郝 婷

（臨汾市水利勘測設(shè)計(jì)院，山西 臨汾 041000）

1 工程概況

天河水庫位于汾河三級支流天河下游，天河匯入黑河口上游500m處，壩址地處曲沃縣城東南北董鄉(xiāng)西明德村西北800m。控制流域面積71.9km2?？値烊?70萬m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、供水、養(yǎng)殖等綜合利用的?。ㄒ唬┬退畮?。水庫樞紐由大壩、灌溉洞和溢洪道組成。

2 存在問題

水庫自建成運(yùn)行以來，對農(nóng)田灌溉及下游沿河村莊、人口、耕地等的防洪安全起到了重要作用，發(fā)揮了較大的效益。但經(jīng)多年運(yùn)行，水庫樞紐暴露出不少問題，其中，溢洪道平直段兩側(cè)墻留有橫跨溢洪道的鄉(xiāng)村道路的通行口，影響溢洪道正常行洪，溢洪道底板及側(cè)墻混凝土剝蝕嚴(yán)重，且挑流坎下右側(cè)混凝土樁柱鋼筋外露，不能滿足挑流坎結(jié)構(gòu)安全要求。

3 溢洪道改造設(shè)計(jì)

溢洪道位于大壩右側(cè)樁號(hào)0+322.8處，據(jù)單薄嶺0+314處鉆孔揭露，溢洪道地層巖性為第四系上更新統(tǒng)，高程450m以上分布灰黃褐色砂壤土，黃褐色、灰黑色粉土，棕黃色壤土，灰黑色淤泥質(zhì)壤土；高程450.8m以下分布一層砂卵礫石層，厚3.7m，未見底。溢洪道位于第四系上更新統(tǒng)壤土、砂壤土、粉土上，地基土質(zhì)較好，進(jìn)水閘地基土的承載力120kPa。

現(xiàn)狀溢洪道由進(jìn)口段、平直段、陡坡段及挑流段組成，長105m。溢洪道進(jìn)口段兩側(cè)墻均留有穿越溢洪道的鄉(xiāng)村道路的缺口，影響溢洪道正常行洪。為使水庫達(dá)到防洪標(biāo)準(zhǔn)，滿足溢洪道安全行洪和通行要求，需對溢洪道進(jìn)行改造。現(xiàn)狀溢洪道的位置不變，進(jìn)口底高程下切3m，為465.5m，改建后的溢洪道全長132m，包括引渠段、閘室段、陡坡段、消能段四部分。閘室段底高程465.5m，凈寬20.8m，閘室分為4孔，每孔凈寬5.2m，閘室中設(shè)平板工作鋼閘門與疊梁式鋼制檢修閘門。閘室段底板厚1.2m，中墩厚1.2m，邊墩頂寬1m，底寬2m。邊墻頂高程472.82m。閘墩以上設(shè)有檢修層472.82m和啟閉機(jī)層479.72m，房頂高程483.32m。檢修平臺(tái)與啟閉平臺(tái)間采用框架結(jié)構(gòu)。結(jié)合閘墩位置布置5排立柱，每排2個(gè)，各立柱間采用橫梁連接。在樁號(hào)0+007.7—0+011.7處設(shè)寬4.0m的C25鋼筋混凝土梁板式交通橋。結(jié)合中墩分4跨布置，每跨凈寬5.2m。交通橋橋板厚0.15m，橋板兩側(cè)設(shè)大理石欄桿。

4 穩(wěn)定分析

根據(jù)規(guī)范要求，對孔數(shù)較少且未分縫的小型水閘閘室段進(jìn)行閘室基底面抗滑穩(wěn)定計(jì)算時(shí)取整個(gè)閘室（包括邊墩）作為計(jì)算單元。

4.1 荷載計(jì)算

自重計(jì)算包括墊層、閘墩、底板、排架、閘門、啟閉機(jī)、電動(dòng)葫蘆、啟閉平臺(tái)、啟閉機(jī)房、工作橋、檢修橋、交通橋、人群及汽車等。合計(jì)自重為垂直力32726kN，力矩1843kN·m（順時(shí)針方向）。

作用在水閘底板上的水重按實(shí)際體積及水的重度計(jì)算確定。計(jì)算得水重為垂直力3809kN，力矩14135kN·m（逆時(shí)針方向）。

垂直作用于建筑物（結(jié)構(gòu)）表面某點(diǎn)的靜水壓力為計(jì)算點(diǎn)處作用水頭與水的重度的乘積。計(jì)算得靜水壓力為水平力2269kN，力矩5174kN·m（順時(shí)針方向）。

作用在溢洪道閘室段的揚(yáng)壓力按垂直作用于閘室段全部基礎(chǔ)底面積上的分布力計(jì)算。計(jì)算得揚(yáng)壓力為垂直力4396kN，力矩6679kN·m（順時(shí)針方向）。

波浪要素根據(jù)水閘閘前風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)區(qū)長度、風(fēng)區(qū)內(nèi)的平均水深等因素進(jìn)行計(jì)算。作用于水閘鉛直或近似鉛直迎水面上的浪壓力，應(yīng)根據(jù)閘前水深和實(shí)際波態(tài)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得波浪壓力為水平力53kN，力矩252kN·m（順時(shí)針方向）。

墻背鉛直的水閘擋土結(jié)構(gòu)，土壓力根據(jù)填土性質(zhì)、擋土高度、填土頂面坡角等因素分析計(jì)算。計(jì)算得土壓力為垂直力1747kN，力矩為零。

垂直作用于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為風(fēng)振系數(shù)、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)荷載體形系數(shù)與基本風(fēng)壓的乘積。計(jì)算得風(fēng)荷載為水平力381kN，力矩457kN·m（順時(shí)針方向）。

地震會(huì)引起對閘室的動(dòng)力作用，本次計(jì)算考慮地震慣性力和地震動(dòng)水壓力。地震荷載根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》按擬靜力法計(jì)算。計(jì)算得地震慣性力為垂直力1182kN，力矩7308kN·m（順時(shí)針方向）。地震動(dòng)水壓力為水平力35kN，力矩89kN·m（順時(shí)針方向）。

4.2 閘室段穩(wěn)定分析

據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算得：基本組合時(shí)，土基上沿基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為3.76，特殊組合時(shí)為3.39，滿足4級建筑物的規(guī)范要求。通過閘室段基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算可知，工況完建無水時(shí)基底最大、最小應(yīng)力為100.02kPa和94.86kPa，不均勻系數(shù)為1.05；工況正常高水位時(shí)基底最大、最小應(yīng)力為99.83kPa和99.04kPa，不均勻系數(shù)為1.01；工況正常高水位加地震時(shí)基底最大、最小應(yīng)力為102.08kPa和79.59kPa，不均勻系數(shù)為1.28。設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求的不均勻系數(shù)基本組合允許值2.0，特殊組合允許值2.5。

5 結(jié)語

溢洪道閘室的穩(wěn)定與否直接決定整個(gè)工程的安全性，因此，對閘室進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算時(shí)一定要嚴(yán)格按照規(guī)范計(jì)算。天河水庫經(jīng)過除險(xiǎn)加固改造可以達(dá)到正常運(yùn)行目的，滿足下游灌區(qū)的農(nóng)田灌溉和工業(yè)供水需求，保護(hù)下游村莊和人口的防洪安全。