病險(xiǎn)水閘加固工程設(shè)計(jì)

【摘 要】 水閘在排澇、防洪方面扮演著極為重要的角色，對(duì)于存在安全隱患的水閘，必須及時(shí)進(jìn)行加固處理，以確保水閘的安全運(yùn)行。本文結(jié)合水閘工程實(shí)例，對(duì)水閘存在的險(xiǎn)情進(jìn)行了分析，并結(jié)合水閘存在的安全隱患制定了加固設(shè)計(jì)方案，保證了水閘的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】 險(xiǎn)情；原因分析；加固；設(shè)計(jì)方案

水閘是水利工程的重要組成部分，在防洪、防潮、排澇等方面發(fā)揮著重要作用。但許多水閘由于設(shè)計(jì)、使用和管理方面的不足，加上使用年限比較長，使得水閘的安全隱患逐漸暴露出來。水閘一旦出現(xiàn)大的險(xiǎn)情，直接影響到區(qū)域內(nèi)的人民的生產(chǎn)和生活，其可能造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響之大，是難于用數(shù)字估量的。為了確保水閘的運(yùn)行安全，發(fā)揮其正常的作用，需要盡快對(duì)病險(xiǎn)水閘進(jìn)行加固處理。

1 工程概況

某水閘上流河段屬于山區(qū)河流，洪水來勢(shì)兇猛，水閘完工以來三級(jí)消力池和護(hù)坦多次被洪水沖出深坑。1997年，為了防止洪水沖壞三級(jí)消力池和護(hù)坦，對(duì)三級(jí)消力池和護(hù)坦加了120mm厚的鋼筋混凝土護(hù)面，護(hù)面分縫為15m×15m，但1998年洪水過后發(fā)現(xiàn)：三級(jí)消力池和護(hù)坦的部分護(hù)面被掀翻，有的則被頂成拱形，護(hù)面下原有的漿砌石則被沖走，使三級(jí)消力池和護(hù)坦出現(xiàn)了一個(gè)個(gè)的深坑，其中最深的坑達(dá)1.5m，嚴(yán)重威脅著該水閘的正常運(yùn)行，需要及時(shí)加固處理。

2 險(xiǎn)情原因分析

（1）水閘的基礎(chǔ)為粗砂基礎(chǔ)，閘基的滲透系數(shù)大，平時(shí)關(guān)閘蓄水工況下，下游的滲透水流很大，實(shí)測(cè)得1.02m3/s；這也說明水閘基礎(chǔ)底板所受的揚(yáng)壓力很大（滿蓄時(shí)上下游水位差達(dá)到最大，差為3.5m）。

（2）該水閘采用自動(dòng)翻板閘門擋水，閘門啟動(dòng)泄水時(shí)，水流的流速很大。

（3）由于歷史原因，現(xiàn)水閘從二級(jí)消力池到護(hù)坦末端河床底高程是逐漸降低的，高程差有1.3m，而護(hù)坦末端與天然河床又有一個(gè)垂直跌水，跌水高約為1.2m。這使得洪水過閘后發(fā)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，增加了過閘洪水的沖刷力。

綜合以上的因素，得出水閘護(hù)坦被掀起的主要原因是洪水到達(dá)閘門即將啟動(dòng)時(shí)上下游水位差最大，此時(shí)閘基底所受的揚(yáng)壓力也達(dá)到最大，當(dāng)閘門啟動(dòng)洪水沖下來時(shí)，底板在揚(yáng)壓力和洪水共同作用下，一頂一沖就造成了面板被掀翻或變形，然后原有的漿砌石就被洪水掏出沖到下游。

3 加固設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）按二十年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，按百年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。

（2）根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）附錄B，消力池深度可按公式（B.1.1-1～B.1.1-4）計(jì)算。

（3）消力池長度計(jì)算

消力池深按下列公式計(jì)算：

lj=6.9（h〞c-hc） （B.1.2-2）

Lsj=Ls+BLj （B.1.2-1）

式中：Lsj-消力池長度；Ls-水躍長度；B-水躍長度校正系數(shù)，取0.75。

（4）消力池底板厚度計(jì)算

消力池底板抗沖按下式計(jì)算：

式中：t-消力池底板始端厚度，m；

-閘孔泄水時(shí)的上、下游水位差，m；

k1-消力池底板計(jì)算系數(shù)，取0.16。

水閘開閘泄水后，上下游水位差較小，底板所受的浮力沒有滿蓄時(shí)大，消力池可不作抗浮計(jì)算。

（5）海漫長度計(jì)算

（B.2.1）

式中：Lp-海漫長度，m；

qs-消力池末端單寬流量，m3/s；

Ks-海漫長度計(jì)算系數(shù)按壤土取Ks=9。

（6）三級(jí)消力池消能防沖計(jì)算成果（見表1）。

求得海漫長度為25.83m，消力池長度10.74m。按計(jì)算的消力池長加上海漫長為36.57m，小于現(xiàn)狀的水陂消力池總長61.75m，所以無需要再加長。

