山東臨沂湯河大閘工程滲流安全分析

常倩倩，黃 松

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013）

0 前言

湯河大閘位于臨沂市河?xùn)|區(qū)何家灣村西湯河干流樁號(hào)10+500 處，閘上流域面積365.4 km2，屬淮河流域沭河水系。工程于1989 年建成，主要任務(wù)是攔蓄閘上來(lái)水補(bǔ)充石拉淵灌區(qū)灌溉用水和改善水生態(tài)環(huán)境。工程主要由湯河大閘、灌溉引水閘、灌溉干渠、管理設(shè)施等組成，但由于受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等多方面的制約，工程出現(xiàn)了很多問(wèn)題。

1）門銹蝕損壞嚴(yán)重

湯河大閘鋼閘門嚴(yán)重變形、銹蝕，嚴(yán)重?fù)p壞，閘門止水橡皮老化嚴(yán)重，多處變形，部分已脫落，且部分閘槽脫落，起不到止水作用，閘門漏水嚴(yán)重。閘門后兩滑輪輪面不在同一鉛垂面上，起吊時(shí)閘門晃動(dòng)。閘門啟閉不靈活，直接影響安全泄洪。工程及河道防洪安全與蓄水灌溉均沒有保證。湯河大閘閘前沒有設(shè)檢修閘門，不利于管理。

2）啟閉機(jī)老化、啟閉不靈活

湯河大閘啟閉設(shè)備運(yùn)行已二十多年，部分機(jī)件銹蝕嚴(yán)重，啟閉不靈活，大滾輪不轉(zhuǎn)，鋼絲繩左右長(zhǎng)度不等，四號(hào)閘、六號(hào)閘、七號(hào)閘剎車不靈敏，四號(hào)閘落下漏水嚴(yán)重伴有振動(dòng)。

本文基于湯河大閘的實(shí)際情況對(duì)其滲流安全進(jìn)行分析。

1 大閘概況

湯河大閘設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇，相應(yīng)洪峰流量1184 m3/s，50 年一遇洪水校核。大閘全長(zhǎng)113.2 m，共10 孔，每孔凈寬10 m，閘門為10 m×5.4 m平面鋼閘門，配QPQ2×16 t卷?yè)P(yáng)機(jī)10 臺(tái)。

閘室為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩孔一聯(lián)。閘底板為齒墻平底板結(jié)構(gòu)，厚1.5 m，垂水流向長(zhǎng)23 m，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)14.5 m，底板頂高程63.2 m。中墩厚1.2 m，縫墩厚0.9 m，邊墩頂部厚1.2 m，根部厚2.5 m。

閘室上游設(shè)鋼筋混凝土鋪蓋，長(zhǎng)18.0 m，鋪蓋下設(shè)防滲板墻與巖石相接，深8.375 m。閘下設(shè)兩級(jí)平底消力坎，共長(zhǎng)26.0 m。

工程等別應(yīng)為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型，考慮到該閘的主要任務(wù)是攔蓄閘上來(lái)水補(bǔ)充石拉淵灌區(qū)灌溉用水和改善水生態(tài)環(huán)境，水閘的建筑物級(jí)別宜與堤防級(jí)別相適應(yīng)，按現(xiàn)狀3 級(jí)建筑物考慮。

2 水文條件

2.1 流域概況

湯河大閘位于沭河支流湯河上，湯河入沭河口以上約10 km處，控制流域面積365.4 km2。湯河位于沂沭河之間，發(fā)源于沂南縣河陽(yáng)鎮(zhèn)，流經(jīng)莒南縣許口，沂南縣河陽(yáng)、葛溝，臨沂市湯頭、圪墩、相公、洪瑞、湯河等8 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，于臨沂市湯河鎮(zhèn)禹屋村東匯入沭河，是沭河下游比較大的一條支流,河道全長(zhǎng)約57 km，流域面積470 km2。

