基于滲徑系數法的樅陽閘抗滲性能檢測

宋東國

（安慶市長江河道管理處三分處，安徽 安慶 246000）

在大型水利工程項目中，水閘發揮及其重要的作用，也在項目整體中占有十分重要的地位。因此，水閘安全也是整個水利工程項目安全的核心所在[1]。為了確保水閘安全，必須要定期和不定期地對水閘進行安全檢測。水閘安全檢測的內容很多，僅對水閘構成組件的檢測就多達十幾種，如閘墩檢測、排架柱檢測、工作橋檢測、翼墻檢測、護坡檢測以及閘門檢測等[2]。此外，還需要對水閘整體進行抗滲檢測、防沖檢測、穩定性檢測等[3]。因此，水閘檢測不僅內容多，還需要準確高效的檢測方法。該文以樅陽閘為具體研究對象，對威脅閘體安全最大的抗滲性能展開深入分析。

1 樅陽閘概況及其工程結構

1.1 樅陽閘概況

樅陽閘位于安徽省安慶市長江下游，它是菜子湖流域內唯一的通江水閘，因此也稱菜子湖閘。樅陽閘通過長河和菜子湖連通，通過夾江河道和長江連通，控制的流域面積超過3000 km2。樅陽閘是一座功能齊備的大型水閘，綜合了防洪功能、泄洪功能、排澇功能和引水灌溉功能。在汛期，樅陽閘發揮其防洪、泄洪以及排澇功能，防洪面積近200 km2，排澇面積近100 km2。在干旱季節，樅陽閘發揮其蓄水灌溉功能，灌溉面積超過200 km2。 可見，樅陽閘在菜子湖流域內所發揮的巨大作用。

樅陽閘的歷史非常悠久，是20世紀50年代省巢滁皖規劃的大型水利工程項目。1958年，樅陽閘開始興建，并于1959年建成投入使用。截止到2022年，樅陽閘的服務年限已經超過63 年。為了確保閘基安全，樅陽閘選址在白鶴峰山腳，此處和河道呈現出明顯的S型。

樅陽閘系建造在巖基上的圬工水閘，設計最大排水流量1150 m3/s，校核排水流量為1288 m3/s，為安徽省沿江大型水閘之一。閘身由泄流孔和發電孔組成（發電孔目前已封閉），泄洪孔共10 孔，每孔凈寬4.5 m，凈高5.35 m，閘底檻高程6.75 m（吳淞高程，下同），閘室總寬度63.0 m，凈寬49.8m，閘底板長20.0 m，可控制閘門10扇，閘門為潛孔式平面鋼閘門，每扇門重82.2 kN，配置10臺單吊點卷揚式啟閉機，啟閉力為250 kN，啟閉機臺高程27.45 m，建有啟閉機房，設有主控制室，配備自動化控制系統進行運用，并及時采集閘門開度、荷重、水位等信息。

1.2 樅陽閘的工程結構

樅陽閘的工程結構，主要包括閘室、閘堤連接段、啟閉設備和閘門、消能設施、上下游翼墻等部分，其結構如圖1所示。

圖1 樅陽閘的結構圖

1.2.1 閘室

該閘閘室為鋼筋砼開敞式十孔一聯的整體結構，底板頂高程6.7 m，底部0.3 m漿砌條石上覆0.2 m厚鋼筋混凝土面層；閘孔頂高程（即胸墻底高程）12.01 m，每孔凈寬4.5 m，凈高5.4 m，閘孔凈尺寸為4.5 m×5.4 m；閘頂公路橋橋面高程為19.45 m，兩個發電孔，發電孔已封閉；閘孔過水總凈寬49.8 m，墩厚0.5 m，閘室總寬度（垂直流向）63.0 m，順流向上下游建筑總長約（順水流向）150 m；控制閘門10樘，平面鋼閘門，裝10臺20 t卷揚式啟閉機，啟閉機高程27.45 m，建有啟閉機房。

