張 龍

（安徽省茨淮新河工程管理局,安徽 蚌埠 233000）

1 工程概況

荊山湖行蓄洪區(qū)位于懷遠縣境內(nèi),面積72.1 km2,耕地8.6萬畝。荊山湖行洪區(qū)的運用,對降低淮南至蚌埠水位,確保淮北大堤以及蚌埠、淮南城市圈堤的防洪安全發(fā)揮著重要作用。為靈活、有效地控制荊山湖行蓄洪區(qū),加強對淮河洪水的調(diào)度,2003年水利部淮河水利委員會批復同意興建荊山湖行蓄洪區(qū)退洪閘工程。荊山湖退洪閘是荊山湖行蓄洪區(qū)治理改造工程項目之一,工程于2004年2月10日開工,2006年汛前完工。2006年8月28日通過了投入使用驗收,2007年4月8日通過水利部組織的竣工驗收,工程正式投入運行。

該退洪閘為鋼筋混凝土開敞式水閘,工程等級為大（2）型水閘,其主要建筑物為2級,次要建筑物為3級,堤防級別為3級,臨時建筑物為4級。閘室主要部位均為C20鋼筋混凝土結構,順水流方向長19 m,閘室總寬度為340.6 m。閘墩采用鋼筋混凝土實心結構,中墩厚1.4 m,邊墩厚1.2 m。閘底檻高程為17.0 m,閘頂高程25.8 m。閘門為直升式露頂平板定輪鋼閘門,共30孔,單孔凈寬10 m。水閘設計流量為3500 m3/s,反向進洪流量2000 m3/s,設計退水流量1000 m3/s。設計防洪水位23.85 m,校核洪水位24.35 m。閘室底板為兩孔一聯(lián)分縫的分離式底板型式,大底板厚1.5 m,小底板厚1.2 m,大小底板間設搭接縫,縫間設橡皮止水。閘室2#、4#、27#、29#孔為單孔大底板。啟閉機臺布置在閘室下游,頂面高程為35.9 m,啟閉機大梁支撐于排架上,啟閉機臺上設啟閉機房,凈高4.5 m、寬均為5.2 m,橋面凈寬6 m,橋面高程25.8 m,兩側各設寬0.5 m的護輪緣石。荊山湖退洪閘全景見圖1。

圖1 荊山湖蓄洪區(qū)退洪閘上游全景

圖2 荊山湖退洪閘閘門金屬結構

鑒于荊山湖退洪閘運行多年以來,尚未進行質(zhì)量檢測和安全鑒定分析。因此,根據(jù)水利部《水閘設計規(guī)范》（SL 265-2016）[1]及《水閘安全鑒定管理辦法》（水建管［2008］214號）等規(guī)范、規(guī)程要求,需對荊山湖退洪閘進行現(xiàn)場安全檢測報告和工程復核計算分析。及時復核閘頂高程、過流能力、消能防沖、建筑物穩(wěn)定和構筑物結構安全等方面,以此評價工程的安全運行狀態(tài)。

2 工程地質(zhì)條件

荊山湖退洪閘閘基中上部為近期河湖相沖、淤積地層。主要有：第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Qal～pl）,具體為灰色淤積、淤泥質(zhì)粘性土、①層灰黃～灰色輕粉質(zhì)壤土、②層棕紅～灰黃色重粉質(zhì)壤土、③層灰色重粉質(zhì)壤土、④層灰黃～灰色中粉質(zhì)壤土、⑤層稍密狀細砂,下伏下遠古界（Pt1）混合花崗巖。

勘探深度范圍內(nèi)揭露地層主要為近期河湖相沖、淤積地層,上部為重～中粉質(zhì)壤土層,局部夾輕粉質(zhì)壤土和砂壤土夾層,中部為細砂層,下部為粉質(zhì)粘土及花崗巖風化層。地下水主要以孔隙水的形式賦存于閘基地層中。根據(jù)試驗結果,閘基主要地層的透水性分為以下幾個級別：

