皂河闸下游冲刷成因分析及其对策
皂河闸位于江苏省宿迁市宿豫区皂河镇北，与洋河滩闸、骆马湖南堤组成骆马湖一线控制工程。该闸建于1950年，属Ⅱ级建筑物，共七孔，每孔净宽9.2米，1994年按7度地震烈度进行了抗震加固，接长下游闸墩6.61m，更换了弧形钢闸门等，稳定计算按蓄水期上游23.5米、下游18.5米，泄洪时上游25.0米、下游20.0米，设计流量为1000立方米每秒。皂河闸为骆马湖泄水口门之一，控制着骆马湖向中运河的泄水量，起到了防洪、灌溉、航运等综合作用。该闸发生上游最高水位为25.46米，下游最高水位为25.00米，上游最低水位为16.04米，下游最低水位为14.43米，最大泄洪流量1240立方米每秒。该闸下游设消力池，钢筋混凝土护坦，海漫设计长度为36米，与消力池尾坎连接处有4.6米长反滤层,海漫用铅丝笼块石铺设。经水流冲刷,时间不久铅丝笼就被冲坏,1952年12月进行了修复；1954年春测量发现海漫冲刷扩大，于1954年5月对损坏部位抛块石2126 m3进行了填补；1964年对冲深及护坡塌陷处抛入近1000吨块石进行填补；1967年在下游无水时突击将较大的深坑局部找平;1992年4月进行抛石及护坦水下混凝土修补,抛块石421吨。1995年2月进行水下检查时发现消力池内存有积石并进行了打捞。1996年12月又进行了积石打捞。对最近几年的测量数据进行比较，护底已被水流冲得高低不平，相差约有1～2.5米，多处有沟塘，最深处在2.5米以上。2001年4月进行水下检查时发现消力池内有大量积石，经测量计算约存有积石548m3，分布在消力池两侧，因1995年和1996年主要打捞的是消力池左侧，右侧的积石比较多。2002年5月进行积石打捞。2005年10月进行水下检查，下游50米至100米范围河床冲刷高低不平，大部分护底块石被冲走，冲刷坑大多分布在距两岸25米至35米左右范围和河床中心位置，其中最大坑约7×7平方米，深1.5米左右。消力池内存有积石约500立方米约850吨，主要分布在消力坎两端与翼墙交接处。块石堆最高处高出消力坎约0.5米，大小从每块数拾公斤至100多公斤不等，块石大多已磨掉棱角，块石间夹有泥沙。
二、成因分析
根据现场查看和水下检查情况，查阅历史资料和比较有关数据，造成皂河闸下游冲刷严重的主要原因有以下几点。
（一）下游翼墙扩散角偏大
水闸下游翼墙扩散角对出闸水流的影响很大。出闸高速水流要求尽可能地扩散，以减少单宽流量，并在全部宽度上均匀分布，因此不论扩散本身是否结合消能和消能的形式如何，而平面扩散总是消能的一个必要步骤。尤其是水头差较小的闸下消能，平面扩散较为重要。翼墙扩散对闸下消能影响巨大，如果翼墙扩散角度太大或扩散不良，使水流不能顺着翼墙扩散面扩散，可能形成回流区域，压缩主流，使单宽流量集中并容易造成偏流，同时在翼墙末端与河渠相接处，因断面放大而形成甚强之回流，淘刷岸坡及河底。翼墙扩散角度太大，还常常引致主流脱离翼墙，集中冲向下游形成折冲水流。反之，如翼墙扩散角扩散得太缓，将增加扩散段长度，造成建筑材料的浪费。翼墙扩散角度愈小，长度愈长，则水流情形愈为顺适。《水闸设计规范》（SL265－2001）规定，下游翼墙的每侧平均扩散角宜采用7°-12°，而皂河闸下游翼墙每侧的扩散角接近20°，使得水流不能很快地扩散，以致在两侧翼墙附近产生回流，此时主流受到回流的挤压更加集中，进而形成折冲水流，造成河底和岸坡冲刷，河底块石随水流回漩到消力坎两端。经过日积月累，使得下游河底淘空越来越严重，消力池内的积石越来越多。
