渾河攔河閘除險加固閘首段結構分析

劉越

（遼寧省水利勘測設計研究院，遼寧 沈陽 110006）

1 工程概況

渾河攔河閘共22孔，堰型為寬頂堰，單孔高8.2 m、寬10 m，閘底板高程31.5 m，閘總寬255.07 m。各孔均設有弧形鋼閘門及固定卷揚式啟閉機，閘門高4 m，寬10.0 m。根據工程等別、建筑物級別及洪水標準，渾河閘樞紐工程等別應為Ⅰ等，主要水工建筑物為1級，設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為300年一遇，并能通過500年一遇超標準洪水。

2 渾河攔河閘穩定分析

2.1 基本條件

攔河閘閘首段坐落在砂礫石基礎上，根據地質勘探資料，其基礎的物理力學指標為：內摩擦角φ值取33°、C值取0；混凝土與基礎砂礫石之間摩擦系數f取0.40；地基允許承載力為360 kPa。混凝土容重rc為偏于安全，按2.40 t/m3計取、水的容重rW按1.00 t/m3計取。每孔單扇閘門重量7.7 t，啟閉力為2×50 kN。根據2001年《中國地震動參數區劃圖》，樞紐區地震基本烈度為7度。

渾河攔河閘為1級建筑物，土基上沿閘室基底面抗滑穩定安全系數的允許值：基本荷載組合時K=1.35；特殊荷載組合時K=1.20；考慮地震情況K=1.10。

2.2 設計工況及力學指標選用

1）計算工況

a）完建期。工程完成后尚未擋水運行，上下游均無水，此時僅兩側邊墩承受側向土壓力，沒有整體穩定問題。

b）正常擋水位。完建后正常運行，最不利工況為閘上游水位達到正常擋水為36.00 m，下游河道水位與河床持平，上游來水全部被渾沙、渾蒲兩閘引走，穩定分析閘后計算水位為一級消力池水位。

Supplementary information is available for this paper at https://doi.org/10.29026/oea.2018.170001

c）正常擋水位的運行工況遭遇地震，考慮水平地震力的不利條件。

d）在遭遇設計和校核水時，閘門全部開啟泄流，而此時上下游水位差別遠小于正常擋水運行工況，不為穩定分析中的控制工況。

綜上，整體穩定分析計算中僅需對a）、b）兩種工況進行計算。

2）計算單元

根據攔河閘整體結構布置，每兩孔設一結構分縫，穩定分析中以二孔作為一計算單元。

3）力學指標選取

根據底板的結構設計斷面圖，閘底板順河道方向的首、末端設有深1.0 m深的齒槽，當閘體擋水受力后滑動面為兩種情況：由于齒槽的作用，滑動面為上、下游齒底的連線，此時的力學指標應取為內摩擦角φ值為33°；齒槽剪斷，底板與基礎之間為滑動面，此時穩定分析用力學指標應為混凝土與基礎砂礫石之間摩擦系數，但應考慮齒槽的抗剪作用。

在實際穩定分析計算中，為偏于安全考慮，忽略了齒槽的抗剪作用，簡化為沿底板與基礎間滑動，但其結果隱含有較大的安全儲備。攔河閘在不利的各個工況下均能滿足抗滑穩定要求，計算結果見表1。

表1 攔河閘抗滑穩定安全系數

3 閘室基底應力計算

除穩定分析中的各種工況外，基底應力計算應考慮閘門動水開啟的工況，即在正常擋水時，上游遭遇強降水或下游河道急需用水時閘門開啟放流，此時垂直荷載增加有啟閉力，亦應考慮該部分荷載產生的附加應力。

按有關規范要求，在各種計算情況下，土基上的閘室平均基底應力不大于地基允許承載力，最大基底應力不大于地基允許承載力的1.2倍。閘室基底應力計算結果見表2。

表2 攔河閘閘室基底應力計算成果表

根據表2計算成果，在各種工況下基礎承載力均滿足規范要求。

4 閘墩應力分析

計算中選取的計算單元與穩定分析一致，計算兩類單元：帶有邊墩的單元；帶有縫墩的單元。閘墩結構尺寸：孔口凈寬9.6 m、邊墩厚1.4 m、縫墩厚1.2 m、中墩寬1.8 m、墩長19.7 m、墩高8.64 m。

閘墩的主要荷載是結構自重（包括上部結構的重量）、水推力、土壓力、啟閉力及地震慣性力。

分析計算工況為：正常擋水位（36.0 m）閘門全關；正常擋水位（36.0 m）時閘門開啟;正常蓄水位（36.0 m）+地震閘門全關；一孔檢修（檢修期水位為32.0 m），另一側邊墩擋土。

閘墩應力分析計算結果見表3。

表3 攔河閘閘墩應力計算成果表 t/m2

根據表3計算結果，邊墩在檢修期時墩底面有拉應力產生，需按計算配置鋼筋，其余閘墩墩底面均未出現拉應力，但需按構造配置鋼筋。

5 滲透穩定計算

根據《水閘設計規范》附錄C中改進阻力系數法計算水閘水平段和出口段滲透坡降。由于滲透坡降的計算主要與上下游水位差有關，而在校核水位和設計水位時，上、下游水位差遠小于正常擋水的工況，因此，滲穩分析計算的不利工況為正常擋水位工況。

土基上水閘的地基有效深度選用判斷計算公式為：

式中：Te——土基上水閘的地基有效深度，m；L0——地下輪廓的水平投影長度，m；S0——地下輪廓的垂直投影長度，m。

當計算的Te值大于地基實際深度時，Te值應按地基實際深度采用；Te值小于或等于地基實際深度時，采用計算值。該結構L0=19.5 m，S0=2.5 m，L0/S0為7.8，遠小于實際覆蓋層厚度，應按0.5倍的L0計取，為9.75 m。

滲透穩定分析計算結果見表4。

表4 攔河閘滲透穩定計算成果表

經計算閘基出口及水平段滲透坡降均滿足規范要求。

6 結語

1）攔河閘在各種工況下整體穩定均滿足規范要求，且有較大的安全余度。

2）攔河閘在各種工況下基礎承載力均滿足規范要求。

3）邊墩在檢修期時墩底面有拉應力產生，需按計算配配置鋼筋，其余工況閘墩墩底面均未出現拉應力，僅需按構造配置鋼筋。

4）閘基出口及水平段滲透坡降均滿足規范要求。