楊安泉

（湖北省隨州市水利水電規(guī)劃勘測設計院 湖北隨州 441300）

水利工程水閘除險加固設計分析

楊安泉

（湖北省隨州市水利水電規(guī)劃勘測設計院 湖北隨州 441300）

近年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國開展了大量水利工程項目。水利工程中水庫除險加固設計是保證水利設置安全的關鍵。水利工程的核心就是水閘，它對水利工程功能的成功實現(xiàn)有著直接影響。鑒于這種原因，本文將用某一水利工程的水閘除險加固過程為示范，盡可能詳細的描述水利工程水閘的除險加固設計及過程分析。

水利工程；水閘；除險加固

1 引言

水閘是水庫大壩運行環(huán)節(jié)的“咽喉”，其在整個水利工程中的重要性不言而喻。在水庫水閘的工作過程中，如果“咽喉”水閘受損，將會特別容易使水庫各處產(chǎn)生危險，不但會造成嚴重的社會經(jīng)濟損失，而且會給人民帶來很多消極的影響。所以，施工過程中要認真參照項目的施工環(huán)境和周圍的水文條件，把水利工程的除險加固設計做好，完善水閘設計，以保證工程的安全性和收益性。

2 水利工程相關介紹以及除險加固的必要性

水庫運行至除險加固前，淤積嚴重，基礎滲漏及壩體填筑質(zhì)量差，已存在嚴重隱患，影響安全運行，嚴重制約著當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。①是灌區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定的需要。有舉足輕重的地位，水庫帶病運行無法滿足下游灌區(qū)的用水要求，給當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了一定阻礙作用。根據(jù)大壩安全鑒定，對該水庫進行除險加固恢復庫容是當務之急。②加固水庫是防洪的需要。水庫是一座攔河水庫，下游主要防洪對象是政府所在地，公路及周邊農(nóng)田、林地。水庫的安全關系到下游灌區(qū)人民財產(chǎn)和生命，所以從防洪角度來看，必須加固水庫。③加固水庫是發(fā)展的需要。加固水庫是充分發(fā)揮現(xiàn)有骨干水利工程效益，保證灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的需要。

3 工程概況

3.1 工程實況

水閘的主要工程任務是：灌溉農(nóng)田410hm2，給1.5萬人和1.1萬人提供日常用水和用來支持1000hm2土地的防洪。由此看來，水閘的任務主要是供水與農(nóng)業(yè)灌溉，但同時又承擔了部分防洪任務。因此，可分析該水閘是一座中型Ⅲ類水閘。在該水閘工作幾年后，為確保其能繼續(xù)無危險工作，當?shù)厮辈煸O計院所組織了專家組對其實施了全方位的檢測和類別鑒定，鑒定結(jié)果表示該水閘為三類閘，屬于病險水閘。鑒定報告主要總結(jié)為以下幾方面：①工程的設計要求為20a一遇洪水，但按照該要求校核，發(fā)現(xiàn)該水閘的過流能力欠缺，水閘頂部高度也不符合相關的設計要求規(guī)范。同時，水閘左岸防護堤壩的頂部高度偏小，不符合相關要求。②經(jīng)過重新檢查發(fā)現(xiàn)，閘基抗?jié)B性能穩(wěn)定、閘室抗滑能力過關、地基應力等均滿足相關工程要求。但左岸的實用堰出現(xiàn)了部分掏空的現(xiàn)象，下游堰面也出現(xiàn)了不正常冒水現(xiàn)象，而且局部滲透穩(wěn)定性能也不滿足具體工程規(guī)范。③經(jīng)過重新檢查發(fā)現(xiàn)，該水閘消力池的池底部位被掏空，池深與池長都不符合相關工程規(guī)范。水閘防沖能力也不符合規(guī)范，而且護坦、海漫等水毀問題突出。④翻版閘門葉混凝土老化，破損，支鉸銹蝕，啟?？刂撇混`。泄洪閘和進水閘的鋼閘門銹蝕嚴重，閘門槽也出現(xiàn)變形，啟閉機和螺桿銹蝕，啟閉困難。工程電氣線路老化嚴重，并且沒有備用電源，供電安全得不到保障。⑤水利水閘工程管理機房和通訊設備簡陋。防汛的公路損毀嚴重，幾乎不能通行。鑒定結(jié)果認為此處存在許多安全隱患，應立即實行加固工程。