1.2.2 閘堤連接段

閘室與江堤間用鋼筋砼引橋連接，引橋兩側填土采用錐坡，閘室頂設有汽-10級公路橋一座，橋面高程19.45 m（即閘頂高程）與江堤堤頂同高，橋面寬9.0 m。

1.2.3 啟閉設備和閘門

啟閉機房設在閘頂臨江側，位于排架頂部，排架頂高程27.00 m。啟閉機房采用磚混結構，寬4.8 m，長25 m，房頂高程31.15 m，啟閉機房安放10 臺QPQ-40型卷揚式啟閉機。啟閉機房兩側設置鋼螺旋樓梯供管理人員上下。

1.2.4 消能設施

閘室上游（臨江側）設有消力池，采用150#鋼筋砼澆筑，厚0.4 m，總長31.5 m，池深1.5 m，池底高程3.7 m，消力池與閘室間以1∶6坡相接；消力池后接15 m長的護坦，原護坦長6 m，后進行加固，在原干砌條石上澆筑厚200 mm的C20鋼筋混凝土，加固護坦后又新增9 m長C20鋼筋混凝土護坦，護坦底高程6.7 m，厚0.4 m；護坦后接44 m長干砌塊石海漫，海漫頂面坡度1∶6，厚0.4 m，首端高程6.7 m，末端高程6.4 m。海漫末端設拋石防沖槽，深1.17 m，長10 m。

1.2.5 上下游翼墻

閘上游（臨江側）岸墻，為一半徑R=30.0 m的圓弧墻與岸坡相接，其結構形式為漿砌塊石重力式。墻頂高程14.0 m，底板底部高程3.7 m。閘下游岸墻的首段，平面布置呈八字形，擴散角為12 度。尾段用一半徑R=45 m的圓弧墻插入堤岸，結構形式為重力式。墻頂高程為16.50 m，底板底部高程6.7 m。

2 樅陽閘抗滲性能分析

樅陽閘抗滲性能檢測采用滲徑系數法校核閘基防滲長度，采用改進阻力系數法計算閘基底部滲透壓力。

2.1 滲徑系數法驗算滲徑長度

根據水閘抗滲安全規范要求，可用滲徑系數法確定閘基防滲長度。

抗滲復核采用萊恩系數法進行計算，其計算如公式（1）所示。

式中：參數L表示閘基防滲長度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度總和；參數C表示允許滲徑系數值，考慮樅陽閘閘基主要為粗面安山巖，迎江側消力池和護坦底部均為重壤土，按照SL265-2001要求，一般C=7～4（無濾層）。由于閘基未設板樁，本計算C取用大值7； 參數△H為水閘承受的最大上下游水位差，根據樅陽閘的實際情況，有△H=18.95-12.88=6.07 m。

水閘抗滲安全規范SL265-2001規定的允許滲徑系數值見表1。

表1 SL265-2001規定的允許滲徑系數值（單位：μm）

考慮汛期防洪的實際工況需求，此處的滲徑長度設置如公式（2）所示。

如果水閘的止水設備完好無損并且正常工作，那么其地下滲透輪廓線水平總長的計算應如公式（3）所示。

式中：參數Ln表示正常長度，Lv表示正常長度偏離值。

對比上述兩個參數的計算結果，L實≥L。這表明，滲徑長度的計算，滿足樅陽閘的實際抗滲需求。

2.2 改進阻力系數法

使用滲徑系數的同時，還需要進一步校驗水閘的抗滲穩定性。根據SL265-2001規定，此處選擇改進阻力系數法完成樅陽閘的抗滲穩定性校驗。根據樅陽閘的結構設計，底板臨江一側建造了消力池，臨湖一側建造了漿砌石鋪蓋，鋪蓋末端設置排水孔，鋪蓋下面設置了反濾部分。據此，抗滲穩定性的滲流計算區域如圖2所示。

圖2 抗滲穩定性的滲流計算區域

從圖2可以看出，受到樅陽閘結構因素的限制，其滲流計算一共劃分了15個區域，各個區域的跨度長短不一，有的達到18 000 cm，有的則只有幾百厘米。

根據助力系數法計算出的樅陽閘底板各滲流區段幾何參數和阻力系數見表2。

從表2中的結果可以看出：樅陽閘整個工程底板的滲流區段共劃分為15個區段，各區段的阻力系數存在明顯的差異。例如，第4號滲流區段的區段類型為水平段，關鍵幾何參數為2.135，阻力系數為4.676，處于非常高的水平。第8號滲流區段的區段類型為水平段，關鍵幾何參數為0.026，阻力系數為0.058，處于非常低的水平。第12號滲流區段的區段類型為水平段，關鍵幾何參數為0.026，阻力系數為0.058，處于非常低的水平。可見，在樅陽閘15個滲流區段中，第4段的阻力系數最大，第8段、第12段的阻力系數最小。

