六盘水玉舍供水工程大坝底孔弧形工作闸门门楣修复改造方案设计

陶光慧,杨 松

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002)

1 概 述

玉舍水库位于六盘水市水城县玉舍乡境内，大坝座落于珠江流域北盘江支流舍戛河上，距六盘水市中心22 km。玉舍供水工程任务是向六盘水市市中心供水，工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，由水源工程和水厂工程组成。水库坝址以上集水面积90 km2，舍戛河多年平均流量 1.71 m3/s，主河长度16.3 km，平均坡降12.5‰，流域形状系数0.339，为典型的扇形流域。

玉舍水库正常蓄水位1956.00 m，相应库容3320万m3，有效库容2720万m3，死水位1926.70 m，死库容600万m3。水库大坝最大坝高80.40 m，年供水量3650万m3，供水保证率97%；输水工程线总长19.16 km，设计输水流量1.80 m3/s，水厂设计规模为日处理水11.5万t，日供水10万t。

冲沙兼放空底孔设于大坝的右岸非溢流坝段内，总长32.23 m，其中进口塔段6.12 m，孔身段长15.31 m，出口段长10.80 m。进口底板高程为1905.00 m，进口为喇叭型，进口孔身为2.0 m×2.0 m的正方形断面，出口断面2.0 m×1.5 m。出口泄槽末端采用挑流消能，挑流鼻坎高程1905.60 m，反弧半径10.0 m，挑角为20°。进口设2.0 m×2.0 m的平面事故检修闸门[1]，闸门井尺寸为6.0 m×6.1 m，顶部高程1957.40 m，其上设启闭排架，设置一套QPG—630—55固定卷扬式启闭机启闭事故检修闸门。出口设2.0 m×1.5 m的弧形工作闸门，设置一套LQ—500/130带导向滑槽螺杆启闭机。2017年大坝安全鉴定发现出门楣铸钢埋件左侧出现约10 cm的斜向裂缝，并已出现了垂直向下的位移，漏水量约1 L/s，大坝底孔工作弧门门楣漏水严重。

2 改造方案设计

2.1 大坝底孔工作弧门布置及项目情况

底孔设在坝身右端，进口底板高程1905.00 m，底孔进口为2.0 m×2.0 m方形断面，出口断面渐变为2.0 m×1.5 m，设置一扇工作闸门[2]，闸门孔口尺寸为2.0 m×1.5 m，设计水头51.0 m，闸门型式为弧形钢闸门，圆柱铰支臂形式，支铰高度2.5 m，工作弧门半径3.0 m。闸门操作方式为动水启闭，门体重5.5 t，埋件重2.5 t。与闸门配套的启闭机采用带滑槽式螺杆机，型号LQ—500/130，最大启门容量500 kN，最大闭门容量130 kN，扬程3.5 m。启闭机配有手摇装置，操作方式为手动、电动两用现门楣下垂，漏水严重，存在着安全隐患，急需改造,如图1～图2所示。

图1 大坝底孔门楣漏水

图2 大坝底孔门楣撕裂

2.2 改造依据

门楣修复改造依据主要有：

(1)2017年安全鉴定报告书(初稿)。

(2)业主委托对玉舍水库大工程底孔出口弧形工作闸门门楣改造项目进行勘查设计的委托书。

(3)六盘水市玉舍水库工程大坝底孔弧形工作闸门门楣修复改造工程勘测设计合同。

(4)现场实际情况。

(5)原设计基础资料。

2.3 改造方案比选

止水装置是闸门重要的组成之一。止水不严，会造成水库的渗漏损失，同时高水头下将使闸门与埋件产生空蚀、磨损乃至破坏。根据本闸门的结构布置与空间尺寸，适用于本闸门改造的顶止水主要有以下几种形式。

2.3.1 圆滚浮子式(鸭舌式)顶止水结构

大坝底孔弧形工作闸门原门楣结构采用的就是鸭舌式顶止水结构(图3)。上面一道P形止水装设在门叶上，下面一道圆滚浮子式止水橡皮装设在门槽的凹槽内[3]，上游库水压力将止水橡皮压紧于门叶上，此种形式的顶止水应用较普遍，但若加工与安装精度不良，闸门启闭易使橡皮扭曲变形，以至撕裂损坏。若本工程依然按原来的结构重新制造安装一套，因结构形式及加工安装精度等的限制，不能保证新门楣止水效果好，且铸钢件加工工艺相对复杂、工期较长。若将原铸钢件改为碳钢焊接件，则对异形尺寸加工工艺要求较高。

