蘇家吉水閘除險加固設計方案探討

姚久經

（常德市鼎城區沖柳排水工程管理處，湖南常德415000）

蘇家吉水閘除險加固設計方案探討

姚久經

（常德市鼎城區沖柳排水工程管理處，湖南常德415000）

本文就蘇家吉水閘存在的安全隱患進行核定、評價，并根據規范要求及實際情況，對蘇家吉水閘除險加固方案進行探討。以期對同等類型的水閘除險加固工程有所幫助。

水閘；除險加固；設計方案；安全系數

1 工程概況

蘇家吉水閘位于湖南常德鼎城沅水尾閭，處于沅水下游沅澧垸的一線防洪堤上，是沖柳撇洪河入沅水的總出口。蘇家吉水閘是一座以排水為主，結合防洪、抗旱、灌溉等綜合效益的大型水利工程。閘址距常德市32km。蘇家吉水閘的具體任務包括排水、防洪和灌溉。控制集雨面積560.3km2，受益單位有武陵、鼎城兩區的24個鄉鎮及洞庭、賀家山、萬金障等農場。

2 水閘存在的安全隱患及分析

根據《蘇家吉水閘安全鑒定報告書》的結論，該水閘安全鑒定類別為Ⅲ類，并提出如下維修加固建議：

（1）水閘抗滑穩定不滿足規范要求，嚴重危及水閘的安全，必須進行加固處理；

（2）上游護坦大面積沖毀，需做加固處理；

（3）胸墻結構強度不滿足要求，外河刺墻抗彎和抗裂不滿足要求，需做加固處理；

（4）內湖混凝土刺墻及混凝土矮導墻碳化深度較大，需做加固處理；

（5）水閘各主要混凝土構件不同程度的出現裂縫、混凝土剝落、漏筋等現象，需做加固處理；

（6）閘門銹蝕深度達50%，在高水位運行中，安全系數偏低，需更換；

（7）電氣設備容量偏小，不能滿足水閘在高水位下運行要求，需更換；

（8）必須完善觀測設施。

2.1 原閘室抗滑穩定復核計算

2.1.1 閘室抗滑穩定計算公式：

式中：KC—沿閘室基底面的抗滑穩定安全系數；f—閘室基底面與地基之間的摩擦系數，f取0.25；φ0—閘室基礎底面與土質地基之間的摩擦角（°），φ取13°；C0—閘室基礎底面與土質地基之間的粘聚力（K pa），C0=0.25C，C取22.5K pa；A—閘室基底面的面積（m2）；ΣG—作用于閘室上的全部豎向荷載（K N）；ΣH—作用于閘室上的全部水平向荷載（K N）。

2.1.2 設計工況

該水閘外河設計水位為33.25m，外河設計洪水位（P=3.33%）為39.96m，外河校核洪水位（P =1%）為41.09m，本次復核計算采用的工況見表1。

表1 各計算工況上下游水位值表

2.1.3 抗滑穩定復核計算結果及分析

閘室抗滑穩定安全系數計算結果見表2。

2.2 原閘室底板強度復核計算

原閘室底板厚度1.5m，單孔閘室底板平面尺寸19m×11.8m（長×寬），閘室底板垂直水流方向布置的受力鋼筋為Φ25@300，單位寬度A s =1636.0m m2。

復核工況（即設計洪水情況下）閘室底板強度。結合前面穩定復核成果，經計算工況一下其底板單位寬度內受地基最大反力q=82.5K N/m，經計算底板單位寬度內最大彎矩為M=697.0K N·m，經配筋計算底板單位寬度內A s=1987.0m m2。計算成果如表3示：

表3 閘室底板配筋對比表

由計算結果可知原閘室底板所配受力鋼筋面積不滿足現工況要求，因此閘室底板結構強度不足，存在巨大安全隱患，需及時進行加固處理。

2.3 對水閘安全隱患的分析

從抗滑穩定計算可知，閘室抗滑穩定不滿足規范要求，且主要表現為閘室自身穩定安全系數小于1.0。從表2計算成果可知，閘室最小抗滑安全系數為0.84，因此在現水情條件下整個閘室穩定不滿足相關規范要求，存在極大的安全隱患。

