麻媛

（山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044004）

加高閘門、閘頂在水閘除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

麻媛

（山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044004）

為探究水閘除險(xiǎn)加固方案，利用流域模型法對(duì)河道洪水流量進(jìn)行演算，求得水閘上下游的設(shè)計(jì)流量及校核流量。利用明渠均勻流公式，根據(jù)不同洪水流量計(jì)算水閘上下游水位，并據(jù)此復(fù)核閘室的過流能力。通過計(jì)算，提出加高閘門、閘頂?shù)某U(xiǎn)加固方法，以此控制水閘的下泄流量，起到保護(hù)下游防洪安全，實(shí)現(xiàn)引水灌溉的目的。

水閘；閘門；閘頂；除險(xiǎn)加固

1 引言

水閘是一種重要的擋水、泄水水工建筑物，在防洪、澆灌、漁業(yè)方面發(fā)揮了重大作用，也取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)的多數(shù)水閘建成已有70余年，目前很多水閘存在病險(xiǎn)情況。因此，對(duì)水閘除險(xiǎn)加固勢(shì)在必行。水閘的病險(xiǎn)種類主要包括防洪標(biāo)準(zhǔn)低、閘室和翼墻整體不穩(wěn)定、建筑物結(jié)構(gòu)老化損害嚴(yán)重等。病險(xiǎn)水閘的加固方法多種多樣，但當(dāng)河道洪水標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生變化，即對(duì)水閘復(fù)核計(jì)算時(shí)如出現(xiàn)較大洪水變化，水閘便難以維持正常運(yùn)行，此時(shí)就需要將水閘加高。水閘除險(xiǎn)加固的前提是準(zhǔn)確計(jì)算其在一定條件下的泄流能力。

2 工程概況

某地一水閘共有兩個(gè)閘孔，閘孔結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)閘孔凈寬3 m，閘孔采用二道分縫，中間由底板聯(lián)結(jié)。該水閘有節(jié)制閘和分洪閘兩部分組成，主要負(fù)責(zé)該區(qū)域的防洪以及農(nóng)田灌溉任務(wù)。工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。節(jié)制閘上下游邊坡均為1∶1.5，上游河道底寬10 m，下游河道底寬6 m。水閘現(xiàn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水設(shè)計(jì)，灌溉面積333.33 hm2。節(jié)制閘閘門高度及最大開啟高度均為3.0 m，閘頂高4.9 m。節(jié)制閘用陡坡將閘底板與消力池相連接。

該水閘除險(xiǎn)加固的主要目的就是對(duì)水閘上游的洪水進(jìn)行分洪，控制下泄流量，確保下游河流的防洪安全，以實(shí)現(xiàn)引水灌溉的目的。

3 洪水演算及水位計(jì)算

3.1 水閘上下游洪水演算

根據(jù)當(dāng)?shù)亓饔蚋艣r、氣象、流域特征參數(shù)、流域產(chǎn)匯流地類等相關(guān)水文概況，采取流域模型法對(duì)原河道進(jìn)行洪水演算，具體河道洪水演算結(jié)果如表1所示。

表1 水閘上下游河道洪水演算計(jì)算結(jié)果 單位：m3/s

3.2 水閘上下游水位計(jì)算

根據(jù)流域模型法演算出的洪峰流量，本次采用明渠均勻流公式，對(duì)原河道節(jié)制閘上下游水深進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。具體計(jì)算公式如下：

由公式（1）～（5）迭代可得：

式中：A——斷面面積，m2；

B——河道底寬，m；

m——邊坡系數(shù)；

h——水深，m；

Q——流量，m3/s；

R——水力半徑，m；

C——謝才系數(shù)，m0.5/s；

χ——濕周，m；

i——縱坡；

n——糙率。

根據(jù)已知參數(shù)及公式（1）～（6），通過多次迭代求得在不同洪峰流量及下泄流量下水閘上下游水位值。水閘上下游具體水力計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 水閘上下游水力計(jì)算結(jié)果表

4 閘室過流能力復(fù)核及除險(xiǎn)加固方案

按照堰流公式計(jì)算節(jié)制閘敞泄時(shí)的流量：

式中：Q——過閘流量，m3/s；

B0——閘孔總凈寬，m，取6；

H0——上游總水深，m；

H——上游水深，m；

v——上游流速，m/s；

g——當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，m/s2，一般取9.8；

m——流量系數(shù)，取0.385；

ε——側(cè)收縮系數(shù)，取0.968；

σ——堰流淹沒系數(shù)，取1。

4.1 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

根據(jù)設(shè)計(jì)洪水條件下，水閘上下游水力計(jì)算出的水深及流速，利用公式（7）～（8）計(jì)算節(jié)制閘敞泄時(shí)的流量，具體計(jì)算結(jié)果如表3所示。

