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        水利工程水閘除險加固設計分析

        2016-08-10 04:47:23楊安泉
        大科技 2016年29期
        關鍵詞:攔河閘閘室消力池

        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

        A

        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。

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