姚久經(jīng)

（常德市鼎城區(qū)沖柳排水工程管理處，湖南常德415000）

蘇家吉水閘除險加固設計方案探討

姚久經(jīng)

（常德市鼎城區(qū)沖柳排水工程管理處，湖南常德415000）

本文就蘇家吉水閘存在的安全隱患進行核定、評價，并根據(jù)規(guī)范要求及實際情況，對蘇家吉水閘除險加固方案進行探討。以期對同等類型的水閘除險加固工程有所幫助。

水閘；除險加固；設計方案；安全系數(shù)

1 工程概況

蘇家吉水閘位于湖南常德鼎城沅水尾閭，處于沅水下游沅澧垸的一線防洪堤上，是沖柳撇洪河入沅水的總出口。蘇家吉水閘是一座以排水為主，結(jié)合防洪、抗旱、灌溉等綜合效益的大型水利工程。閘址距常德市32km。蘇家吉水閘的具體任務包括排水、防洪和灌溉?？刂萍昝娣e560.3km2，受益單位有武陵、鼎城兩區(qū)的24個鄉(xiāng)鎮(zhèn)及洞庭、賀家山、萬金障等農(nóng)場。

2 水閘存在的安全隱患及分析

根據(jù)《蘇家吉水閘安全鑒定報告書》的結(jié)論，該水閘安全鑒定類別為Ⅲ類，并提出如下維修加固建議：

（1）水閘抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，嚴重危及水閘的安全，必須進行加固處理；

（2）上游護坦大面積沖毀，需做加固處理；

（3）胸墻結(jié)構(gòu)強度不滿足要求，外河刺墻抗彎和抗裂不滿足要求，需做加固處理；

（4）內(nèi)湖混凝土刺墻及混凝土矮導墻碳化深度較大，需做加固處理；

（5）水閘各主要混凝土構(gòu)件不同程度的出現(xiàn)裂縫、混凝土剝落、漏筋等現(xiàn)象，需做加固處理；

（6）閘門銹蝕深度達50%，在高水位運行中，安全系數(shù)偏低，需更換；

（7）電氣設備容量偏小，不能滿足水閘在高水位下運行要求，需更換；

（8）必須完善觀測設施。

2.1 原閘室抗滑穩(wěn)定復核計算

2.1.1 閘室抗滑穩(wěn)定計算公式：

式中：KC—沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)，f取0.25；φ0—閘室基礎底面與土質(zhì)地基之間的摩擦角（°），φ取13°；C0—閘室基礎底面與土質(zhì)地基之間的粘聚力（K pa），C0=0.25C，C取22.5K pa；A—閘室基底面的面積（m2）；ΣG—作用于閘室上的全部豎向荷載（K N）；ΣH—作用于閘室上的全部水平向荷載（K N）。

2.1.2 設計工況

該水閘外河設計水位為33.25m，外河設計洪水位（P=3.33%）為39.96m，外河校核洪水位（P =1%）為41.09m，本次復核計算采用的工況見表1。

表1 各計算工況上下游水位值表

2.1.3 抗滑穩(wěn)定復核計算結(jié)果及分析

閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算結(jié)果見表2。

2.2 原閘室底板強度復核計算

原閘室底板厚度1.5m，單孔閘室底板平面尺寸19m×11.8m（長×寬），閘室底板垂直水流方向布置的受力鋼筋為Φ25@300，單位寬度A s =1636.0m m2。

復核工況（即設計洪水情況下）閘室底板強度。結(jié)合前面穩(wěn)定復核成果，經(jīng)計算工況一下其底板單位寬度內(nèi)受地基最大反力q=82.5K N/m，經(jīng)計算底板單位寬度內(nèi)最大彎矩為M=697.0K N·m，經(jīng)配筋計算底板單位寬度內(nèi)A s=1987.0m m2。計算成果如表3示：

表3 閘室底板配筋對比表

由計算結(jié)果可知原閘室底板所配受力鋼筋面積不滿足現(xiàn)工況要求，因此閘室底板結(jié)構(gòu)強度不足，存在巨大安全隱患，需及時進行加固處理。

2.3 對水閘安全隱患的分析

從抗滑穩(wěn)定計算可知，閘室抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，且主要表現(xiàn)為閘室自身穩(wěn)定安全系數(shù)小于1.0。從表2計算成果可知，閘室最小抗滑安全系數(shù)為0.84，因此在現(xiàn)水情條件下整個閘室穩(wěn)定不滿足相關規(guī)范要求，存在極大的安全隱患。

