湯河水庫溢洪道主體結構安全分析

鐘秋娟

（遼寧省湯河水庫管理局，遼寧 遼陽 111000）

1 湯河水庫溢洪道工程簡況

湯河水庫位于遼陽市弓長嶺區湯河鄉境內的湯河干流上，是一座以防洪、供水為主，兼顧灌溉、養魚、發電等綜合利用的大Ⅱ型水利樞紐工程。湯河水庫1969年建成投入運行，1978年進行了加固處理，水庫控制流域面積1 228 km2，總庫容7.23億m3，興利庫容3.7億m3，防洪庫容3.74億m3。

主要樞紐建筑物由大壩、輸水道、溢洪道、水電站4部分組成。溢洪道建于右岸，為開敞式，堰頂高程101.3 m，設兩孔弧形工作閘門控制，每孔凈寬11 m，閘門尺寸11×10.1 m。固定卷揚式啟閉機，啟門力為2×367 500 N。堰前設鋼疊梁檢修閘門1組，尺寸為11×10.4 m，配有2臺5 t電動葫蘆啟閉機，最大泄流量為2 713 m3/s。

溢洪道中墩在保壩加固前厚為1.5 m，1975年海城地震時被震裂，后經化學灌漿，但整體強度已被削弱。1978年保壩加固的時候中墩在加高的同時，兩邊各加厚0.5 m，厚度達到2.5 m。邊墩也在迎水面加厚0.5 m。

2 存在問題

海城地震，溢洪道中墩和邊墩均被震裂，中墩兩側共出現5條豎向裂縫，其中有2對是貫穿裂縫，兩邊墩共出現18條裂縫，震后同年對裂縫進行環氧處理。

1978年進行保壩設計，閘墩迎水面加厚澆筑50 cm厚混凝土，新老混凝土結合質量較差，削弱支座牛腿強度，牛腿剪跨比與抗裂不滿足規范要求。

由于受堰體與老混凝土約束，加固后閘墩又產生很多裂縫，左邊墩3條，右邊墩5條，其中部分為上下貫穿性裂縫。右邊墩距閘門18 m處有1條豎向貫穿裂縫，從右側導流墻頂端穿過牛腿直至護坦，最大縫寬達5 mm。

溢洪道堰體混凝土剝蝕嚴重，最大深度為6 cm，使堰體鋼筋保護層減薄，混凝土缺損嚴重。

控制段的閘墩和堰體為分離式結構，即堰體中間設結構縫，而湯河水庫是位于7°地震區，依據《水工建筑物抗震設計規范》8.2款要求，在地震設防區閘室分縫應設在閘墩上；宜提高邊墩及岸坡的穩定性，防止地震產生河岸變形及附加側向荷載而引起的閘孔變形。目前，左孔在閘門完全關閉的情況下漏水嚴重，據現場檢測分析，是由于邊墩發生變位所致。

溢洪道閘基存在滲流，滲流量15 L/min，在下游陡坎處，滲流量更大。隨著庫水位的升高，滲流量加大。

3 控制段抗滑穩定復核

溢洪道控制段由堰體、邊墩、中墩、墩上交通橋及啟閉機室組成，分為2孔，每孔凈寬11.0 m，堰體、中墩、邊墩均為獨立結構（即邊墩與堰體之間、中墩與左右堰體間均設有結構縫）。

堰頂高程為101.30 m；邊墩為衡重式擋土墻結構，墻底高程96.14 m，墻頂高程118.16 m，墩長24.00 m；中墩為自重式閘墩，墩底高程96.14 m，底寬5.5 m，墩頂高程118.16 m，中墩厚2.5 m，墩長24.00 m；基礎座在強風化巖上，基底面與巖石地基之間的抗滑摩擦系數 f'=0.6，C'=0.2 MPa。

3.1 堰體穩定及應力復核

根據溢洪道結構布置，溢洪道結構分縫設在堰體與閘墩之間，故堰體穩定計算單元取8 m寬堰體作為整體結構進行復核計算，而閘墩也作為獨立的結構進行復核計算。作用在控制段上的荷載分為基本荷載和特殊荷載。

3.1.1 基本荷載

包括：結構自重及其上永久設備重量；正常蓄水位及設計洪水位時的靜水壓力；相應于正常蓄水位及設計洪水位時的揚壓力；相應于正常蓄水位及設計洪水位時的浪壓力；設計洪水位情況下泄流時的動水壓力；淤沙壓力。

3.1.2 特殊荷載

包括：校核洪水位時的靜水壓力；相應于校核洪水位時的揚壓力；相應于校核洪水位時的浪壓力；校核洪水位時的泄流動水壓力。

荷載組合見表1。

表1 堰體的荷載組合表

控制段抗滑穩定及地基應力計算：

式中：ΣG：包括構筑物自重、水重在內的垂直荷載以及基底面上揚壓力的總和，kN；

ΣMy：作用于構筑物各力對構筑物前趾的穩定力矩，kNm；

ΣM0：作用于構筑物各力對構筑物前趾的傾覆力矩，kNm；

B：構筑物順水流方向長度，m；

L：構筑物垂直水流方向長度，m；

A：構筑物基底面面積，m2；

f’：構筑物基面與巖石地基之間的抗剪斷摩擦系數；

C’：構筑物基面與巖石地基之間的抗剪斷黏結力，kPa。

表2 溢洪道堰體穩定計算成果

計算結果表明，在各種工況下控制段的穩定安全系數滿足規范要求；但在檢修期、正常高水位時基底出現拉應力，不滿足規范要求（規范要求在各種荷載組合情況下，地震情況除外，最小垂直正應力σmin大于零）。

3.2 閘墩穩定及應力復核

抗滑穩定驗算公式及閘墩基底應力計算公式同堰體段。

邊墩后土壓力按朗肯公式計算：

表3 閘墩的荷載組合表

式中：φ：回填土內摩擦角。

檢修期，邊墩一側擋土，另一側閘門擋水；中墩一孔開閘放水，另一孔關閉。

計算成果見表4。

表4 邊墩、中墩穩定及應力計算成果

經計算，溢洪道邊墩和中墩在各種荷載組合下，抗滑穩定安全系數滿足規范要求。

在特殊荷載組合下，中墩墩底出現拉應力，不滿足規范要求（規范要求在各種荷載組合情況下，最小垂直正應力σmin大于0，在地震情況下，可允許出現不大于0.1 MPa的拉應力）。

目前，左孔在閘門完全關閉的情況下漏水嚴重，分析是由于邊墩發生變位所致。

通過以上對溢洪道控制段的復核，并結合現場檢測出的閘墩裂縫及變位情況，認為計算的結果與實際裂縫發生的情況吻合。

4 結論與建議

綜上所述，湯河水庫溢洪道的溢流堰在正常高水位及檢修情況均出現基底拉應力，不滿足規范要求；溢洪道的中墩在檢修工況下出現基底拉應力，不滿足規范要求。湯河水庫溢洪道工程運行存在重大安全隱患，建議對湯河水庫溢洪道盡快采取工程加固處理。