(安徽省淮河河道管理局， 安徽 蚌埠 233000)

王家壩閘水工建筑物安全復(fù)核評(píng)價(jià)結(jié)果分析

李艷東

(安徽省淮河河道管理局， 安徽 蚌埠 233000)

王家壩閘位于淮河上中游分界處,是淮河干流蒙洼蓄洪區(qū)的進(jìn)洪控制工程。為全面了解王家壩閘安全狀況，滿足工程達(dá)標(biāo)要求，按有關(guān)規(guī)定需對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固后首次安全鑒定。本文通過對(duì)王家壩閘過流能力、消能防沖、滲流、抗滑穩(wěn)定及主要結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，介紹水工建筑物安全復(fù)核計(jì)算評(píng)價(jià)的方法和過程，為類似工程的安全復(fù)核計(jì)算提供參考和借鑒。

王家壩閘； 安全評(píng)價(jià)； 結(jié)果分析

1 概 述

王家壩閘為淮河干流蒙洼蓄洪區(qū)的進(jìn)洪建筑物，與蒙洼蓄洪圈堤、曹臺(tái)孜退水閘共同組成蒙洼蓄洪工程。蓄洪區(qū)總面積180.40km2，設(shè)計(jì)蓄洪水位27.70m，相應(yīng)蓄洪量7.50億m3。

王家壩閘被譽(yù)為“千里淮河第一閘”，王家壩水位也被稱為淮河防汛的“晴雨表”，是淮河災(zāi)情的“風(fēng)向標(biāo)”。王家壩閘自建成以來，已有12個(gè)洪水年份15次開閘蓄洪記錄，累計(jì)蓄洪總量74.90億m3。王家壩閘始建于1953年，2003～2004年進(jìn)行了全面除險(xiǎn)加固。設(shè)計(jì)防洪水位29.20m(85國家基準(zhǔn)高程，下同)，設(shè)計(jì)進(jìn)洪流量1626m3/s，為Ⅱ等大(2)型工程，其中閘室、岸墻等主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，上、下游翼墻等次要建筑物級(jí)別為3級(jí)[1,2]。王家壩閘附近堤防蒙洼淮堤級(jí)別為3級(jí)[1,2]。閘上公路橋設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)為公路Ⅱ級(jí)。

王家壩閘安全復(fù)核條件如下：設(shè)計(jì)進(jìn)洪流量1626m3/s，相應(yīng)閘上水位29.20m，閘下水位27.70m；擋水期閘上水位29.20m，閘下無水。鑒于洪水調(diào)度時(shí)存在王家壩閘上水位超過29.20m不開閘的可能，而2007年開閘前，閘上實(shí)際最高擋水位已達(dá)29.59m，故應(yīng)增加超標(biāo)準(zhǔn)洪水工況閘室穩(wěn)定分析計(jì)算?？紤]閘室為開敞式結(jié)構(gòu)，復(fù)核計(jì)算取最大擋水位平閘門頂高程29.66m。

2 水工建筑物復(fù)核計(jì)算

2.1 水力計(jì)算與分析

2.1.1 閘孔泄流能力計(jì)算

進(jìn)洪閘設(shè)計(jì)進(jìn)洪條件：開閘蓄洪期閘上水位29.20m，閘下水位27.70m，設(shè)計(jì)進(jìn)洪流量1626m3/s。底坎高程24.36m，共13孔，每孔凈寬8m。

過水能力復(fù)核系根據(jù)現(xiàn)有閘孔斷面，設(shè)計(jì)進(jìn)口水深和出口水深，計(jì)算通過流量，與設(shè)計(jì)流量進(jìn)行比較。根據(jù)水閘閘室的結(jié)構(gòu)型式，在設(shè)計(jì)泄流條件下王家壩閘室為自由出流，閘孔過水能力按自由出流計(jì)算[3]。

在設(shè)計(jì)進(jìn)洪條件下，進(jìn)洪閘閘室過流能力為1798.70m3/s，滿足設(shè)計(jì)流量1626m3/s要求。

2.1.2 消能防沖計(jì)算

當(dāng)王家壩閘上水位達(dá)到29.20m時(shí)，閘門逐步開啟進(jìn)行蓄洪，復(fù)核閘下消能防沖性能。消能設(shè)施復(fù)核計(jì)算采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265—2001)附錄B公式進(jìn)行計(jì)算。

王家壩閘13孔閘門按照《王家壩閘控制運(yùn)用辦法》，利用自動(dòng)化啟閉方式逐步打開13孔閘門實(shí)施分洪。開啟閘門時(shí)，按照每序每次提升0.50m。王家壩閘消能防沖復(fù)核計(jì)算成果見表1。

表1 王家壩閘消能防沖復(fù)核計(jì)算成果

計(jì)算結(jié)果表明，王家壩閘現(xiàn)狀13孔孔徑過流能力滿足設(shè)計(jì)進(jìn)洪流量1626m3/s的要求；現(xiàn)有消力池深度、長度和底板厚度均能滿足消能要求；海漫長度、防沖槽深度及上游護(hù)底首端齒墻深度滿足防沖要求。