①層輕粉質(zhì)壤土,局部夾有粉土,其滲透系數(shù)為1.00×10-4cm/s～6.00×10-4cm/s,具中等透水性。

②層重粉質(zhì)壤土,局部近粘土,其滲透系數(shù)為1.00×10-6cm/s～1.00×10-5cm/s,以微透水性為主,局部具弱透水性。

③層重粉質(zhì)壤土,局部為粉質(zhì)粘土,其滲透系數(shù)為5.00×10-6cm/s～2.00×10-5cm/s,具微透水性。

④層中粉質(zhì)壤土,其上部多夾重粉質(zhì)壤土,下部多夾輕粉質(zhì)壤土,其滲透系數(shù)為2.00×10-5cm/s～7.00×10-5cm/s,具弱透水性。

⑤層細砂,局部為中砂,其滲透系數(shù)為5.00×10-3cm/s～2.00×10-2cm/s,以中等透水性為主,局部具強透水性。

3 工程質(zhì)量檢測

經(jīng)現(xiàn)場檢測,荊山湖退洪閘閘門表面防腐良好,無大面積銹蝕及銹坑,根據(jù)現(xiàn)場具備的檢測條件,使用HCC-24型電腦涂層測厚儀測量閘門門體防腐涂層總厚度[2-4],檢測結果見表1。

表1 閘門門體防腐涂層總厚度檢測結果

以上結果說明閘門表面防腐良好,無大面積銹蝕及銹坑,抽檢的6扇閘門防腐涂層總厚度檢測結果符合設計圖紙及《水電水利工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》（DL/T 5018-2004）的技術要求。

閘門門體無明顯變形及扭曲的現(xiàn)象,面板、主梁、縱梁等主要構件未發(fā)現(xiàn)碰撞變形, 閘門表面局部略有銹蝕；焊縫及其熱影響區(qū)無異常變化；吊耳無變形及開裂；止水橡皮外觀良好,無明顯磨損、老化、開裂、破損等現(xiàn)象,止水橡皮壓板固定用螺栓表面銹蝕；滾輪表面銹蝕,未發(fā)現(xiàn)軸孔磨損變形；軌道埋件無明顯銹蝕；檢修閘門外觀正常,無明顯變形及銹蝕。

4 工程復核計算

在現(xiàn)有工程技術資料的基礎上,以檢查觀測資料和安全檢測成果為依據(jù),按照水利水電工程各專業(yè)現(xiàn)行的規(guī)程、規(guī)范和規(guī)定的要求,對工程進行結構安全復核計算[5-10]。本次復核計算主要內(nèi)容包括：（1）過流能力復核；（2）消能防沖復核；（3）抗?jié)B穩(wěn)定性復核；（4）整體穩(wěn)定性復核。

4.1 過流能力復核

荊山湖退洪閘共30孔,每孔凈寬10.0 m,閘室總寬340.6 m。水閘底檻高程為17.0 m,閘頂高程為25.8 m,閘室順水流向長19.0 m,中墩厚1.4 m。荊山湖退洪閘具有多種運行條件,過流能力復核由設計水位：湖內(nèi)側24.00 m,下游23.85 m,設計過閘流量3500 m3/s。

本工程行洪工況下,考慮下游水深與計入行進流速的上游總水頭之比大于0.9（即：hs/H0＞0.9）,該堰流處于高淹沒度,過流能力復核可按下列公式進行計算：

式中：Q為過閘流量,m3/s；B0為閘孔凈寬,m；μ0為淹沒堰流的綜合流量系數(shù)；hs為由堰頂算起的下游水深,m；H0為計入行進流速水頭的上游水深,m。

過閘流量計算成果見表2。由計算結果可知,閘門現(xiàn)狀復核流量為5516 m3/s,大于原設計流量3500 m3/s,說明閘門過流能力滿足要求。

表2 過流能力計算成果

4.2 消能防沖復核

荊山湖退洪閘采用綜合式消力池,反向進洪條件下湖內(nèi)側高程17.0 m,淮河側23.85 m,設計進洪流量2000 m3/s；退水條件下湖內(nèi)側24.00 m,淮河側22.5 m,退水流量1000 m3/s。消力池深度計算公式如下：

式中：d為消力池深,m；σ0為水躍淹沒系數(shù),可取1.05～1.10；q為過閘單寬流量,m3/（s·m）；T0為總勢能,m；hc為收縮水深,m；a為水流動能校正系數(shù),取a =1；Φ為流速系數(shù),取Φ=0.95；hc''為躍后水深,m；ΔZ為出池落差,m；hs'為出池河床水深,m。