該水閘的除險加固若僅考慮提高閘室自身的抗滑安全系數(shù)，可采用單純加重閘室方案和在閘底內(nèi)河側(cè)設防滑槽并在外河側(cè)設阻滑拖板方案，但是解決不了閘室底板結(jié)構(gòu)強度不足問題，因此建議對原閘室進行拆除，在原址上重建水閘。

3 除險加固方案的設計

3.1 方案的設計原則

此次蘇家吉水閘除險加固方案的制定，應結(jié)合《蘇家吉水閘安全鑒定報告》的鑒定結(jié)論及水閘實際情況，并充分考慮各方面的因素。不僅要考慮解決當下的險情，還要結(jié)合現(xiàn)在的水情、險情及整個沅澧大圈的防汛需要，與沅澧垸一線防洪堤統(tǒng)一規(guī)劃、布置，將水閘發(fā)現(xiàn)的險情和問題及時、全面的解決，為當?shù)氐纳鐣?、?jīng)濟發(fā)展保駕護航。

3.2 方案的設計標準

根據(jù)《防洪標準》（G B 50201-94）、《水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000）以及《水閘設計規(guī)范》（SL 265-2001）的規(guī)定，位于防洪堤上的建筑物等級標準不應低于堤防等級。蘇家吉水閘所在堤防為2級堤防，因此確定蘇家吉水閘的工程等別為Ⅱ等，建筑物級別為2級。

此次的水閘除險加固工程屬I I等工程，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，根據(jù)《水閘設計規(guī)范》（SL 265-2001），本工程導流建筑物的級別為4級，其洪水標準為10～20年一遇，考慮到本工程特點，施工導流采用10年一遇洪水標準。

水閘排澇設計標準：內(nèi)河排澇設計洪水標準為10年一遇（洪峰流量958m3/s），校核洪水標準為20年一遇（洪峰流量1258m3/s）；原水閘設計排水流量987m3/s，原校核排水流量1240m3/s。

表2 閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果表

水閘防洪設計標準：主要防御外河洪水，其設計洪水標準為30年一遇（水位39.96m），校核洪水標準為100年一遇（水位41.09m）。

水閘灌溉設計標準：主要為區(qū)域內(nèi)67.5萬畝農(nóng)田提供灌溉用水，最大灌溉引水流量為67.5m3/s。

3.3 除險加固方案

按照以上的制定原則，此次對蘇家吉水閘的除險加固方案制定如下：

（1）拆除原水閘閘室，將水閘閘室長度由19m加長至21m，水閘底板高程仍然為28.0m，因閘室兩端堤頂高程為42.50m，考慮到穿堤建筑物需在堤頂高程上加0.5m安全超高，因此閘墩頂高程為43.00m（外河側(cè)）、41.10m（內(nèi)河側(cè)）。

（2）水閘閘室初擬采用5孔或6孔，閘室凈寬10.0m或9.0m。

（3）在閘室內(nèi)河側(cè)閘墩頂（41.10m）布置凈寬7.0m交通橋一座。

（4）為便于檢修、維護并結(jié)合閘上交通橋的布置，將防洪門由弧形鋼閘門改為平面鋼閘門，防洪門由固定卷揚式啟閉機啟閉，閘門檢修在43.0m的檢修平臺進行，且檢修期一般安排在枯水期內(nèi)河水外排時。

（5）在閘墩頂（43.00m）布置鋼閘門啟閉機排架和巡視平臺。

（6）為增加閘室的穩(wěn)定性，在閘室中部布置1.5m厚擋水胸墻。

（7）根據(jù)新閘室布置情況，并為結(jié)合水閘相關功能的需要，重新布置水閘站址范圍內(nèi)的相關附屬建筑物，初擬將水閘管理站房布置到水閘內(nèi)河左岸填筑平臺上。

4 結(jié)論

對于類似水利工程，在對水閘除險加固方案的設計中，必須充分考慮各方面的影響因素，才能最終制定出最為合理的設計方案。才能保障其安全穩(wěn)定的運行。

［1］G B 50201-94.防洪標準［S］.

［2］SL 265-2001.水閘設計規(guī)范［S］.

［3］尹如飛.關于明秀水閘除險加固工程初步設計的探討［J］.沿海企業(yè)與科技，2011（06）：91-93.

［4］試驗場水庫大壩除險加固技術(shù)措施探究［J］.水利建設與管理，2013（06）：55-58.

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1672-2469（2015）06-0097-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.06.033

姚久經(jīng)（1972年—），男，工程師。