楊安泉

（湖北省隨州市水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院 湖北隨州 441300）

水利工程水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)分析

楊安泉

（湖北省隨州市水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院 湖北隨州 441300）

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)開展了大量水利工程項(xiàng)目。水利工程中水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)是保證水利設(shè)置安全的關(guān)鍵。水利工程的核心就是水閘，它對(duì)水利工程功能的成功實(shí)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(xiǎn)加固過程為示范，盡可能詳細(xì)的描述水利工程水閘的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)及過程分析。

水利工程；水閘；除險(xiǎn)加固

1 引言

水閘是水庫大壩運(yùn)行環(huán)節(jié)的“咽喉”，其在整個(gè)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(huì)特別容易使水庫各處產(chǎn)生危險(xiǎn)，不但會(huì)造成嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)給人民帶來很多消極的影響。所以，施工過程中要認(rèn)真參照項(xiàng)目的施工環(huán)境和周圍的水文條件，把水利工程的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)做好，完善水閘設(shè)計(jì)，以保證工程的安全性和收益性。

2 水利工程相關(guān)介紹以及除險(xiǎn)加固的必要性

水庫運(yùn)行至除險(xiǎn)加固前，淤積嚴(yán)重，基礎(chǔ)滲漏及壩體填筑質(zhì)量差，已存在嚴(yán)重隱患，影響安全運(yùn)行，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。①是灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的需要。有舉足輕重的地位，水庫帶病運(yùn)行無法滿足下游灌區(qū)的用水要求，給當(dāng)?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(duì)該水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固恢復(fù)庫容是當(dāng)務(wù)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(duì)象是政府所在地，公路及周邊農(nóng)田、林地。水庫的安全關(guān)系到下游灌區(qū)人民財(cái)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(shí)況

水閘的主要工程任務(wù)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(wù)主要是供水與農(nóng)業(yè)灌溉，但同時(shí)又承擔(dān)了部分防洪任務(wù)。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(xiǎn)工作，當(dāng)?shù)厮辈煸O(shè)計(jì)院所組織了專家組對(duì)其實(shí)施了全方位的檢測(cè)和類別鑒定，鑒定結(jié)果表示該水閘為三類閘，屬于病險(xiǎn)水閘。鑒定報(bào)告主要總結(jié)為以下幾方面：①工程的設(shè)計(jì)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(guān)的設(shè)計(jì)要求規(guī)范。同時(shí)，水閘左岸防護(hù)堤壩的頂部高度偏小，不符合相關(guān)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(guān)、地基應(yīng)力等均滿足相關(guān)工程要求。但左岸的實(shí)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(zhǎng)都不符合相關(guān)工程規(guī)范。水閘防沖能力也不符合規(guī)范，而且護(hù)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(jìn)水閘的鋼閘門銹蝕嚴(yán)重，閘門槽也出現(xiàn)變形，啟閉機(jī)和螺桿銹蝕，啟閉困難。工程電氣線路老化嚴(yán)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(jī)房和通訊設(shè)備簡(jiǎn)陋。防汛的公路損毀嚴(yán)重，幾乎不能通行。鑒定結(jié)果認(rèn)為此處存在許多安全隱患，應(yīng)立即實(shí)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(shè)計(jì)流量和水閘下游斷面水位流量間的關(guān)系，進(jìn)行了相關(guān)計(jì)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(dá)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(fēng)化灰?guī)r，物理性質(zhì)較好。地基承載力達(dá)到了水閘的荷載要求，幾乎不會(huì)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(shè)施。地下水均屬HCO3-Ca-Mg型，其對(duì)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(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

4.1 總體設(shè)計(jì)

該水閘的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇，但實(shí)際校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇。根據(jù)查找發(fā)現(xiàn)，該水閘的攔河閘、灌溉閘、實(shí)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(shí)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(qiáng)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(shè)置人行橋，而且還要使其軸線處與于舊的實(shí)用堰段延長(zhǎng)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(shí)用堰段、新建3孔攔河閘段、新建實(shí)用堰段和新建1孔灌溉閘段。