3.2 水文地質(zhì)條件

考察完該水利工程水閘的具體情況后，參照這一水閘的頻率設計流量和水閘下游斷面水位流量間的關系，進行了相關計算，總結(jié)得到了該水閘的特征水位與流量成果的數(shù)據(jù)，具體見表1。該水利工程地域所屬地貌主要為山地和丘陵態(tài)，它的地震基本烈度達Ⅵ度，地域穩(wěn)定性較好。并且，該水閘目前的閘址填土由第四系黏土填筑完成，下伏基巖為弱風化灰?guī)r，物理性質(zhì)較好。地基承載力達到了水閘的荷載要求，幾乎不會出現(xiàn)變形及抗滑穩(wěn)定問題和繞壩滲漏問題。但是，灰?guī)r為可沖刷巖，存在沖刷破壞問題，需完善該地下游消防沖設施。地下水均屬HCO3-Ca-Mg型，其對混凝土沒有腐蝕性。

表1 水閘特征水位和流量成果

4 水閘除險加固設計

4.1 總體設計

該水閘的洪水設計標準為20a一遇，但實際校核洪水標準為50a一遇。根據(jù)查找發(fā)現(xiàn)，該水閘的攔河閘、灌溉閘、實用堰的軸線各自不統(tǒng)一，這一問題使水閘的泄洪能力下降，同時該水閘的布局在總體來看也有許多不合適的地方。因此，為了增強該水閘的泄洪能力，并且保證它的灌溉閘可以繼續(xù)使用，不僅需要移址修建新的攔河閘和灌溉閘，而且需要修改水工布局。不僅要在新的攔河閘后設置人行橋，而且還要使其軸線處與于舊的實用堰段延長線上。在樞紐工程重新完固之后，從左岸到右岸，依次分布的是原實用堰段、新建3孔攔河閘段、新建實用堰段和新建1孔灌溉閘段。

并且，還應該順著水流的方向，在水閘中設計鋪蓋、實用堰攔河閘、灌溉閘、消力池斜坡段和消力池水平段以及海漫等。同時還需要放置長10.0m的鋼筋混凝土在水閘上部，設置鋪蓋頂部高程為22.00m，然后開挖至巖基面，此時鋪蓋厚度為0.60m。該水閘工程河床基巖是灰?guī)r，因為灰?guī)r具有良好的巖性，所以可在新建設的消力池與海漫段處直接開挖至基巖面，然后把它當做消力池底板再施工。

除此之外，在水閘工程中，消力池斜坡段坡度為1：5，消力池長度共計為22.30m?？紤]到原實用堰段下游基巖面高程為11.20m，所以把消力池水平段長度設計為16.30m，斜坡段水平投影長度設計為6.20m，消力池深度設計為0.30m。新建實用堰段下游基巖面高程20.30m，設計消力池水平段長度為17.50m，斜坡段水平投影長度為5.30m。攔河閘段下游基巖面高程為19.70m，消力池水平段設計長度為14.10m，斜坡段水平投影長度9.30m，池深1.20m。消力池下游增設長度達12.00m的海漫，海漫基巖面高程為20.40m。

