賀志軍

（呂梁市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 呂梁 033000）

1 工程概況

呂梁市虢義河靳屯節(jié)制分洪閘修建于1978年，是一座以防洪、灌溉為一體的中型水閘，主要由節(jié)制閘、北干分洪閘和南干分洪閘組成。泄洪閘設(shè)有7孔，每孔凈寬4m，設(shè)計(jì)下泄流量306m3/s，閘室長(zhǎng)6.6m，啟閉機(jī)為手動(dòng)螺桿式。閘室和實(shí)用堰為矩形斷面，消力池的翼墻為扭曲面。閘室上游設(shè)5m長(zhǎng)的護(hù)堤。分洪閘設(shè)南北兩閘，北閘設(shè)計(jì)分洪流量44m3/s，設(shè)凈寬2.5m的分水閘2孔，閘后渠道底寬5.5m，為梯形斷面，邊坡1∶1.5，縱坡1‰。南閘設(shè)計(jì)分洪流量33m3/s，設(shè)凈寬3.5m的分洪閘1孔，閘后渠道底寬5m，縱坡1.2‰。分洪閘采用消力池消能，消力池深0.3m、長(zhǎng)8m，翼墻為扭曲面。分洪閘在虢義河分洪和引洪灌溉方面發(fā)揮著重要作用，同時(shí)對(duì)整個(gè)文峪河的防洪安全起著控制與調(diào)度作用，因此，該閘的安全運(yùn)行一直是水利管理工作者思考的重大課題之一。

2 存在問(wèn)題

目前，建筑物存在不同程度的安全隱患：閘室底板混凝土磨損嚴(yán)重，閘墩迎水面漿砌石有砂漿掏空現(xiàn)象，呈蜂窩狀，嚴(yán)重影響水閘的結(jié)構(gòu)安全；翼墻穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，存在安全隱患；消力池底板沖毀嚴(yán)重，側(cè)墻有裂縫和坍塌，出口齒墻損壞，海漫破壞嚴(yán)重；南北分洪閘閘墩及消力池翼墻局部損壞；節(jié)制閘梁破損，結(jié)構(gòu)及止水嚴(yán)重老化；水閘上下游河道淤積嚴(yán)重。尤其是分洪閘的閘門最大開(kāi)啟高度為2.4m，但閘前水位為2.85m，因此防洪安全設(shè)計(jì)為重點(diǎn)研究對(duì)象。

3 分洪閘除險(xiǎn)加固方案

3.1 分洪閘閘室段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

閘門高度取上游設(shè)計(jì)洪水時(shí)的水深加安全超高3.2m。閘頂高度4.5m，相應(yīng)頂高程762.016m，即需在原閘墩上加高2m。閘梁底高度7.56m，相應(yīng)頂高程765.116m。

漿砌料石閘墩存在沖刷縫的地方，采用環(huán)氧砂漿填縫，大面積沖刷的采用環(huán)氧混凝土充填；將原素混凝土閘底板拆除，以C25鋼筋混凝土重建底板；閘墩采用與原材料相同的漿砌料石加高2m，最終高度4.5m；閘墩以上的原磚砌機(jī)架拆除重建；閘梁和工作橋拆除重建，上建輕形結(jié)構(gòu)閘房。

3.2 分洪閘消力池段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于消力池底板沖毀嚴(yán)重、側(cè)墻有裂縫和坍塌，且翼墻的穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求，故擬將消力池底板和翼墻全部拆除重建。因閘室寬度與加固前相同，故消力池的陡坡段和池寬不變，仍為32.8m。消力池池深0.3m，池長(zhǎng)（含斜坡段）24.5m，厚0.6m，消力池基底面開(kāi)始從下到上依次為15cm砂、15cm碎石反濾層、60cm鋼筋混凝土底板；底板上梅花狀布置直徑10cm的排水孔，間距2m，孔內(nèi)填碎石以防止淤堵。翼墻形式采用C25鋼筋混凝土基礎(chǔ)、M10漿砌塊石側(cè)墻的重力式擋土墻，墻身底部砌石嵌入混凝土底板內(nèi)。側(cè)墻頂高程與下游河道堤防高程相同。墻身高6.8m，基礎(chǔ)深取1m，墻頂寬0.6m，迎水面垂直，背坡傾斜坡度1∶0.45，墻趾寬2.0m，墻踵寬0.5m。為使砂壤土基底摩擦系數(shù)達(dá)到0.5，采用碎石換基方法。

3.3 分洪閘上下游連接段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上下游連接段堤頂高程與上下游河道堤頂高程相同，上下游河道堤防高度維持原河道高，分別為4.75m，6.50m。因上下游連接段翼墻損毀嚴(yán)重，擬拆除重建：采用漿砌石扭面形式，上游連接段長(zhǎng)度10m，下游連接段長(zhǎng)度20m。原水閘上游無(wú)鋪蓋，此次在上游連接段河床底板內(nèi)增設(shè)厚40cm的C25鋼筋混凝土鋪蓋；原水閘下游無(wú)海漫，擬在下游連接段河床底板內(nèi)增設(shè)厚50cm的M10漿砌石和鉛絲籠海漫。