由表3數(shù)據(jù)可知，在節(jié)制閘敞泄時(shí)，節(jié)制閘可通過的最大下泄洪水流量為65.96 m3/s，大于設(shè)計(jì)洪水條件下節(jié)制閘的下泄洪水流量50 m3/s。因此，在設(shè)計(jì)洪水位條件下，當(dāng)閘門全開敞泄時(shí)能夠滿足泄洪要求，水閘能夠起到安全防洪的作用。

4.2 校核洪水復(fù)核

根據(jù)校核洪水條件下，水閘上下游水力計(jì)算出的水深及流速，利用公式（7）～（8）計(jì)算節(jié)制閘敞泄時(shí)的流量，具體計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表3 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算結(jié)果表

表4 校核洪水復(fù)核計(jì)算結(jié)果表

由表4數(shù)據(jù)可知，在節(jié)制閘敞泄時(shí)，節(jié)制閘可通過的最大下泄洪水流量為116.31 m3/s，小于校核洪水條件下節(jié)制閘的下泄洪水流量為140.4 m3/s。因此，在校核洪水位條件下，當(dāng)閘門全開敞泄時(shí)不滿足泄洪要求，水閘不能夠起到安全防洪的作用，此時(shí)水閘需要進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理。

4.3 除險(xiǎn)加固方案

4.3.1 加高節(jié)制閘閘門

為了在符合分洪原則的前提下，滿足設(shè)計(jì)洪水的要求，閘門高度最終確定為3.8 m。閘室過流能力滿足要求但閘門高度及閘門開啟高度僅為3.0 m，不能滿足泄洪要求，因此需要加高閘門高度，經(jīng)計(jì)算，閘門加高0.8 m。

4.3.2 加高節(jié)制閘閘頂

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，節(jié)制閘閘頂高度應(yīng)為設(shè)計(jì)或校核洪水加上安全超高之和。本工程所涉及水閘的主要功能是泄洪，3級(jí)水閘泄水，應(yīng)有的設(shè)計(jì)洪水安全超高為0.7 m，校核洪水安全超高為0.4 m。

設(shè)計(jì)條件下設(shè)計(jì)閘頂高度為設(shè)計(jì)水深與安全超高之和，即4.038 m；校核條件下校核閘頂高度為校核水深與安全超高之和，即5.208 m。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，取最大計(jì)算值作為水閘閘頂?shù)母叨?，因此，閘頂高度應(yīng)提高到5.5 m，其中，原閘頂高度4.9 m，加高0.6 m。

4.3.3 節(jié)制閘設(shè)施改造

結(jié)合節(jié)制閘現(xiàn)場(chǎng)情況及上述計(jì)算成果，確定除險(xiǎn)加固方案：一是將閘門加高0.8 m，閘墩高度提高0.6 m，其中中墩先從上至下拆除2 m，再進(jìn)行加高，邊墩全部拆除，重新建設(shè)；二是針對(duì)閘墩的沖刷縫采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行填縫，針對(duì)沖刷掏空采用環(huán)氧混凝土填充；閘底板全部拆除，用C30鋼筋混凝土重新建造底板；三是拆除閘墩以上原有的磚砌機(jī)架，用C30鋼筋混凝土重新建造；四是增加消力池池深，加長(zhǎng)消力池池長(zhǎng)，加固消力池底板；五是對(duì)節(jié)制閘上下游連接段堤頂高程進(jìn)行調(diào)整，上下游連接段的翼墻完全拆除，用漿砌石扭面形式重建。

5 結(jié)論

第一，利用流域模型法對(duì)河道洪水流量進(jìn)行演算，求出節(jié)制閘上下游的設(shè)計(jì)流量及校核流量，進(jìn)而利用明渠均勻流公式，根據(jù)不同洪水流量計(jì)算節(jié)制閘上下游水位，并據(jù)此復(fù)核閘室的過流能力。通過計(jì)算，提出將原節(jié)制閘閘門加高0.8 m，將原節(jié)制閘頂加高0.6 m。這種除險(xiǎn)加固方案可以滿足不同條件下節(jié)制閘的泄洪要求。

第二，節(jié)制閘閘門、閘頂加高是在原有地基基礎(chǔ)上進(jìn)行加高，原有建筑物底高程等特征值保持不變。

第三，節(jié)制閘閘門、閘頂加高后，閘墩、中墩、邊墩等閘室整體的穩(wěn)定性以及節(jié)制閘上下游連接段還需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

TV66

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1004-7042（2016）12-0026-02

麻媛（1979-），女，2002年畢業(yè)于河海大學(xué)水利水電建筑工程專業(yè)，講師。

2016-10-16；

2016-11-28