2.2 氣象

湯河流域地處中緯度泰沂山南區(qū)，屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，降水量年際變化顯著，年內(nèi)分布不均。冬季受西伯利亞高壓控制，多為偏北風(fēng)，氣候寒冷，雨雪稀少。春季北方高壓勢(shì)力逐漸衰退，太平洋副熱帶高壓逐漸加強(qiáng)，氣溫回升較快，風(fēng)多雨少。夏季炎熱多雨，雨季一般集中在6 月～8 月，雨量集中，強(qiáng)度較大，易造成洪澇災(zāi)害。秋季氣溫降低，雨水減少，常有秋旱，有的年份亦發(fā)生秋澇。

根據(jù)流域內(nèi)相公莊雨量站1976 年～2011 年降水資料統(tǒng)計(jì)，流域多年平均降水量797.1 mm，汛期6 月～9 月四個(gè)月降水量達(dá)571.2 mm，占全年降水量的71.7%。最大降水量1210.4 mm，發(fā)生在1982 年，最小降水量為544.5 mm，發(fā)生在1977 年，最大值是最小值的2.2 倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，流域內(nèi)多年平均年最大24 小時(shí)面雨量為100.2 mm，1974 年實(shí)測(cè)年最大24 小時(shí)面雨量為224.9 mm，1950 年實(shí)測(cè)年最大24 小時(shí)面雨量為24.5 mm，最大值是最小值的9.2 倍。

3 滲流安全復(fù)核

3.1 防滲體系

湯河大閘水平防滲體系：閘上水平鋪蓋長(zhǎng)18 m，前10.0 m為150#素混凝土結(jié)構(gòu)，后8.0 m 為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.3 m；距閘室上游端7.0 m 鋪蓋下面設(shè)有高壓定向噴射灌漿防滲板墻，垂直水流向長(zhǎng)136.0 m，深8.735 m 至基巖，板墻厚0.1 m～0.2 m；閘室底板長(zhǎng)14.50 m，厚1.5 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；排水孔前消力池長(zhǎng)0.5 m，厚1.4 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

側(cè)向防滲體系由上游圓弧翼墻、邊墩以及下游扭面組成。上游圓弧翼墻、長(zhǎng)10 m，為砌石結(jié)構(gòu)，墻體內(nèi)設(shè)防滲混凝土板墻；邊墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)14.5 m；下游扭面長(zhǎng)23.0 m，采用漿砌石結(jié)構(gòu)。

根據(jù)《臨沂市湯河大閘工程上游鋪蓋淺地層淺剖探測(cè)報(bào)告》，閘前的混凝土結(jié)構(gòu)鋪蓋和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋪蓋均有不同程度的損壞，且防滲墻未圍封整個(gè)河床，故影響閘基滲漏[1]問(wèn)題。兩岸堤基置于②層礫質(zhì)粗砂上，堤基下②層礫質(zhì)粗砂分布連續(xù)，存在繞閘滲漏問(wèn)題。

3.2 水閘滲流復(fù)核計(jì)算

3.2.1 計(jì)算方法

采用巖土工程計(jì)算軟件Geo-Studio 中的Seep/W 模塊來(lái)進(jìn)行數(shù)值模擬。

3.2.2 計(jì)算參數(shù)

閘基各土料滲透系數(shù)見表1。

表1 滲透系數(shù)一覽表

3.2.3 計(jì)算工況

正常運(yùn)行工況：閘前正常蓄水位68.10 m，閘下游水位平閘底板63.20 m。

非常運(yùn)用工況：①閘前正常蓄水位68.10 m，閘下游水位平閘底板63.20 m，遇閘前止水失效；②閘前最高擋水位68.60 m，閘下游水位平閘底板63.20 m。

3.2.4 計(jì)算結(jié)果

水閘滲流復(fù)核計(jì)算結(jié)果見表2。由表2 可知，各種運(yùn)行工況下滲透坡降值水平段均大于允許坡降，故滲透穩(wěn)定不滿足要求。

表2 水閘滲流復(fù)核計(jì)算表

根據(jù)《現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)安全鑒定報(bào)告》，由于該閘上游存在許多脫水企業(yè)和醬菜生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)污水長(zhǎng)期排放，造成河道水質(zhì)污染變黑、變臭，對(duì)工程結(jié)構(gòu)造成的危害有待進(jìn)一步查明。閘下排水設(shè)施，由于長(zhǎng)期工作在污水環(huán)境下，化學(xué)物質(zhì)的沉積固結(jié)，使大部分排水管淤積堵塞，改變了原設(shè)計(jì)運(yùn)行條件，不利于水閘的滲透穩(wěn)定。