4.2 實用堰加固設計

根據(jù)這水閘除險加固設計的總體計劃，留下了原來實用堰段的局部堰體，這樣使實用堰段的寬度達到60.30m，里面包括原實用堰段寬度為33.00m，和新修建的實用堰段寬度為27.30m。另外，還需每間隔12.00m設置一永久縫，使堰頂高程達到23.60m，水閘上游堰面為垂直段，實際高程2.50m，上游堰頂為半徑R=1.40m的圓弧段，其中心角為90°下游堰面為半徑R=5.30m，其中心角為35°的圓弧段，通過半徑R=9.80m，中心角為25°的反弧段與消力池相連，順水流向總長8.60m。在實用堰段后面設置人行橋，使橋高為28.00m。

將原實用堰保留段的堰體面去除45.00cm厚后，需要用漿砌石對內(nèi)部進行水泥充填灌漿處理，灌漿孔距、排距2.30m，梅花形布局，注漿孔入巖1.20m。此項工作完成后，再下入錨桿，之后開始封孔。除此之外，還要設計合適的錨桿和鋪設鋼筋網(wǎng)，而且還要澆筑C30抗沖磨混凝土。應該可以使用M10的漿砌石填筑新建實用堰段堰體，但是對厚度達45cm堰表面，必須采用C30抗沖磨混凝土澆筑才行。混凝土澆筑過程中前場和后場均須布置管理人員隨時指揮協(xié)調(diào)。

4.3 攔河閘和灌溉閘加固設計

新修筑攔河閘段閘底板高程20.60m，這時的閘孔數(shù)達3孔，閘孔的寬度都為6.30m，中墩與邊墩厚度分別是1.20m、0.80m，閘室總寬度為22.50m，順水流向長度8.30m，閘頂高程26.50m。與此同時，新建灌溉閘段閘底板高程達23.10m，閘孔數(shù)為1孔，閘孔凈寬度為1.80m，閘室底板厚2.90m，這時應該使用分層澆筑工藝實施，邊墩厚度為厚0.90m，閘室總寬度3.20m，順水流向長度8.30m，閘頂高程26.50m，正常蓄水位23.90m，下游正常水位23.78m。由于水位差相對不大，因此不需要在灌溉閘的下游處進行消力池的布設，但仍然要順接0.40m厚底板的矩形灌溉渠。除此，閘門都使用平板鋼閘門、固定卷揚式啟閉機。在閘頂上部布置人行橋，橋面高程26.50m。

4.4 泄水閘加固設計

泄水閘及船閘上閘首和泄水室的設計是大概相同的。水閘閘室是開敞式的水閘設計，共5孔，每空凈寬2.30m，中敦厚2.30m，邊敦厚1.70m，閘室總寬度23.50m，閘室基礎高程24.20m。閘室堰體采用有坎寬頂堰，工作閘門才用平板鋼閘門垂直起吊（門頂允許過水方式），檢修閘門槽采用門機起吊方式。閘室下游連接設計主要有：斜坡連接段，消力池，海漫以及兩岸處理建筑物。

5 結(jié)語

由上文可知，在操作水庫除險加固過程中，水閘設計受各方影響較廣，又因為各部分聯(lián)系不大，所以在實施水閘設計時，一定要認真按照水庫工程施工規(guī)范操作，做好底板等部位的工作。同時也要綜合國內(nèi)外水庫防險加固設計實例的經(jīng)驗技術，逐漸修正自身不足，在品質(zhì)上保證水庫除險加固的安全性與效益性。

[1]李娜，何鮮峰，張斌，等.水閘除險加固管理工作信息管理系統(tǒng)的設計[J].人民黃河，2015，32（4）：93～94.

[2]張李蘇.工程圖紙掃描輸入及矢量化在水利工程設計中的應用[J].江西水利科技，2015：155～157.

[3]鄒立博，叢博.五道河子水閘除險加固工程水土保持措施設計研究[J].水土保持應用技術，2015（4）：29～30.

TV66

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1004-7344（2016）29-0148-02

2016-9-24

楊安泉（1982-），男，工程師，本科，主要從事水利水電設計工作。