（二）工程施工方案和质量存在缺陷，建筑物年久老化
皂河闸始建于1950年，由于受当时的经济条件和技术水平限制，混凝土的施工工艺和质量都得不到保证，加上使用年久，虽经两次加固，但未从根本上解决问题，部分混凝土碳化、老化严重。消力池护坦未进行加固，经水下检查发现，消力池护坦出现混凝土脱落露筋，这也会引起水流紊乱。消力池尾坎与海漫连接处的反滤层为砂石和柳枕结构，经长时间的水流冲刷和腐蚀，柳枕腐烂，砂石被淘空，铅丝笼锈蚀断裂，块石在大流量冲刷下，被水流带走，形成深塘。在两次工程加固中，对海漫护底进行抛石，但不能全面准确的进行填补，留下隐患。原块石偏小，当铅丝笼损坏后容易被水流冲走。另外，工程加固后，闸墩加长，使得集中水流向后推移，在大流量泄洪时也能引起水跃发生到消力池外，冲刷和淘空海漫。
（三）超标准泄洪及运行管理存在不规范行为
据水文资料记录，皂河闸在刚建成后的1953年就大流量泄洪，造成下游铅丝笼块石大部分被冲毁，消力坎后冲深3.3米。1974年8月泄洪1240M3/S，超过设计流量240M3/S（加固后的设计流量为1000M3/S），为历史最大流量，造成了大量的块石冲走，部分块石随折冲水流被带到消力坎内。
闸门启闭操作不规范，也是造成水流紊乱，下游冲刷的原因。如开闸流量超过下游水位安全泄量；大流量泄流时，未分次开启，开闸速度过快，一次提到预定高度；开闸过程中未及时观测水位、流量及水流流态；闸门开启不对称或单孔开闸，引起远离式水跃或二次水跃、集中水流及折冲水流、旋涡、回流等异常现象，造成护坦、海漫及下游河床的严重冲刷。
三、处理对策
皂河闸下游冲刷已严重影响到消力池和闸身的安全，必须尽快处理。针对以上成因，可以采取以下对策，减小或避免水流对闸下游的冲刷。
（一）改建下游两侧翼墙。由于翼墙的扩散角偏大是造成冲刷的主要原因，应对翼墙扩散段拆除重建，将翼墙的扩散角控制在7°－12°以内，使得水流能很快顺利的扩散，避免回流和折冲水流的产生，从而减少对护底的冲刷和破坏。
（二）对消力池和海漫进行彻底的加固改造。由于该闸建成时间长，受当时经济和技术条件的限制，无论是材料质量、施工质量和工艺等都有一定的缺陷，为了提高防冲能力，防止护坦护底受冲刷损坏，应对消力池护坦用高标号钢筋混凝土进行加固；海漫可选用厚度为30－50cm的浆砌块石，其抗冲能力高，浆砌块石内还应设排水孔，以减小渗透压力，其底部需设置反滤层。
（三）科学运用，严格执行闸门启闭操作规程。如何对待闸门的运用管理？这对消能防冲影响很大。当闸孔一次全部迅速开启时，单宽流量很大，下游水位尚未升高，水深较小，闸下会产生严重冲刷。在多孔水闸中，如单独开启一孔或开启少数几孔时，则影响更坏。因此，必须对闸门开启方式作出一定的限制，即将各闸门同步均匀提升，而且必须等待下游水位升高后再逐步开启。一般规定闸门分二次或三次开启，初始开启度为0.5－1.0m。闸门如受到具体条件限制而不能同步开启时，则应分段开启，每次开启0.5－1.0m，依此对称而间隔地增加每个闸门的开启度。如先将中孔开启0.5m，待下游水位升高后再间隔地开启两侧闸孔，依此类推，直至闸门全部开启到预定高度。关闭闸门时顺序相反。
四、结语
水闸消能防冲的好坏直接关系到闸身的安全，因此必须从工程设计开始就得优选消能防冲方案，施工中加强质量控制，运用中加强科学管理，认真执行水闸管理办法，确保工程安全，充分发挥工程效益。