图3 圆滚浮子式顶止水结构

2.3.2 Ω形顶止水结构

上面一道P形止水装设在门叶上，下面一道Ω形止水橡皮装设在门楣结构上，上游库水压力将止水橡皮压紧于门叶上(图4)。关闭闸门时两道止水均起到止水作用，开门后上面一道止水脱离接触面，下面一道止水保持与门叶的接触，防止缝隙射流。但Ω形水封的安装、调整和维护比较困难，同时对门叶对应部位改造较大[4]。

2.3.3 两道P形头顶止水结构

上面一道P形头止水装设在门叶上，下面一道P形头止水安装于门楣结构上，结构型式简单，安装维护方便，使用效果较好，采用普遍(图5)。顶止水橡皮可依靠水压力和预留压缩量压紧在面板上，达到启闭全过程的止水作用，但该型式的止水橡皮的压缩变形量不大，这种形式的顶止水承受水头比较有限。本闸门设计水头 51 m，采用此结构型式尚能适应，若改成此结构形式，门叶上需要将顶止水上移到原止水挡板螺孔位置，重新设置止水挡板及增焊防射流板[5]。

2.3.4 转铰式顶止水结构

上面一道P形头压盖止水装设在门叶上，转铰式防射止水布置在门楣顶部埋件上，借助于弹簧压片和上游库水压力推动止水元件绕转轴转动压紧于工作弧门面板上达到止水目的，这种布置具有适应变形能力强、结单简单，制造、加工、操作、运行方便等优点，能较好的满足高水头闸门止水要求(图6)。但需要较大空间进行布置，针对本闸门而言，需要加高闸门高度，同时扩宽二期混凝土尺寸，改动较大，难以适应本闸门门楣修复改造要求。

图4 Ω形顶止水结构

图5 两道P形头顶止水结构

图6 转铰式顶止水结构

综合比选，本次门楣改造选用两道P形头止水结构的方案，修改后的闸门挡水的水压力与原设计基本一致。

2.3.5 改造方案选定

大坝底孔弧形工作闸门门楣原结构为铸造件(图7)，因压力过大导致门楣断裂，门楣脱落近10 mm,与门楣连接的一期插筋已部分拉断，虽已复位并修补裂缝，但门楣钢板与混凝土已脱空，水直接从混凝土与钢板的缝隙中射出，漏水严重。根据现场踏勘及资料收集来看，要彻底解决门楣漏水问题，需要拆除原门楣结构，更换新门楣结构如图8。

图7 底孔工作弧门原门楣布置

先将原门楣(含二期混凝土结构)沿原一期、二期分界线全部剥离，重新设计门楣结构形式并重新进行门楣结构的制做及安装，同时将门体上的止水结构向上移升至适当位置，将原门楣止水形式圆滚浮子式水封改为P形头水封，与门体上的止水共同组成两道P形橡皮止水型式，并于门上适当位置设置射水挡板。

2.3.6 改造具体内容

根据工程特点及现场情况，本次改造主要为更换原来的门楣结构，重新制造安装一套门楣结构，修改主要有以下内容：

(1)拆除原门楣结构，沿一期、二期分界线将原门楣二期混凝土剥离并检查原一期插筋是否有效。

(2)根据剥露的一期插筋情况，适当增补部分插筋。

(3)将侧轨增宽板焊于原侧轨面板与上游侧门楣端部连接位置。

(4)重新制造安装新的门楣结构。

(5)浇筑二期混凝土并按要求养护。

(6)将闸门原顶止水拆除。

(7)封堵闸门原顶上第二排螺栓孔。

(8)重新固定门顶止水挡板角钢。

(9)重新安装门叶顶止水装置，以螺栓孔位置定位上移至原止水挡板角钢对应螺栓孔位置处。

(10)于门叶面板外则加焊射水挡板。

(11)防腐处理。

(12)调试及验收。

3 结 语

目前门楣改造修复工作已完成并运行了较长时间，从挡水及运行效果来看，选用两道P形头止水结构的方案，达到了修复改造的目的。在改造过程中积累的实践经验，可为同类项目的设计提供参考。