表2 底板各滲流區段幾何參數和阻力系數

樅陽閘水位各區段滲區水頭損失計算結果見表3。

表3 設計水位各區段滲區水頭損失計算表（阻力系數法）

從表3中的結果可以看出：樅陽閘各區段滲區水頭損失也存在明顯的差異，各區段并不相同。樅陽閘水位各區段的水頭損失計算結果中，第4段為水平段，其滲區水頭損失最大，達到了2.135，第8段、第12段同樣為水平段，其滲區水頭損失最小，只有0.026。其余各段的滲區水頭損失則處在這兩個值的中間。可見，針對不同區段的情況，根據滲區水頭損失的差異，應進行有針對性的差異化處理。

樅陽閘水位各區段滲區水頭計算結果見表4。

表4 設計水位各區段滲區水頭計算表（阻力系數法）

從滲壓水頭的計算結果可以看出，從H1到H16這16個水頭的水頭值依次減小，這一結果同前面幾組參數的結果相比具有明顯的規律性，呈現出逐級漸變的趨勢。其中，滲壓水頭H1的水頭值為6.070，滲壓水頭H8的水頭值為1.839，而到了滲壓水頭H16，水頭值迅速下降到0.001，趨近于0。

進一步分析，樅陽閘底板各段所承受的滲透壓強的具體分布情況如圖3所示。

圖3 底板滲透壓力分布（單位：kPa）

從圖3可以看出，樅陽閘底板各段所受的壓強，從右向左依次增大，最右側部分所受的壓強在0 kPa～0.24 kPa變化，而到最左側部分所受的壓強在1.839 kPa～1.925 kPa變化。

2.3 滲流坡降的計算

根據滲流坡降的計算結果，樅陽閘的水平滲透坡降如公式（4）所示。

根據滲流坡降的計算結果，樅陽閘出口滲透坡降如公式（5）所示。

考慮樅陽閘底板土層的土質主要為壤土，設定許用滲透坡降如下：1）水平許用坡降[J]= 0.25～0.35，進一步考慮河道中淤積情況，為防止冒水孔發生堵塞，取用[Jx]=0.25。2）出口許用滲透坡降[J]=0.5～0.6，進一步考慮消力池海漫嚴重淤積，為防止冒水孔堵塞、反濾失效，計算中取[J]=0.5。

2.4 抗滲穩定性評估

首先，根據樅陽閘的實際使用情況，尤其是在水位較高的情況下，閘基可能已經出現滲水。結合閘底板的實際情況和抗滲性能的分析結果，樅陽閘閘基存在一定滲流隱患。

其次，樅陽閘上、下游護坦出現了部分折損，間接表明了滲流出口處遭受到一定程度破壞，這也會給樅陽閘閘基埋下一定的安全隱患。而閘基整體是否存在裂縫，還需要進一步檢測。

最后，樅陽閘在上游鋪蓋、下游消力池以及閘止水設施均正常工作的情況下，出逸坡降滿足滲流穩定要求。滲徑系數法和改進阻力系數法的校驗顯示，樅陽閘閘基整體滲流穩定性還是滿足規范要求的，但存在一定滲流隱患。

3 結論

抗滲性能是水閘工程安全運行的重要技術指標，該文以樅陽閘為例，進行了水閘抗滲性能的研究工作。首先，該文對樅陽閘的工程概況進行了闡述，其工程結構包括閘室、閘堤連接段、啟閉設備和閘門、消能設施以及上、下游翼墻等關鍵部分。其次，運用滲徑系數法驗算樅1839陽閘滲徑長度，并運用改進阻力系數法進行校驗。抗滲性能的分析結果顯示：樅陽閘閘基滲流穩定檢測計算滿足規范要求，但也存在一定隱患，應進行定期檢測并做好預防。