消能防沖計算結果見表3。分析可知,反向進洪及退水工況下消力池長度、池深、底板厚度及海漫長度計算值均小于現(xiàn)狀值,均滿足規(guī)范要求,說明閘門消能防沖設施現(xiàn)狀滿足要求。

4.3 抗?jié)B穩(wěn)定性復核

荊山湖退洪閘防滲體由上游鋪蓋、多頭小直徑截滲墻、閘室底板及消力池構成,合計防滲長度68.6 m。滲徑復核時,取上下游最大水位差,即防洪校核水位,湖內(nèi)側17.0 m,淮河側24.35 m,所需防滲長度為L=4×（24.35-17.0）=29.4 m,現(xiàn)狀閘基防滲長度為68.6 m,閘基防滲長度滿足規(guī)范要求。

規(guī)范要求水閘水平段和出口段的滲流坡降必須小于規(guī)定的水平段和出口段允許滲流坡降值,水平段和出口段的滲流坡降計算結果見表4。允許滲透坡降按壤土取值。根據(jù)《水閘設計規(guī)范》,滲流出口處設反濾時,允許滲透坡降值可增大30%。

表4 地基土滲透安全復核結果

從上述滲透計算結果可知,閘基水平段和出口段滲流坡降值分別為0.007和0.138,均小于規(guī)范允許值,滿足規(guī)范要求。

4.4 閘室整體穩(wěn)定性復核

荊山湖退洪閘的閘室均為鋼筋混凝土結構,底板順水流向長19 m,閘底板為分離式結構,大底板厚1.5 m,小底板厚1.2 m,中墩厚1.4 m,公路橋布置在閘上側,啟閉機房布置在閘下側。為簡化計算,選取一跨大底板作為計算單元進行抗滑穩(wěn)定計算。閘室穩(wěn)定計算荷載包括自重、水重、水壓力、風浪壓力、滲透壓力等。退洪閘閘底板座落在表層重粉質(zhì)壤土上,本次計算確定閘底板與地基之間的摩擦系數(shù)為0.3。閘室結構計算簡圖見圖3。

圖3 荊山湖退洪閘閘室結構計算簡圖（單位：mm）

在各種計算情況下,閘室平均基底應力不大于地基允許承載力,最大基底應力不大于地基允許承載力的1.2倍；閘室基底應力的最大值與最小值之比,基本組合不大于2.00,特殊組合不大于2.50；閘室基底應力按下式計算：

閘室穩(wěn)定計算結果見表5。根據(jù)以上計算結果：各工況下基底壓應力不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求。完建期閘室平均基底應力均大于天然地基允許承載力,由于地基已采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁進行加固,加固后閘室穩(wěn)定可以滿足規(guī)范要求。

各工況下閘室抗滑穩(wěn)定計算見表6。從表中的結果可以看出,各個工況下,計算安全系數(shù)分別為1.52、1.34和2.88,均大于允許安全系數(shù),閘室抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。

表6 閘室抗滑穩(wěn)定計算成果

5 結論

本文以荊山湖行蓄洪區(qū)退洪閘安全鑒定工程為例,首先對該閘門金屬結構和土建部分進行了系統(tǒng)的現(xiàn)場安全檢測,之后從過流能力、消能防沖、抗?jié)B穩(wěn)定性以及閘室整體穩(wěn)定性等方面對閘門結構安全進行復核計算分析,最終得到以下結論供閘門安全鑒定參考：

（1）閘門整體外觀正常,無明顯變形,焊縫及其熱影響區(qū)無異常變化,滾輪表面和螺栓表面局部略有銹蝕；

（2）閘門現(xiàn)狀復核流量為5516 m3/s,大于原設計流量3500 m3/s,閘門過流能力滿足要求；

（3）各工況下消力池長度、池深、底板厚度及海漫長度計算值均小于現(xiàn)狀值,閘門消能防沖設施現(xiàn)狀滿足要求；

（4）閘基水平段和出口段滲流坡降值分別為0.007和0.138,小于規(guī)范允許值,閘基滲流穩(wěn)定滿足規(guī)范要求；

（5）各個工況下閘室穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.52、1.34和2.88,均大于允許安全系數(shù),閘室抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。