3.4 分洪閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

分洪閘因破損嚴(yán)重需全部拆除重建，但其位置與閘底板高度維持原狀。因受分洪流量不能超過(guò)44m3/s的限制，分洪閘僅考慮設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)。故分洪閘仍維持原底板高程757.516m。

分洪閘孔數(shù)由2孔變?yōu)?孔，孔凈寬3.2m，設(shè)計(jì)分洪流量44m3/s；閘室采用鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，寬14.4m。分洪閘孔數(shù)變?yōu)?孔，孔凈寬2.3m，設(shè)計(jì)分洪流量33m3/s；閘室采用鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，寬8.8m。邊墩寬0.6m，高3.6m，閘底板厚1.0m，機(jī)架總高度6.6m（其中閘墩以上高3.0m）；閘門高與節(jié)制閘相同，為3.2m，單吊點(diǎn)鋼閘門；閘后農(nóng)橋?yàn)殇摻罨炷令A(yù)制簡(jiǎn)支板，板厚0.2m，寬3m。經(jīng)計(jì)算，洪水經(jīng)過(guò)分洪閘后發(fā)生淹沒(méi)水躍，不需修建消力池，但分洪渠道為土渠，為進(jìn)一步減小過(guò)閘后的水流速度，與下游渠道更好地銜接，設(shè)計(jì)在閘后修建深0.2m、長(zhǎng)6m的消力池，消力池底板厚按抗沖厚度取0.4m，消力池上下游寬由閘室寬和下游渠道底寬確定，上游寬10.8m，下游寬5.5m。

4 閘室穩(wěn)定復(fù)核

4.1 工程安全復(fù)核標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等，節(jié)制閘、下游翼墻按2級(jí)水工建筑物復(fù)核；節(jié)制閘上游翼墻按3級(jí)水工建筑物復(fù)核。

虢義河流域西部土石山區(qū)大部分地帶灰?guī)r出露，巖性硬度大，工程地質(zhì)條件良好；黃土丘陵區(qū)巖性垂直節(jié)理發(fā)育，塌陷性強(qiáng)，抗沖刷能力差，滑坡及古滑坡比較普遍，工程地質(zhì)條件不良；平原區(qū)巖性以砂土、粉砂土混合土層為主，層理發(fā)育，但含黏性，很少發(fā)現(xiàn)軟體液性?shī)A層，工程地質(zhì)條件屬于一般類別。

據(jù)地震資料，區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)5級(jí)以上的強(qiáng)震，區(qū)近臨地帶也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)記載強(qiáng)震，說(shuō)明虢義河流域地震活動(dòng)頻率較低，震級(jí)較小。據(jù)《中國(guó)地震參數(shù)區(qū)劃圖》，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震動(dòng)反譜特征周期值為0.40s，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅶ度。

4.2 計(jì)算荷載

閘室抗滑穩(wěn)定計(jì)算考慮的荷載主要有結(jié)構(gòu)自重、靜水壓力（按三角形分布）、滲透壓力（直線比例法勃菜假定計(jì)算）、浪壓力、側(cè)向土壓力。

4.3 計(jì)算方法與依據(jù)

沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)公式計(jì)算：

式中：Kc——沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

f——閘室基底面與地基間的摩擦系數(shù)，取0.25；

∑H——作用在閘室上的全部水平向荷載，kN。地基應(yīng)力按下式計(jì)算：

式中：a——垂直水流方向的寬度，m；

b——順?biāo)鞣较虻膶挾龋琺；

∑N——作用于基底面上的總垂直力，kN；

ex——距沿水流方向中心軸的偏心距，m；

ey——距垂直水流方向中心軸的偏心距，m。

4.4 計(jì)算結(jié)果

中墩穩(wěn)定計(jì)算以正常運(yùn)用時(shí)期為主要的考核指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 中墩穩(wěn)定計(jì)算成果

由表1可知，正常運(yùn)用工況下的抗滑穩(wěn)定系數(shù)為2.7，大于允許抗滑穩(wěn)定系數(shù)1.25的要求，說(shuō)明中墩的設(shè)計(jì)方案是合理可行的。

考慮到邊墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的的復(fù)雜性，邊墩穩(wěn)定計(jì)算以正常運(yùn)用時(shí)期為主要的考核指標(biāo)，以順?biāo)飨蚝痛怪彼飨騼煞矫孢M(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 邊墩穩(wěn)定計(jì)算成果

由表2可知，正常運(yùn)用工況下的抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.57，大于允許抗滑穩(wěn)定系數(shù)1.25的要求，說(shuō)明邊墩的設(shè)計(jì)方案合理可行。

綜合表1和表2計(jì)算結(jié)果可知，中墩與邊墩的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于其允許安全系數(shù)，說(shuō)明地基穩(wěn)定安全符合標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)呂梁市靳屯閘水文、地質(zhì)等基本資料進(jìn)行分析，按照工程安全、實(shí)用且節(jié)省投資的原則對(duì)靳屯閘的除險(xiǎn)加固進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)地基穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算得出此設(shè)計(jì)方案是安全可靠的。目前，靳屯閘改造建設(shè)已經(jīng)完成，在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)受了較大洪水的考驗(yàn)。實(shí)踐證明，上述設(shè)計(jì)是合理可行的，可為類似的閘門技術(shù)改造提供一種新的思路。