天津图书馆

一、工程簡述及过去运用情况
  海河枢紐工程建于天津市塘沽区新港右側，主要包括节制閘、拦河垻和漁船閘，其中节制閘及拦河垻两工程按二級水工建筑物設計。工程規划的主要目的是防止海潮入河，幷使海河成为一条蓄水河道，滿足农业灌溉和城市工业用水的需要。本工程于1958年7月1日开工，12月28日建成放水。节制閘情况簡述如下：
  （一）閘身結构布置（見图8—5,8—6）
  全閘共有8孔，每孔淨寬8米，孔与孔之間以閘墩分隔，共有边墩两个，中墩4个、縫墩3个，閘底板每两孔作一块，共四块。底板与底板之間、縫墩之間以及边墩与翼墙接縫处都作有相应的止水縫，以备溫度涨縮和不等沉陷。閘底板采用浮筏式。由于閘基土质系未完全固結的海洋淤泥土，强度很低，为防止床板上土体受压发生塑流，在底板四周围打8米长木板桩。同时，在底板下表层两米內挖去粘土，換塡粗砂，以减少沉陷，幷促使土体加速排水固結。在底板翼墙內側設置排水管，用联通管引至两側边墩內，在5号翼墙內設置出口，以便必要时抽水，以降低底板下的渗流水压。閘的两側采用半塡土围墙式翼墙，墙內塡土高程为-1.0米，与边墩相联处用引桥与两岸相接。閘墩上机架桥寬5米，每孔装上下閘門，設置手搖电动两用启閉設备。閘底板下游設混凝土靜水池（包括1.5米高消力坎一道），消减过閘水能量，幷兼作防渗用。上游設有混凝土鋪盖，舖盖与靜水池皆以錨筋与底板相連，兼作阻滑板用。在下游靜水池以上作混凝土护坦，亦用錨筋与靜水池相連协助阻滑。护坦下游設浆砌块石海漫，幷在尾端加設1米高消力坎一道，使临底流速减小。再下設于砌块石海漫，末端設拋石防冲槽。閘底板上游紧接舖盖，設混凝土护坦，另接浆砌块石海漫及拋石防冲槽。
  （二）設計指标
  1.洩洪流量：根据历史水文記录，海河最大洩量为1925年的1,614秒立米。1958年上游建成西河閘，該閘設計流量是：当閘上水位8.0米时，洩量为1,100秒立米，当閘上水位8.5米时，洩量为1,260秒立米。如果以1,200秒立米計，加上屈家店可能洩量400秒立米共1,600秒立米。减去新开河洩量400秒立米，海河需要洩量为1,200秒立米。所以海河閘的設計洩洪量定为1,200秒立米。
  2．閘上蓄水位
  正常水位2.5米
  非常水位：最高3.5米，最低1.0米
  3．閘下潮位
  最高潮位为5.0米，
  最低潮位为-2.0米。
  （三）过去运用情况及发生的問題
  1.水文情况見表8—7。
  2．下閘門震动問題
  在1959年上半年，按設計規定允許閘上下水位差在設計水位范围內启閉閘門，主要根据对閘上水位的要求来控制。但于当年6月25日10时提閘时发生較大震动，当时閘上水位3.04米，閘下水位1.25米，所提3号及5号孔閘門的提启度为3.5米，即閘門頂高程为3.0米。在机架桥面7、8孔接縫处覌測最大震幅約为7毫米。此后为了避免发生閘門震动，改为平潮启閉閘門，在运用中未再发生較大的震动現象。
  3．閘体上下游护底建筑物冲刷及維修情况
  1959年6月下旬潜水員摸測时发現第二道消力坎下干砌海漫部份有不少冲坑，一般深度0.8～1.0米，最严重的在靠近浆砌片石以下发現有几个冲坑，掏深1～2米。被冲去的块石堆集在防冲槽內形成若干分散的大堆，冲刷范围纵长26米，橫寬80米。当时即进行拋大块石，幷在浆砌片石接头处加盖长4米、直径0.8米石籠一层。8月7日再行摸測时，在同上部位又发現9个大小不等的深坑，最大为6×6米，小的2×2米左右，深为1.3～1.7米，大部分在左測3、4、5孔之間。防冲槽拋石无变化。当即再度拋石和用石籠塡补坑洞。以上两次維修計共用鉛絲籠890个，块石2,500立米。
