水利工程水閘除險加固設計分析

楊安泉

（湖北省隨州市水利水電規劃勘測設計院 湖北隨州 441300）

水利工程水閘除險加固設計分析

楊安泉

（湖北省隨州市水利水電規劃勘測設計院 湖北隨州 441300）

近年來，隨著我國經濟的飛速發展，我國開展了大量水利工程項目。水利工程中水庫除險加固設計是保證水利設置安全的關鍵。水利工程的核心就是水閘，它對水利工程功能的成功實現有著直接影響。鑒于這種原因，本文將用某一水利工程的水閘除險加固過程為示范，盡可能詳細的描述水利工程水閘的除險加固設計及過程分析。

水利工程；水閘；除險加固

1 引言

水閘是水庫大壩運行環節的“咽喉”，其在整個水利工程中的重要性不言而喻。在水庫水閘的工作過程中，如果“咽喉”水閘受損，將會特別容易使水庫各處產生危險，不但會造成嚴重的社會經濟損失，而且會給人民帶來很多消極的影響。所以，施工過程中要認真參照項目的施工環境和周圍的水文條件，把水利工程的除險加固設計做好，完善水閘設計，以保證工程的安全性和收益性。

2 水利工程相關介紹以及除險加固的必要性

水庫運行至除險加固前，淤積嚴重，基礎滲漏及壩體填筑質量差，已存在嚴重隱患，影響安全運行，嚴重制約著當地的經濟發展。①是灌區經濟發展和社會穩定的需要。有舉足輕重的地位，水庫帶病運行無法滿足下游灌區的用水要求，給當地農業發展產生了一定阻礙作用。根據大壩安全鑒定，對該水庫進行除險加固恢復庫容是當務之急。②加固水庫是防洪的需要。水庫是一座攔河水庫，下游主要防洪對象是政府所在地，公路及周邊農田、林地。水庫的安全關系到下游灌區人民財產和生命，所以從防洪角度來看，必須加固水庫。③加固水庫是發展的需要。加固水庫是充分發揮現有骨干水利工程效益，保證灌區可持續發展的需要。

3 工程概況

3.1 工程實況

水閘的主要工程任務是：灌溉農田410hm2，給1.5萬人和1.1萬人提供日常用水和用來支持1000hm2土地的防洪。由此看來，水閘的任務主要是供水與農業灌溉，但同時又承擔了部分防洪任務。因此，可分析該水閘是一座中型Ⅲ類水閘。在該水閘工作幾年后，為確保其能繼續無危險工作，當地水利勘察設計院所組織了專家組對其實施了全方位的檢測和類別鑒定，鑒定結果表示該水閘為三類閘，屬于病險水閘。鑒定報告主要總結為以下幾方面：①工程的設計要求為20a一遇洪水，但按照該要求校核，發現該水閘的過流能力欠缺，水閘頂部高度也不符合相關的設計要求規范。同時，水閘左岸防護堤壩的頂部高度偏小，不符合相關要求。②經過重新檢查發現，閘基抗滲性能穩定、閘室抗滑能力過關、地基應力等均滿足相關工程要求。但左岸的實用堰出現了部分掏空的現象，下游堰面也出現了不正常冒水現象，而且局部滲透穩定性能也不滿足具體工程規范。③經過重新檢查發現，該水閘消力池的池底部位被掏空，池深與池長都不符合相關工程規范。水閘防沖能力也不符合規范，而且護坦、海漫等水毀問題突出。④翻版閘門葉混凝土老化，破損，支鉸銹蝕，啟停控制不靈。泄洪閘和進水閘的鋼閘門銹蝕嚴重，閘門槽也出現變形，啟閉機和螺桿銹蝕，啟閉困難。工程電氣線路老化嚴重，并且沒有備用電源，供電安全得不到保障。⑤水利水閘工程管理機房和通訊設備簡陋。防汛的公路損毀嚴重，幾乎不能通行。鑒定結果認為此處存在許多安全隱患，應立即實行加固工程。

3.2 水文地質條件

考察完該水利工程水閘的具體情況后，參照這一水閘的頻率設計流量和水閘下游斷面水位流量間的關系，進行了相關計算，總結得到了該水閘的特征水位與流量成果的數據，具體見表1。該水利工程地域所屬地貌主要為山地和丘陵態，它的地震基本烈度達Ⅵ度，地域穩定性較好。并且，該水閘目前的閘址填土由第四系黏土填筑完成，下伏基巖為弱風化灰巖，物理性質較好。地基承載力達到了水閘的荷載要求，幾乎不會出現變形及抗滑穩定問題和繞壩滲漏問題。但是，灰巖為可沖刷巖，存在沖刷破壞問題，需完善該地下游消防沖設施。地下水均屬HCO3-Ca-Mg型，其對混凝土沒有腐蝕性。

表1 水閘特征水位和流量成果

4 水閘除險加固設計

4.1 總體設計

該水閘的洪水設計標準為20a一遇，但實際校核洪水標準為50a一遇。根據查找發現，該水閘的攔河閘、灌溉閘、實用堰的軸線各自不統一，這一問題使水閘的泄洪能力下降，同時該水閘的布局在總體來看也有許多不合適的地方。因此，為了增強該水閘的泄洪能力，并且保證它的灌溉閘可以繼續使用，不僅需要移址修建新的攔河閘和灌溉閘，而且需要修改水工布局。不僅要在新的攔河閘后設置人行橋，而且還要使其軸線處與于舊的實用堰段延長線上。在樞紐工程重新完固之后，從左岸到右岸，依次分布的是原實用堰段、新建3孔攔河閘段、新建實用堰段和新建1孔灌溉閘段。