2.2 穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算和分析

根據(jù)確定的工程運(yùn)行條件和建筑物級(jí)別，按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)閘基滲流穩(wěn)定和閘室、翼墻抗滑穩(wěn)定及地基應(yīng)力等進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

2.2.1 閘基滲流穩(wěn)定復(fù)核

王家壩閘閘基防滲輪廓線主要由上游護(hù)坦和閘底板組成。閘室底板拆除重建，水平防滲長度按底板實(shí)際長度12m計(jì)，而上游防滲護(hù)坦混凝土缺陷因加固未處理，計(jì)算水平防滲長度仍按實(shí)際護(hù)坦長度的2/3計(jì)，亦為12m。加固時(shí)在上游護(hù)坦前端增設(shè)一道多頭小直徑攪拌樁截滲墻，墻深12m，深入相對(duì)不透水層1m，增加了垂直防滲長度，進(jìn)出口齒墻深均為2.40m。

閘基滲流計(jì)算采用阻力系數(shù)法[3]。該閘上游設(shè)計(jì)防洪水位29.20m，下游無水，水位差4.84m，最不利工況閘上水位齊閘門頂高程29.86m，閘下無水，水位差5.50m。閘基座落在粉質(zhì)黏土層上，水平段和出口段允許滲流坡降值[J]分別取0.30和0.60。滲流計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 閘基土滲透坡降計(jì)算成果

注滲流出口處設(shè)置反濾層，出逸坡降允許值可加大30%，故[J]=0.78。

由計(jì)算結(jié)果知，防洪期閘基土的水平段和出口段計(jì)算滲流坡降在規(guī)范規(guī)定的允許值以內(nèi)，在止水和排水設(shè)施完好的情況下，閘基滲透穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

2.2.2 閘室穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)王家壩閘閘室采用開敞式結(jié)構(gòu)、筏式鋼筋混凝土底板，具有大小底板分離式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，閘室穩(wěn)定計(jì)算選取兩相鄰順?biāo)飨蛴谰每p之間的大底板閘段作為計(jì)算單元，大底板垂直水流方向上、下面寬分別為12.84m和12.20m，順?biāo)鞣较蜷L12m，上部結(jié)構(gòu)有閘墩、公路橋、工作橋啟閉機(jī)房、檢修便橋等。閘底板坐落在工程地質(zhì)條件較好的粉質(zhì)黏土上，含水量較低，強(qiáng)度較高，地基承載力在210kPa以上。根據(jù)室內(nèi)飽和固結(jié)快剪試驗(yàn)測(cè)得，地基土內(nèi)摩擦角φ平均值12.7°，黏結(jié)力c平均值41.60kPa。王家壩閘閘室穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 閘室穩(wěn)定計(jì)算成果

依據(jù)表3所列的計(jì)算成果可知：各種工況下，閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定值1.30，滿足抗滑穩(wěn)定要求；計(jì)算基底應(yīng)力均小于堤基設(shè)計(jì)承載力210kPa，基底應(yīng)力不均勻系數(shù)均小于規(guī)范規(guī)定值2，滿足地基承載力穩(wěn)定要求。

2.2.3 翼墻穩(wěn)定分析

王家壩閘上、下游翼墻均為重力式結(jié)構(gòu)，墻身采用1∶3水泥砂漿砌塊石，設(shè)計(jì)墻頂高程29.56m，墻身最大擋土高度5.20m。斷面設(shè)計(jì)墻背為斜線，坡比1∶0.59；墻前為折線，上部3.90m高為垂直段，3.90～5.50m高為1∶0.25斜坡，混凝土底板總寬5m，厚0.40m，墻前懸挑0.80m，墻后懸挑0.40m。鑒于墻前水位越低，對(duì)翼墻穩(wěn)定越不利，故抗滑穩(wěn)定復(fù)核選用墻前無水工況。計(jì)算結(jié)果如下：基底最大壓應(yīng)力為148.81kPa，最小壓應(yīng)力為78.02kPa，不均勻系數(shù)1.91?？够踩禂?shù)為3.98，抗傾安全系數(shù)為7.94。翼墻在不利工況下，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定值1.30，滿足抗滑穩(wěn)定要求；計(jì)算基底應(yīng)力均小于堤基設(shè)計(jì)承載力210kPa，基底應(yīng)力不均勻系數(shù)均小于規(guī)范規(guī)定值2，滿足地基承載力穩(wěn)定要求。

2.3 主要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算和分析

根據(jù)王家壩閘結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，對(duì)閘室結(jié)構(gòu)、公路橋、檢修便橋等主要部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度復(fù)核。強(qiáng)度復(fù)核的基本資料取自安全檢測(cè)報(bào)告的數(shù)據(jù)，包括構(gòu)件的混凝土標(biāo)號(hào)及碳化深度。