  1960年汛前为了加固下游防冲能力，确保安全，在5月份开工进行返修。先将已拋的石籠和块石整平，然后将混凝土装入蔴袋內排成魚鱗状，再釘以12毫米鋼筋。后因有淤泥，考虑混凝土結合不够牢固，又改为順水排碼石籠。石籠长4～4米，直径0.8米，排碼完毕后用8号鉛絲連成一体。
  1961年汛前检查后，在第二道消力坎外原做石籠部位发現大小坑24个，最大4.5×0.3×0.15米，当即补塡块石。
  1962年在第二道消力坎前后（墩下游38米～64米段內）塡补局部小坑，計用蔴袋混凝土0.5立米，拋鉛絲石籠33个，合39.1立米，拋石补孔326立米。
  二、汛期运用情况
  （一）閘門启閉和运用方法
  1．启閉情况
  在7月至9月这一段时間內，閘門的启閉运用可分为两个阶段。8月10日以前，由于上游洪峰未到，只提下閘門洩水。8月10日以后則上下閘門全提洩水。在全部过程中除8月27日至9月4日及9月12日至9月18日等期間因閘上水位高，閘門未閉連續洩洪以外，其它均为高潮閉閘，落潮开启，发揮了拦潮洩洪作用。閘門启閉次数及时間見表8—8和8—9。
  2.运用方法
  （1）启閉程序
  为了在启閉閘門时避免閘門发生震动現象和减輕启閉机的載荷，汛期仍貫彻执行平潮启閉的操作方法，启閉操作时上下游水位差一般不准超过20厘米。启閉程序如下：
  提閘程序：（1）下閘門1、2、3、4孔
  （2）下閘門5、6、7、8孔
  （3）上閘門8、7、6、5孔
  （4）上閘門4、3、2、1孔
  閉閘程序：（1）上閘門1、2、3、4孔
  （2）上閘門5、6、7、8孔
  （3）下閘門8、7、6、5孔
  （4）下閘門4、3、2、1孔
  每提或閉閘門一次需时40分钟。在人員配备上計有：掌握开关电工1人，联系指揮1人，拉鎖梁4人，听、查启閉設备1人，共計7人。
  （2）延长洩洪时間的措施
  为了在汛期能充分宣洩洪水，8月中旬以后按照当时閘上水位情况，規定在正常情况下，当潮位最高不超过3.2米时，可連潮不閉閘洩洪。
  从8月14日起，西河閘上水位即超过8.0米，流量达1,500秒立米以上，（当时屈家店下洩只数十秒立米）在閘門关閉后，两小时內閘上水位即壅高达3.46米。
  閘下高潮水位高于閘上水位形成水流倒灌的时間一般不超过20～30分钟。考虑由于上游下洩流量很大，倒灌水流非常迟緩，这时如将閘門关閉，启閉閘的操作就需要80分钟，全部过程約2小时。在这种情况下，如果为避免潮水倒灌而閉閘，則影响約一个小时的洩洪，因此連潮不閉閘反而洩洪多。不过在实际操作中，还要掌握风向、风速对潮位的影响。在刮东凤、东北风、东南风时，会出現高于予报的潮位，倒灌时間亦会加长，这时就应将閘門关閉。今年汛期共連潮不閉閘洩洪40次，估計可以多洩水約1亿立米。
  3.流量覌測
  本汛期共进行了两次全潮流量的測定，第一次是从8月17日15时至18日15时，洩洪时間20小时58分，閉閘时間3小时零2分，共洩水0.821亿立米，平均流量950立米，最大流量1,380、1,350秒立米。第二次在9月18日16时至19日16时，洩洪时間21小时零9分，閉閘时間2小时51分，共洩水0.764亿立米，平均洩量884秒立米，最大流量1,340、1,300秒立米。汛期中实測得的水位和流量边界值見表8—10。
  （二）关于洩洪冲刷問題
  1．检查过程和发現的問題
  （1）潜水員摸測
  自8月16日至9月20日共組織潜水員摸測23次，每次利用閉閘时間摸測一个半到两小时。