并且，還應該順著水流的方向，在水閘中設計鋪蓋、實用堰攔河閘、灌溉閘、消力池斜坡段和消力池水平段以及海漫等。同時還需要放置長10.0m的鋼筋混凝土在水閘上部，設置鋪蓋頂部高程為22.00m，然后開挖至巖基面，此時鋪蓋厚度為0.60m。該水閘工程河床基巖是灰巖，因為灰巖具有良好的巖性，所以可在新建設的消力池與海漫段處直接開挖至基巖面，然后把它當做消力池底板再施工。

除此之外，在水閘工程中，消力池斜坡段坡度為1：5，消力池長度共計為22.30m。考慮到原實用堰段下游基巖面高程為11.20m，所以把消力池水平段長度設計為16.30m，斜坡段水平投影長度設計為6.20m，消力池深度設計為0.30m。新建實用堰段下游基巖面高程20.30m，設計消力池水平段長度為17.50m，斜坡段水平投影長度為5.30m。攔河閘段下游基巖面高程為19.70m，消力池水平段設計長度為14.10m，斜坡段水平投影長度9.30m，池深1.20m。消力池下游增設長度達12.00m的海漫，海漫基巖面高程為20.40m。

4.2 實用堰加固設計

根據這水閘除險加固設計的總體計劃，留下了原來實用堰段的局部堰體，這樣使實用堰段的寬度達到60.30m，里面包括原實用堰段寬度為33.00m，和新修建的實用堰段寬度為27.30m。另外，還需每間隔12.00m設置一永久縫，使堰頂高程達到23.60m，水閘上游堰面為垂直段，實際高程2.50m，上游堰頂為半徑R=1.40m的圓弧段，其中心角為90°下游堰面為半徑R=5.30m，其中心角為35°的圓弧段，通過半徑R=9.80m，中心角為25°的反弧段與消力池相連，順水流向總長8.60m。在實用堰段后面設置人行橋，使橋高為28.00m。

將原實用堰保留段的堰體面去除45.00cm厚后，需要用漿砌石對內部進行水泥充填灌漿處理，灌漿孔距、排距2.30m，梅花形布局，注漿孔入巖1.20m。此項工作完成后，再下入錨桿，之后開始封孔。除此之外，還要設計合適的錨桿和鋪設鋼筋網，而且還要澆筑C30抗沖磨混凝土。應該可以使用M10的漿砌石填筑新建實用堰段堰體，但是對厚度達45cm堰表面，必須采用C30抗沖磨混凝土澆筑才行。混凝土澆筑過程中前場和后場均須布置管理人員隨時指揮協調。

4.3 攔河閘和灌溉閘加固設計

新修筑攔河閘段閘底板高程20.60m，這時的閘孔數達3孔，閘孔的寬度都為6.30m，中墩與邊墩厚度分別是1.20m、0.80m，閘室總寬度為22.50m，順水流向長度8.30m，閘頂高程26.50m。與此同時，新建灌溉閘段閘底板高程達23.10m，閘孔數為1孔，閘孔凈寬度為1.80m，閘室底板厚2.90m，這時應該使用分層澆筑工藝實施，邊墩厚度為厚0.90m，閘室總寬度3.20m，順水流向長度8.30m，閘頂高程26.50m，正常蓄水位23.90m，下游正常水位23.78m。由于水位差相對不大，因此不需要在灌溉閘的下游處進行消力池的布設，但仍然要順接0.40m厚底板的矩形灌溉渠。除此，閘門都使用平板鋼閘門、固定卷揚式啟閉機。在閘頂上部布置人行橋，橋面高程26.50m。

4.4 泄水閘加固設計

泄水閘及船閘上閘首和泄水室的設計是大概相同的。水閘閘室是開敞式的水閘設計，共5孔，每空凈寬2.30m，中敦厚2.30m，邊敦厚1.70m，閘室總寬度23.50m，閘室基礎高程24.20m。閘室堰體采用有坎寬頂堰，工作閘門才用平板鋼閘門垂直起吊（門頂允許過水方式），檢修閘門槽采用門機起吊方式。閘室下游連接設計主要有：斜坡連接段，消力池，海漫以及兩岸處理建筑物。

5 結語

由上文可知，在操作水庫除險加固過程中，水閘設計受各方影響較廣，又因為各部分聯系不大，所以在實施水閘設計時，一定要認真按照水庫工程施工規范操作，做好底板等部位的工作。同時也要綜合國內外水庫防險加固設計實例的經驗技術，逐漸修正自身不足，在品質上保證水庫除險加固的安全性與效益性。

[1]李娜，何鮮峰，張斌，等.水閘除險加固管理工作信息管理系統的設計[J].人民黃河，2015，32（4）：93～94.

[2]張李蘇.工程圖紙掃描輸入及矢量化在水利工程設計中的應用[J].江西水利科技，2015：155～157.

[3]鄒立博，叢博.五道河子水閘除險加固工程水土保持措施設計研究[J].水土保持應用技術，2015（4）：29～30.

TV66

A

1004-7344（2016）29-0148-02

2016-9-24

楊安泉（1982-），男，工程師，本科，主要從事水利水電設計工作。