并且，還應(yīng)該順著水流的方向，在水閘中設(shè)計(jì)鋪蓋、實(shí)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(shí)還需要放置長(zhǎng)10.0m的鋼筋混凝土在水閘上部，設(shè)置鋪蓋頂部高程為22.00m，然后開挖至巖基面，此時(shí)鋪蓋厚度為0.60m。該水閘工程河床基巖是灰?guī)r，因?yàn)榛規(guī)r具有良好的巖性，所以可在新建設(shè)的消力池與海漫段處直接開挖至基巖面，然后把它當(dāng)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(zhǎng)度共計(jì)為22.30m?？紤]到原實(shí)用堰段下游基巖面高程為11.20m，所以把消力池水平段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為16.30m，斜坡段水平投影長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為6.20m，消力池深度設(shè)計(jì)為0.30m。新建實(shí)用堰段下游基巖面高程20.30m，設(shè)計(jì)消力池水平段長(zhǎng)度為17.50m，斜坡段水平投影長(zhǎng)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(shè)計(jì)長(zhǎng)度為14.10m，斜坡段水平投影長(zhǎng)度9.30m，池深1.20m。消力池下游增設(shè)長(zhǎng)度達(dá)12.00m的海漫，海漫基巖面高程為20.40m。

4.2 實(shí)用堰加固設(shè)計(jì)

根據(jù)這水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的總體計(jì)劃，留下了原來實(shí)用堰段的局部堰體，這樣使實(shí)用堰段的寬度達(dá)到60.30m，里面包括原實(shí)用堰段寬度為33.00m，和新修建的實(shí)用堰段寬度為27.30m。另外，還需每間隔12.00m設(shè)置一永久縫，使堰頂高程達(dá)到23.60m，水閘上游堰面為垂直段，實(shí)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?biāo)飨蚩傞L(zhǎng)8.60m。在實(shí)用堰段后面設(shè)置人行橋，使橋高為28.00m。

將原實(shí)用堰保留段的堰體面去除45.00cm厚后，需要用漿砌石對(duì)內(nèi)部進(jìn)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(xiàng)工作完成后，再下入錨桿，之后開始封孔。除此之外，還要設(shè)計(jì)合適的錨桿和鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，而且還要澆筑C30抗沖磨混凝土。應(yīng)該可以使用M10的漿砌石填筑新建實(shí)用堰段堰體，但是對(duì)厚度達(dá)45cm堰表面，必須采用C30抗沖磨混凝土澆筑才行?；炷翝仓^程中前場(chǎng)和后場(chǎng)均須布置管理人員隨時(shí)指揮協(xié)調(diào)。

4.3 攔河閘和灌溉閘加固設(shè)計(jì)

新修筑攔河閘段閘底板高程20.60m，這時(shí)的閘孔數(shù)達(dá)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?biāo)飨蜷L(zhǎng)度8.30m，閘頂高程26.50m。與此同時(shí)，新建灌溉閘段閘底板高程達(dá)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(shí)應(yīng)該使用分層澆筑工藝實(shí)施，邊墩厚度為厚0.90m，閘室總寬度3.20m，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)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(duì)不大，因此不需要在灌溉閘的下游處進(jìn)行消力池的布設(shè)，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(yáng)式啟閉機(jī)。在閘頂上部布置人行橋，橋面高程26.50m。

4.4 泄水閘加固設(shè)計(jì)

泄水閘及船閘上閘首和泄水室的設(shè)計(jì)是大概相同的。水閘閘室是開敞式的水閘設(shè)計(jì)，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(chǔ)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(jī)起吊方式。閘室下游連接設(shè)計(jì)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(xiǎn)加固過程中，水閘設(shè)計(jì)受各方影響較廣，又因?yàn)楦鞑糠致?lián)系不大，所以在實(shí)施水閘設(shè)計(jì)時(shí)，一定要認(rèn)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(shí)也要綜合國(guó)內(nèi)外水庫防險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)實(shí)例的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，逐漸修正自身不足，在品質(zhì)上保證水庫除險(xiǎn)加固的安全性與效益性。

[1]李娜，何鮮峰，張斌，等.水閘除險(xiǎn)加固管理工作信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[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(shè)計(jì)中的應(yīng)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(xiǎn)加固工程水土保持措施設(shè)計(jì)研究[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，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(shè)計(jì)工作。