  自8月16日至31日共摸測10次，重点检查下游第二道消力坎至舖石籠部位0+055～0+075一段內（里程号以閘底板中心綫为0+000，以下均同此）。共发現了15处凹坑和2处立坎（見图8—7）。但是这些坑坎的記录位置，經与分段結构核对，发現部份定位不准，与实际情况不符。尤其是当时只作了水下探摸，未作高程測量，故对所发現的坑坎也不能完全肯定是冲刷造成，于是又在9月4日至9月20日，由两組潜水員再行摸測13次。在这一段工作中加强了定位工作，幷参照回声測深仪測出的橫断面上所示高低悬殊部位进行检查，同时也对上游于砌块石和下游第一道至第二道消力坎間部位做了詳細检查。共測出大小凹坑16处（新1至新16）。具体情况如下：
  ①上游西側虽然涡流較大，但坡脚处无冲毀迹象。于砌海漫平整无坑，防冲槽拋石表面尚复有淤泥。
  ②下游石籠海漫部位的鉛絲，經三次取样均已严重銹蝕，石面尚稳定，經多次在同一部位检查情况无大出入。
  ③坑深一般为60～80厘米，坑边成緩坡形式。
  ④靠坡脚部份的坑中尚有淤泥，个別石面上有海生动物。
  （2）利用回声測深仪測量断面
  在9月5日自0+065～0+130共65米一段內每5米一个断面共測量了14个橫断面，9月20日又測量了自0+050～0+090共40米一段內的纵断面20个（每5米一个断面）。通过以上两次断面測量說明該处河床情况如下：
  ①河床虽然坑洼不平，但最低处只低于石籠設計高程約20厘米，一般均高于原設計高程。
  ②浆砌块石与石籠接縫处无显著变化。
  2．分析意見
  （1）下游两岸护底在靠脚坡处未冲坏。
  （2）护坦长15米，为140号混凝土，虽然发現一些小坑，但都很浅，可能是由于当初施工接縫及抹面不平以及在浇筑混凝土中含有碎木块被冲掉所造成的。浆砌块石海漫从多次摸測来看幷未发現坑洞，但与混凝土护坦接連处的砂浆已都被冲走，且有两个小的空洞，再經长期冲刷可能会出現坑洞。
  （3）石籠海漫的石籠鉛絲已严重銹蝕，再經过今年长期洪水冲刷，实际上已失去作用。检查中虽已发現很多坑，但深度多为60～80厘米，表面鉛絲虽已遭銹蝕，但未散乱；坑的四边除个別石籠有重叠情况外均为緩坡，因此可能是石籠在施工时拋的不平，不能肯定是冲刷成坑。从測深橫断面来看，在0+065～0+080断面間，实測高程一般都不低于施工时高程（只个別地方低20余厘米），亦可說明这一問題。
  （4）防冲槽拋石部位从0+080～0+095間四个断面来看，目前均高于当初施工高程，最多处高出2米多，可能是由于1959年干砌海漫被冲毀后石块下移堆集而成。
  （三）閘体稳定覌測
  汛期中为了解閘体稳定情况，进行了沉陷、位移、渗压等方面的覌測，分別說明如下：
  1.沉陷 沉陷覌測点共計55个（閘身16个，閘墙39个）。汛期前每月覌測一次，由于使用仪器精度不够，累計覌測值不够稳定。从9月份开始改用精密水准仪进行覌測，从9月9日至29日共覌測19次，覌測成果每次均在三等水准測量誤差限度之內。說明在这一段时間未发生沉陷。
  2．定向位移 自8月22日至9月28日共进行了7次覌測，每次覌測四个点，累計差值均小于覌測允許誤差。
  3.三向位移 三个測仪分別設于三个縫墩的上游墩頂。7、8月份覌測值无变化。从9月2日至27日的覌測結果来看，上下、前后两个方向相对变化均在0.2毫米以內，左右移动数值分别为：左縫墩1.71毫米，中縫墩0.4毫米，右縫墩1.1毫米。左右移动較多的原因估計是由于气溫变化的影响。