2.3.1 閘室底板強(qiáng)度復(fù)核

閘室底板地基為粉質(zhì)黏性土，采用彈性地基梁法[3]進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。鑒于底板連同閘墩在順?biāo)飨虻膭偠群艽螅怪彼飨蚪Y(jié)構(gòu)單薄、剛度小、承載能力低，所以只驗(yàn)算垂直水流向的閘室底板強(qiáng)度。在垂直水流方向截取單位寬度的板條進(jìn)行分析，取大、小底板各1塊作為計(jì)算單元。按相關(guān)規(guī)范[4]規(guī)定進(jìn)行復(fù)核，結(jié)果見下頁表4。

由下頁表4可知，閘室底板斷面承載力計(jì)算均滿足設(shè)計(jì)要求。混凝土結(jié)構(gòu)閘室底板承載能力極限狀態(tài)能滿足規(guī)范要求。

表4 閘室底板結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算成果

2.3.2 閘墩結(jié)構(gòu)強(qiáng)度復(fù)核

閘墩結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：順?biāo)飨騽偠却?，承載能力也大，而垂直水流向結(jié)構(gòu)單薄，剛度小，承載能力低，所以只驗(yàn)算垂直水流向的閘墩強(qiáng)度。閘墩為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚1m，墩頂高程為31.20m。選取公路橋及排架柱下閘墩底部(▽24.36m)比較危險(xiǎn)截面單寬進(jìn)行抗壓、抗彎及抗剪復(fù)核計(jì)算。正截面和斜截面計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 閘墩正、斜截面承載力計(jì)算結(jié)果

由上述可知，兩個(gè)危險(xiǎn)截面承載力計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求?？紤]檢測(cè)閘墩碳化最大深度35mm，閘墩鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)底部斷面承載能力極限狀態(tài)能滿足規(guī)范要求。

2.3.3 公路橋強(qiáng)度復(fù)核

2.3.4 啟閉機(jī)梁強(qiáng)度復(fù)核

新建啟閉平臺(tái)高程39m，平臺(tái)寬5m。采用兩片C20預(yù)制混凝土簡支“π”形梁結(jié)構(gòu)，共13跨，單跨長9m?！唉小毙瘟旱膬?nèi)外肋梁共4根，梁高0.80m，肋寬0.30m。梁與梁之間設(shè)橫梁連接，橫梁截面尺寸為0.25m×0.50m(寬×高)。面板和活動(dòng)檢修蓋板厚0.10m?？紤]檢測(cè)啟閉機(jī)梁碳化最大深度5.50mm，啟閉機(jī)梁承受最大彎矩為956.86kN·m，小于彎矩允許值1096.26kN·m；最大剪力336.66kN，小于剪力允許值609.74kN，故啟閉機(jī)梁強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

3 結(jié) 論

a.王家壩閘現(xiàn)狀13孔孔徑過流能力滿足設(shè)計(jì)進(jìn)洪流量1626m3/s的要求。

b.王家壩閘現(xiàn)有消力池深度、長度和底板厚度均能滿足消能要求；海漫長度、防沖槽深度及上游護(hù)底首端齒墻深度滿足防沖要求。

c.防洪期王家壩閘閘基土的水平段和出口段計(jì)算滲流坡降均在規(guī)范規(guī)定的允許值以內(nèi)，在止水和排水設(shè)施完好的情況下，閘基滲透穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

d.各種工況下，閘室及翼墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)及基底應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

e.閘室混凝土結(jié)構(gòu)底板、閘墩斷面承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)均能滿足規(guī)范要求。

f.公路橋承載能力極限狀態(tài)和正常使用狀態(tài)復(fù)核均滿足規(guī)范要求。

g.啟閉機(jī)梁承載能力極限狀態(tài)和正常使用狀態(tài)均滿足規(guī)范要求。

王家壩閘水工建筑物工程復(fù)核計(jì)算分析不存在安全隱患問題。★

[1] GB 50201—94 防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] SL 252—2000 水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] SL 265—2001 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] SL 191—2008 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] JTG D60—2004 公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

AnalysisofSafetyReviewEvaluationResultsinWangjiabaGateHydraulicBuilding

LI Yan-dong

(Anhui Huaihe River Watercourse Administration, Bengbu 233000, China)

Wangjiaba Gate is located on upstream and midstream boundary in Huaihe River. It belongs to flood entrance control project in Huaihe River main stream Mengwa flood district. Primary safety identification after risk removal reinforcement should be conducted according to related regulation in order to fully understand security situation of Wangjiaba gate and meet engineering standard satisfying requirements. Wangjiaba gate flow capacity, energy dissipation and erosion, seepage, sliding resistance stability and major structural strength are reviewed and calculated in the paper. Method and process of hydraulic building safety review and calculation evaluation are introduced, thereby providing reference for safety review and calculation in similar projects.

Wangjiaba gate; safety evaluation; result analysis

TV698

B

1005-4774(2014)09-0057-04