大藤峡水利枢纽南木副坝取水口拦污栅设计

鲁诗刊

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概况

大藤峡水利枢纽工程是一座防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用的流域性关键工程。大藤峡灌区工程是大藤峡水利枢纽工程的配套工程，工程任务以农业灌溉为主，兼顾城乡供水，并为区域乡村振兴创造条件。灌区中浔江北岸区的金田灌片、罗旺灌片，主体工程利用已建的大藤峡水利枢纽南木副坝取水口从大藤峡水库自流取水后通过新建南木补水干管补水。

南木副坝取水口按无压输水方式设计，灌溉运行设计水位为47.76 m，设计过流能力8.8 m3/s。灌溉取水口设1扇平面定轮事故闸门和1扇弧形工作闸门，孔口尺寸分别为4.2 m×3.0 m、4.2 m×2.0 m，工作闸门后接消力池及明渠段（长45.7 m），明渠渠底高程45.86 m，孔口尺寸4.2 m×5.0 m。灌溉取水口事故闸门与2#鱼道口事故闸门和生态泄水口事故闸门共用1台2×250 kN单向门机通过抓梁操作，工作闸门采用1 台QHSY-400/200 kN 液压启闭机操作。

为了更好利用水头，本次灌区设计将灌溉运行设计取水水位由47.76 m 调整为53.76 m，灌溉取水设计流量为5.5 m3/s。已建南木副坝取水口按无压输水接明渠的方式，取水口未设有拦污栅，而本次南木干管设计为有压管道输水的方式，并在下游配置流量调节阀控制流量。为了流量调节阀的运行安全，在取水口增设1道拦污栅，保留已建事故闸门门槽，废弃原弧形工作闸门及启闭机。

2 拦污栅及栅槽结构型式比选

2.1 拦污栅型式比选

（1）方案一：固定式拦污栅。不设栅槽埋件，通过锚栓将拦污栅固定于取水口混凝土边墩。本方案工程投资较省，但拦污栅固定于取水口，无法提栅清污和检修，坝前常水位为61.16 m（检修水位较高），后期清污和检修需人工潜水作业，维护成本较高，且存在安全风险。另外，拦污栅需水下安装，拦污栅的尺寸较大，重量约为8.8 t，水下安装施工难度大，安装精度无法保证。

（2）方案二：活动式拦污栅。设置栅槽埋件，拦污栅栅叶通过临时启吊设备进行吊装。本方案较方案一工程投资大，但拦污栅可通过启闭设备提栅人工清污，后期拦污栅检修维护成本较低，且操作安全风险较小。

考虑到拦污栅后期运行维护便利性，拦污栅采用活动式。

2.2 栅槽型式比选

（1）方案一：混凝土栅槽。在取水口设混凝土栅槽，栅槽埋件二期安装，为保证栅槽埋件安装和混凝土浇筑的精度，需设施工围堰。由于大藤峡南木副坝已投入运行，并进行一期蓄水，本方案施工围堰投资较大。而且，增设的混凝土栅槽总厚度2 m，对灌溉取水口过流流态和左侧2#鱼道运行的影响还需进一步论证。

（2）方案二：反钩式栅槽。不设栅槽，在拦污栅上设置反钩，埋件上设置较小而不影响流态的反钩槽，拦污栅反钩在导轨内上下滑动，利用导轨进行导向；底部设混凝土基础，用于支撑拦污栅。单根反钩导槽自重约0.68 t，人工水下安装固定。本方案对混凝土基础浇筑精度要求不高，可采用船舶运输及泵送水下混凝土进行施工，故无需设施工围堰。本方案较方案一工程投资省，对灌溉取水口流态和2#鱼道运行的影响较小。

考虑工程投资省，工程影响小，拦污栅栅槽型式采用反钩式。

3 取水口拦污栅设计

3.1 总体布置

取水口设拦污栅1 孔1 扇，孔口尺寸5.4 m×4.8 m（宽×高），底高程45.23 m。拦污栅为直立平面滑动钢栅，设计水头为3 m，拦污栅总高度5.2 m，沿高度方向分成2节。栅槽埋件采用反钩式。拦污栅通过临时启闭设备操作，人工提栅清污。拦污栅栅叶重约8.8 t，栅槽埋件重约1.79 t。

3.2 拦污栅结构设计

拦污栅为焊接结构，栅叶及埋件材料采用Q235B。拦污栅直立活动式布置，为了便于制造和运输，沿高度方向分2节，每节高度均为2.6 m，节间通过轴板连接。拦污栅由栅条、框架组成，栅条截面尺寸为10 mm×80 mm，根据流量调节阀的运行要求，栅条中心距取50 mm，框架采用工字型双主横梁、边梁焊接结构。拦污栅主支承采用钢滑块，侧向和反向支承采用角钢，规格为63 mm×40 mm×7 mm。

拦污栅埋件采用反钩式，导槽截面为焊接槽钢，通过M20-300 后扩底锚栓与取水口混凝土连接。底轨为I20 a工字和钢板的焊接件，侧面通过膨胀螺栓与取水口混凝土临时固定后再浇筑底板混凝土。拦污栅与导槽安装示意图见图1。

图1 拦污栅与导槽安装示意图

3.3 拦污栅主要构件应力计算

拦污栅采用平面体系假定进行分析，主梁按受均布荷载的简支梁设计，栅条按双悬臂单跨梁进行设计，其它零部件按《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL 74-2019）有关规定进行验算。拦污栅主要计算成果见表1。

表1 拦污栅主要受力构件计算成果

3.4 拦污栅启闭设备

拦污栅的操作方式为静水启闭，整扇起吊，单吊点操作。按启栅时附着1 kN/m2的污物重量，计算得启栅力为127.9 kN。栅叶采用船舶运输及船上吊装的方式进行安装，清污方式通过清污船吊装人工清污。

3.5 防腐设计

拦污栅栅叶和埋件采用喷锌和涂料的复合保护系统，喷砂除锈表面清洁度达Sa2.5，表面粗糙度值Ry 为60～100 μm，先喷涂锌层厚0.15 mm，用0.08 mm环氧富锌底漆封闭，然后用厚0.08 mm环氧云铁中间漆，最后喷0.15 mm氯化橡胶漆作为面漆。

4 结语

本工程为已建大坝取水口增设拦污栅，施工条件受限。采用反钩式栅槽，节省了施工围堰投资，减轻了埋件安装重量，降低了水下安装难度，对取水口水工结构和流态影响较小。反钩式拦污栅方案为本次设计的推荐方案，后期实施过程中，由于南木副坝权属人对栅槽安装是否影响进水口结构安全存在顾虑，故该方案对进水口结构的影响还需进一步论证。