3.3 湯河大閘側(cè)向繞滲復(fù)核計(jì)算

上游圓弧翼墻為砌石結(jié)構(gòu)，墻體內(nèi)設(shè)防滲混凝土板墻，閘邊墩為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，下游均為漿砌石結(jié)構(gòu)，擋墻后填土主要為含砂壤土。

3.3.1 計(jì)算方法

采用巖土工程計(jì)算軟件Geo-Studio 中的Seep/W 模塊來(lái)進(jìn)行數(shù)值模擬。

3.3.2 計(jì)算參數(shù)

大堤各土料滲透系數(shù)見表3。

表3 滲透系數(shù)一覽表

3.3.3 計(jì)算工況

正常運(yùn)用工況：閘前正常蓄水位68.10 m，閘下游水位平閘底板63.20 m。

非常運(yùn)用工況：①閘前正常蓄水位68.10 m，閘下游水位平閘底板63.20 m，遇上游擋墻與邊墩之間止水失效工況；②閘前最高擋水位68.60 m，閘下游水位平閘底板63.20 m。

3.3.4 計(jì)算結(jié)果

水閘側(cè)向繞滲的滲透坡降結(jié)果見表4。由表4 可知，在正常蓄水位工況下，水平段與出口段的滲透坡降在允許范圍內(nèi)，但是，隨著工程止水失效，滲透坡降也隨之增大，分別為0.51、0.66，均已超出允許值范圍；而在最高擋水位工況下，水平段與出口段滲透處于允許值范圍內(nèi)。說(shuō)明止水失效對(duì)壩體滲流的確影響大，主要原因可能是湯河大閘鋼閘門嚴(yán)重變形、銹蝕，部分閘槽脫落，漏水嚴(yán)重；雖然2012 年區(qū)水務(wù)局對(duì)湯河大閘以上部分進(jìn)行了綜合治理，但閘上護(hù)坡仍然沒有進(jìn)行維修加固，兩岸護(hù)坡漿砌石結(jié)構(gòu)均存在勾縫砂漿大量剝落，漿砌石表面風(fēng)化嚴(yán)重，部分漿砌石松動(dòng)，局部塊石脫落。

表4 水閘側(cè)向繞滲的滲透坡降結(jié)果表

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

根據(jù)滲透穩(wěn)定計(jì)算可知，在出口無(wú)保護(hù)條件下，安全復(fù)核計(jì)算滲透坡降值各種運(yùn)行工況水平段值均大于允許坡降值，故滲透穩(wěn)定不滿足要求；水閘側(cè)向繞流復(fù)核計(jì)算在正常蓄水位68.10 m+止水失效條件下滲透坡降大于允許坡降。且實(shí)際工程中，消力池及下游翼墻排水孔淤堵嚴(yán)重，故滲流穩(wěn)定是不滿足要求的。

綜上所述，根據(jù)《水閘安全導(dǎo)則》（SL 214-2015），水閘的滲透穩(wěn)定不滿足要求。

4.2 建議

綜上所述，該閘屬于四類閘，運(yùn)用指標(biāo)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，工程存在嚴(yán)重安全問(wèn)題，需降低標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用或報(bào)廢重建。降低標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用會(huì)降低效益，且不能從根本上解決該閘所存在的嚴(yán)重安全問(wèn)題。湯河大閘多年來(lái)為當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，是當(dāng)?shù)夭豢苫蛉薄⒉豢商娲拇笮退こ蹋ㄗh盡早報(bào)廢重建。在報(bào)廢重建前，應(yīng)嚴(yán)格控制原閘運(yùn)用指標(biāo)，制定應(yīng)急措施，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和監(jiān)控，封閉閘后交通，以保證工程安全和過(guò)往行人、車輛安全。