  4.渗压 渗压覌測从6月份已开始每星期2、4、6定时覌測，9月份則改为每日按时覌測。当測压管水位到高程1.0米时，即从排水管排水以降低水位，在8月27日曾排水一次。从回昇速度及排水量来看，渗透压力是正常的。
  （四）机电設备的检查和維修
  1．电器設备 为了确保閘門的安全启閉，在8月25日对全部16台电动机及电纜进行了检查，发現絕緣电阻普遍过低。当即更換了干燥合格的电动机，幷在电纜两端切割一段重新搖測合格后接連。
  2．启閉机本年汛期开始即发現3号下閘門在运用时大軸有偏心震动，經全部检查后发現：
  （1）大部分抱閘輪按裝不密合，在运行时有偏心震动。
  （2）2号下閘門滾桶两側垫圈不紧，运行时受鋼絲绳抗力而发生錯动，軸承底座固定螺栓已傾斜。
  （3）2号下閘門鋼絲绳靠近端部严重断絲。
  以上問題均已及时修理和更換。
  三、几点意見
  （一）关于下閘門震动問題
  震动情况前面已經叙述。初步分析造成閘門震动的原因主要有：上下游水位及水位差，閘門开度和过閘水流等。采取平潮启閉閘門的办法虽可解决震动問題，但却限制了閘上下有水位差时启閉的可能；因此考虑可以另采用調整閘門开度的办法来消除震动，应先由管理单位及有关科硏单位进行試驗硏究，确定成果后再按規定运用。
  （二）关于加固下游海漫問題
  从历年检查及維修情况来看，海河閘下游冲刷最严重的是原做干砌块石部位（目前舖石籠处）。但今年实測情况說明石籠鉛絲已遭銹断，残断網絡仍复在石块表面，表示該处块石还是稳定的。
  今年实測最大垂綫平均流速为3.00米／秒，經过下游河道扩散及两道消力坎消能后水流至石籠海漫处估計流速不会超过2米／秒，不应冲坏于砌块石。
  1958年建閘前曾在天津大学作了模型試驗，洩洪时过閘流量右側大于左側，这是因为原河道在右側主流偏向原河道的緣故。閘下两側迥流范围均在两側岸坡范围以內，幷不导致过閘水流的集中。从断面模型測得当洩量为2,000秒立米，閘上水位为1.33米，閘下水位为0米时，閘下干砌块石处底部流速为1.19米／秒，这样的流速对一般干砌块石来說也不致引起冲毀。因此，1959年千砌块石部分受到冲毀的原因是：
  1．設計干砌块石海漫厚度为0.6米，下垫0.2米碎石，所用块石尺寸一般最大边长約0.3米，0.6米厚的块石仅有两层，施工时很难相互咬紧卡严，加以当时施工时間紧迫，估計施工质量也很难做到塡密卡紧。因而削弱了干砌块石的抗冲能力。冲毀部份逐步扩大。
  2．在启閉运用上，1959年上半年一个較长时間內是在水头差很大的情况下启閉閘門，而且常是开启少数儿扇閘門（不是8孔均匀开启）。如当年3月26日只提1孔，当时閘上水位2.58米，閘下水位-0.08米；6月21日提3孔，当时閘上水位2.94米，閘下水位0.20米。因而造咸局部流速过大，如閘下水位为0米，单寬流量为25秒立米，即可造成大于4.0米／秒的流速，这就大于干砌块石的允許流速，成为破坏海漫主要原因。
  按照当前海河閘洩流情况，如掌握平潮均匀启閉閘門的方法，石籠部位可暫不于加固，但应在每年汛期前后細緻检查，发現問題再于維修。海河建閘后，閘下游回淤逐年淤高，如果利用洩洪或弃水冲淤，在水位差較大的情况下开閘放水，瞬时流量加大，則应根据分析情况，按照不同部位的流速，采取加固措施。
  （三）机电設备維修和改进
  1.启閉机虽然在1959年曾检修过一次，但从今年汛期运用中来看，除有些偏心震动外，变速箱齿輪亦有許多咬合不严之处，应在明春彻底检修一次，同时还应加强經常維修。
  2．閘門鎖梁目前是由人工操作，不但多費人力，而且往往由于抽拉不妥而易成造成事故，今后設計应考虑改用电动操作，幷設置指示标志，以彻底改善之。