本文首先介绍了水利工程以及除险加固的重要性，接着分析了船闸导流特点和下游防冲措施，最后以新滩口船闸导流工程为实例，针对利用船闸导流引发的下游防冲问题，提出三种除险加固方案，并得出了一些切实可行的建议。

关键词：船闸；导流；防冲；新滩口；关门桩

目前，对于中国早期修建的部分泄水闸等工程，由于受到施工技术及设计方案等方面的影响，经过这么多年的长期运行，出现一些问题，所以需要相应的采取除险加固处理措施。在对其进行除险加固的过程中，考虑到技术及经济等，多数情况下都会进行船闸导流。

1介绍水利工程、分析除险加固的重要性

在中国，水利设施是一种十分重要的基础设施，属于基础性产业，它密切关系着中国国民经济的命脉，而且间接影响着我国气候以及农业和发电等的快速发展。在设计水利工程的过程中，由于部分水利工程自身实际流量与平均流量的差距较大，进而导致在实际使用相关水利工程的过程中，存在极大的危险隐患。同时，中国部分地区中的水利工程建设都是在没有进行全方位的考虑，而且这些地区对水利工程使用却很频繁，因此，在中国大部分水利工程中，都出现了大量安全隐患。与此同时，部分工程在开始投入使用后，却缺乏相应的维护管理工作，进而增大了工程自身存在危险隐患的可能性，严重威胁着人们的生命财产安全以及农业生产的顺利进行。因此，对中国水利设施进行的除险加固问题已经引起了目前相关水利工程工作人员的高度重视。

2分析船闸导流特点和下游防冲措施

2.1简述船闸导流特点

利用船闸导流进行泄水闸除险加固的时候，它不同与普通的水利工程所用的明渠及隧洞等导流。而在船闸进行正常运行的过程中，下游水位会很高，通航流量相对较小，一般不需要在船闸下游进行消能防冲设施的设置；相对来说，对于船闸导流，其导流流量一般较大，单宽流量也会很大，而且下游水位会较低，从而导致较大的上下游水位差，并增大流速，进而致使无法及时扩散出闸水流，从而会冲刷船闸末端下游的一些岸坡及软基河床，如果采取科学的防护措施对其进行处理，则会引发重大的除险加固工程事故。所以，在水利工程的除险加固中采用船闸导流方案时，必须充分重视导流对下游岸坡和软基河床的消能防冲。

2.2下游的消能防冲措施

针对位于船闸护坦末端的各种软基河床，可以通过消能措施或保护措施进行处理。对于船闸导流的常见消能措施，主要是在下游出口，进行消力栅、消力齿、消力梁或消力槛的合理布置；保护措施主要包括：打桩（旋喷桩、混凝土钢筋板桩或木桩）及抛石或结合以上两种保护措施。但是所用的船闸导流具的消能措施却存在特殊性，其要求闸底板顶面高程必须低于消能工顶部高程，否则通航将无法正常进行。比如上海崇明县的大部分水闸都存有通航要求，合理进行消力栅及消能工的布置具有很好的消能作用。保护岸坡的措施通常包括：现浇混凝土护坡、浆砌块石护坡以及干砌块石护坡，还有土工模袋混凝土这种较为特殊的护坡技术。

3新滩口下游防冲方案

3.1工程概况

位于洪湖市新滩口镇的新滩口水利枢纽，它由建筑物间堤段、泵站、船闸、内荆河堤段和排水闸构成。运行了30多年以后，出现了各种老化问题，必须实施除险加固。

作为排水闸的配套部分，新滩口船闸主要用于排水、防洪及通航等，最大通过船队为3×300吨，是内河水道中的Ⅴ级船闸。它由上、下闸首及闸室组成，闸室的长和宽分别为140米和12米，最低和最高的船闸内湖通航水位分别为24.0米和24.57米；最低和最高外江通航水位分别为15米和29.90米，通航水深应大于2.5米。船闸上闸首闸顶和闸底板高程分别为31.5米和15米，闸室及下闸首闸顶和闸底板高程分别为31.5米和13米。3.2模型概况

结合地形资料，模拟船闸进出口与船闸下游的地形，采用1∶15的模型比尺，针对从船闸护坦末端一直到下游45米的地形特点，采用动床进行冲刷的模拟，其他采用定床。并制定了以下试验方案：

A方案：对末端的软基河床，未进行保护的情况下，实施船闸导流，采用正六边形（3厘米的边长）模型混凝土块体保护岸坡；

B方案：在末端软基河床，进行关门桩的设置，并且拆除下游围堰至15.0米高程，采用正六边形（3厘米的边长）模型混凝土块体保护岸坡；

C方案：进行关门桩的设置，并增大下游的实际模拟范围，并且拆除下游围堰至15.5米高程，采用现浇混凝土保护岸坡。

分别采用82立方米/秒、165立方米/秒及320立方米/秒的流量。

3.3分析试验结果

采用A方案进行试验后，发现流量为320立方米/秒时，船闸护坦末端位置的软基河床被严重冲刷，而且冲坑延伸到上面，对船闸底板安全的造成了威胁，所以必须进行防冲处理。

B方案：在流速较大时，水流工程消能时，通常会使用消力池，但是在船闸导流工程中，消力池工程的工期长且耗资多。对于新滩口水利枢纽，其工期紧且投资小，所以无法修建消力池，同时消力池也不利于以后船闸的运行。所以综合考虑各种因素后，选用了关门桩作为防冲结构。

为了模拟出更真实的实际情况，结合最新的下游地形测量结果，实施了C方案。

由于外江侧河床地形具有较高的高程，流量较小时，不会冲刷下游河床，流量升至320立方米/秒后，关门桩的主流带，有一个冲坑出现，它距关门桩14.5米，最大深度和宽度分别为2.1米和8.5米，但关门桩内部仍堆积有大量的块石，可以保障河床中部的安全护坦。而关门桩后左岸，存在较严重的河床冲刷，其下覆盖层已被淘刷2米深，需要补充抛石。

通过B、C方案的试验后，发现与A方案相比，通过关门桩，大幅降低了末端流速，减轻了冲刷，显著缩小了冲坑范围，有效阻止了反向水流的淘刷，能很好的保护船闸底板。

针对岸坡，在A、B方案中，流量达到320立方米/秒后，其护坡几乎被冲光了，所以，护坡应采用现浇混凝土。

4结语

综上所述，对于新滩口船闸，其下游未设置消能设施，而A方案直接采用船闸导流，护坦末端具有很大的流速，冲刷严重，护坡被冲毁，所以下游的消能防冲处理很有必要。B、C方案显示，关门桩结构的防冲处理很有成效，防冲效果显著，但是在关门桩后河床左侧，还是有局部冲刷问题，建议实时观测，及时补充抛石。对于岸坡的防护，建议采用现浇混凝土。另外，通过关门桩处理防冲问题，方便施工，经济合理，防冲效果好，而且不会影响船闸的后期运行，值得推广应用。

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