該水閘的除險加固若僅考慮提高閘室自身的抗滑安全系數，可采用單純加重閘室方案和在閘底內河側設防滑槽并在外河側設阻滑拖板方案，但是解決不了閘室底板結構強度不足問題，因此建議對原閘室進行拆除，在原址上重建水閘。

3 除險加固方案的設計

3.1 方案的設計原則

此次蘇家吉水閘除險加固方案的制定，應結合《蘇家吉水閘安全鑒定報告》的鑒定結論及水閘實際情況，并充分考慮各方面的因素。不僅要考慮解決當下的險情，還要結合現在的水情、險情及整個沅澧大圈的防汛需要，與沅澧垸一線防洪堤統一規劃、布置，將水閘發現的險情和問題及時、全面的解決，為當地的社會、經濟發展保駕護航。

3.2 方案的設計標準

根據《防洪標準》（G B 50201-94）、《水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000）以及《水閘設計規范》（SL 265-2001）的規定，位于防洪堤上的建筑物等級標準不應低于堤防等級。蘇家吉水閘所在堤防為2級堤防，因此確定蘇家吉水閘的工程等別為Ⅱ等，建筑物級別為2級。

此次的水閘除險加固工程屬I I等工程，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，根據《水閘設計規范》（SL 265-2001），本工程導流建筑物的級別為4級，其洪水標準為10～20年一遇，考慮到本工程特點，施工導流采用10年一遇洪水標準。

水閘排澇設計標準：內河排澇設計洪水標準為10年一遇（洪峰流量958m3/s），校核洪水標準為20年一遇（洪峰流量1258m3/s）；原水閘設計排水流量987m3/s，原校核排水流量1240m3/s。

表2 閘室抗滑穩定安全系數計算成果表

水閘防洪設計標準：主要防御外河洪水，其設計洪水標準為30年一遇（水位39.96m），校核洪水標準為100年一遇（水位41.09m）。

水閘灌溉設計標準：主要為區域內67.5萬畝農田提供灌溉用水，最大灌溉引水流量為67.5m3/s。

3.3 除險加固方案

按照以上的制定原則，此次對蘇家吉水閘的除險加固方案制定如下：

（1）拆除原水閘閘室，將水閘閘室長度由19m加長至21m，水閘底板高程仍然為28.0m，因閘室兩端堤頂高程為42.50m，考慮到穿堤建筑物需在堤頂高程上加0.5m安全超高，因此閘墩頂高程為43.00m（外河側）、41.10m（內河側）。

（2）水閘閘室初擬采用5孔或6孔，閘室凈寬10.0m或9.0m。

（3）在閘室內河側閘墩頂（41.10m）布置凈寬7.0m交通橋一座。

（4）為便于檢修、維護并結合閘上交通橋的布置，將防洪門由弧形鋼閘門改為平面鋼閘門，防洪門由固定卷揚式啟閉機啟閉，閘門檢修在43.0m的檢修平臺進行，且檢修期一般安排在枯水期內河水外排時。

（5）在閘墩頂（43.00m）布置鋼閘門啟閉機排架和巡視平臺。

（6）為增加閘室的穩定性，在閘室中部布置1.5m厚擋水胸墻。

（7）根據新閘室布置情況，并為結合水閘相關功能的需要，重新布置水閘站址范圍內的相關附屬建筑物，初擬將水閘管理站房布置到水閘內河左岸填筑平臺上。

4 結論

對于類似水利工程，在對水閘除險加固方案的設計中，必須充分考慮各方面的影響因素，才能最終制定出最為合理的設計方案。才能保障其安全穩定的運行。

［1］G B 50201-94.防洪標準［S］.

［2］SL 265-2001.水閘設計規范［S］.

［3］尹如飛.關于明秀水閘除險加固工程初步設計的探討［J］.沿海企業與科技，2011（06）：91-93.

［4］試驗場水庫大壩除險加固技術措施探究［J］.水利建設與管理，2013（06）：55-58.

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A

1672-2469（2015）06-0097-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.06.033

姚久經（1972年—），男，工程師。