3.2 加固設(shè)計(jì)方案

考慮到全面開挖原消力池和護(hù)坦的工程量巨大，也不經(jīng)濟(jì)，閘基底的滲水流量太大，采用合理的護(hù)底措施即可降低工程造價(jià)，也容易施工，因此本工程采用了柔性加固設(shè)計(jì)方案。本次加固的三級(jí)消力池長13.95m，護(hù)坦加固的長度為15m；消力池和護(hù)坦都采用分塊C20砼護(hù)底設(shè)計(jì)方案，分塊砼的長為2m，寬為1.5m，厚度為250mm（底為原有的400厚漿砌石），塊與塊之間設(shè)50mm的分縫，縫底面設(shè)土工反濾膜，縫隙間回填碎石，并擠壓實(shí)；消力池和護(hù)坦橫向每隔4.05m（即每2塊砼板）設(shè)一排寬為400mm，厚為250mm的無砂砼橫向排水體。縱向每隔7.5m（即每5塊砼板）在護(hù)板底設(shè)一道1m寬的縱向排水盲溝，此排水盲溝順?biāo)鞣较蛑蓖ǖ较掠巍Ｒ妶D1。

為了消除下游發(fā)生的遠(yuǎn)驅(qū)水躍，本次設(shè)計(jì)在三級(jí)消力池的末端增設(shè)了一道600mm高的消力坎，從而抬高水位，使下游發(fā)生的淹沒水躍，減少水流的沖刷力。加固的平面、剖面圖見圖2。

4 泄洪閘加固設(shè)計(jì)

泄洪閘采用開敞式有坎寬頂堰水閘布置，堰頂高程25.0m，共5孔，每孔凈寬6.0m，中墩厚1.3m，邊墩厚1.0m，閘室垂直方向長度37.20m，順?biāo)鞣较蜷L度9.0m，閘室基礎(chǔ)高程24.0m，閘頂高程31.00m。工作閘門采用平板鋼閘門垂直啟閉，三孔閘門頂高程29.10m，兩孔閘門頂高程28.60m，啟閉機(jī)排架頂高程36.70m，啟閉機(jī)房建筑面積177m2。交通橋布置在工作閘門下游側(cè)，橋面高程31.00m，考慮到兩岸交通要求，橋面寬采用4.0m。

在水閘上游處設(shè)置混凝土鋪蓋，混凝土鋪蓋頂高程為24.50m，順?biāo)鞣较蜷L15.0m，底板厚0.4m。水閘進(jìn)口處右側(cè)設(shè)置混凝土導(dǎo)墻，導(dǎo)墻總長24.60m，左側(cè)設(shè)置混凝土導(dǎo)墻，導(dǎo)墻總長50m。兩側(cè)導(dǎo)墻采用均重力式擋墻，墻頂高程為29.60m；墻頂寬0.5m，邊坡為1：0.5，墻底高程為24.0m。

閘室下游連接段主要布置有：斜坡段、消力池、海漫以及排水渠。閘室與消力池之間的連接段底板邊坡為1：4，長3.2m，閘室底板高程25.00m，消力池底板高程24.20m。消力池底板水平段長10.80m，底板厚度0.7m，池深0.80m，坎頂高程為25.0m。消力池左右邊墻均采用混凝土重力式擋墻，墻頂高程為29.60m。排水渠進(jìn)口消力池后采用格賓護(hù)墊、干砌塊石海漫護(hù)底，長45m，海漫后設(shè)置深2m的防沖槽，邊兩側(cè)邊坡均為2m，長7.6m。

5 土壩加固設(shè)計(jì)

原泄洪閘左側(cè)的土壩段嚴(yán)重塌陷，坡腳淘空，下游包頭漿砌石護(hù)坡嚴(yán)重倒塌；右側(cè)土壩段坡面嚴(yán)重塌陷，坡腳淘空，最右側(cè)壩段曾3次決口。

本次設(shè)計(jì)中，原泄洪閘左側(cè)土壩處全部到交通橋相同高程31.00m，成為上閘道路。所以，本次設(shè)計(jì)土壩位于新建泄洪閘右側(cè)，土壩右側(cè)與原右岸灌溉渠的右岸田地相接。填平原右岸灌溉渠形成的沖溝，根據(jù)現(xiàn)狀地形的要求，土壩上游段填筑高程位29.00m.，下游段的填筑高程為29.60m。

土壩為均質(zhì)黏土壩，沿壩軸線方向，壩段長度為53.2m。土壩壩頂高程為31.00m，寬為4m的混凝土壩頂路。上游壩坡均為1：3采用混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，先拆除現(xiàn)狀護(hù)坡塊石表層，整平壩坡，然后鋪填10cm厚砂卵石墊層，再于墊層表面鋪設(shè)C15混凝土預(yù)制塊，板厚取10cm。下游壩坡均為1：2.5；下游采用草皮護(hù)坡，根據(jù)需要設(shè)置貼坡排水，底腳設(shè)1.0m寬排水溝。

6 結(jié)語

該水閘工程施工完成后，已經(jīng)經(jīng)受住了多次洪水的考驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的仔細(xì)檢查：沒有發(fā)現(xiàn)消力池及護(hù)坦的護(hù)底砼板有損壞或變形，排水盲溝導(dǎo)滲亦正常，水閘險(xiǎn)情得到了排除。這說明加固設(shè)計(jì)方案符合水閘發(fā)展的需要，取得了明顯的效果，水閘的安全運(yùn)行有了保證。

參考文獻(xiàn)

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