姚久經(jīng)

（常德市鼎城區(qū)沖柳排水工程管理處，湖南常德415000）

蘇家吉水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案探討

姚久經(jīng)

（常德市鼎城區(qū)沖柳排水工程管理處，湖南常德415000）

本文就蘇家吉水閘存在的安全隱患進(jìn)行核定、評(píng)價(jià)，并根據(jù)規(guī)范要求及實(shí)際情況，對(duì)蘇家吉水閘除險(xiǎn)加固方案進(jìn)行探討。以期對(duì)同等類型的水閘除險(xiǎn)加固工程有所幫助。

水閘；除險(xiǎn)加固；設(shè)計(jì)方案；安全系數(shù)

1 工程概況

蘇家吉水閘位于湖南常德鼎城沅水尾閭，處于沅水下游沅澧垸的一線防洪堤上，是沖柳撇洪河入沅水的總出口。蘇家吉水閘是一座以排水為主，結(jié)合防洪、抗旱、灌溉等綜合效益的大型水利工程。閘址距常德市32km。蘇家吉水閘的具體任務(wù)包括排水、防洪和灌溉?？刂萍昝娣e560.3km2，受益單位有武陵、鼎城兩區(qū)的24個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)及洞庭、賀家山、萬(wàn)金障等農(nóng)場(chǎng)。

2 水閘存在的安全隱患及分析

根據(jù)《蘇家吉水閘安全鑒定報(bào)告書(shū)》的結(jié)論，該水閘安全鑒定類別為Ⅲ類，并提出如下維修加固建議：

（1）水閘抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，嚴(yán)重危及水閘的安全，必須進(jìn)行加固處理；

（2）上游護(hù)坦大面積沖毀，需做加固處理；

（3）胸墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足要求，外河刺墻抗彎和抗裂不滿足要求，需做加固處理；

（4）內(nèi)湖混凝土刺墻及混凝土矮導(dǎo)墻碳化深度較大，需做加固處理；

（5）水閘各主要混凝土構(gòu)件不同程度的出現(xiàn)裂縫、混凝土剝落、漏筋等現(xiàn)象，需做加固處理；

（6）閘門(mén)銹蝕深度達(dá)50%，在高水位運(yùn)行中，安全系數(shù)偏低，需更換；

（7）電氣設(shè)備容量偏小，不能滿足水閘在高水位下運(yùn)行要求，需更換；

（8）必須完善觀測(cè)設(shè)施。

2.1 原閘室抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算

2.1.1 閘室抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式：

式中：KC—沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)，f取0.25；φ0—閘室基礎(chǔ)底面與土質(zhì)地基之間的摩擦角（°），φ取13°；C0—閘室基礎(chǔ)底面與土質(zhì)地基之間的粘聚力（K pa），C0=0.25C，C取22.5K pa；A—閘室基底面的面積（m2）；ΣG—作用于閘室上的全部豎向荷載（K N）；ΣH—作用于閘室上的全部水平向荷載（K N）。

2.1.2 設(shè)計(jì)工況

該水閘外河設(shè)計(jì)水位為33.25m，外河設(shè)計(jì)洪水位（P=3.33%）為39.96m，外河校核洪水位（P =1%）為41.09m，本次復(fù)核計(jì)算采用的工況見(jiàn)表1。

表1 各計(jì)算工況上下游水位值表

2.1.3 抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算結(jié)果及分析

閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2 原閘室底板強(qiáng)度復(fù)核計(jì)算

原閘室底板厚度1.5m，單孔閘室底板平面尺寸19m×11.8m（長(zhǎng)×寬），閘室底板垂直水流方向布置的受力鋼筋為Φ25@300，單位寬度A s =1636.0m m2。

復(fù)核工況（即設(shè)計(jì)洪水情況下）閘室底板強(qiáng)度。結(jié)合前面穩(wěn)定復(fù)核成果，經(jīng)計(jì)算工況一下其底板單位寬度內(nèi)受地基最大反力q=82.5K N/m，經(jīng)計(jì)算底板單位寬度內(nèi)最大彎矩為M=697.0K N·m，經(jīng)配筋計(jì)算底板單位寬度內(nèi)A s=1987.0m m2。計(jì)算成果如表3示：

表3 閘室底板配筋對(duì)比表

由計(jì)算結(jié)果可知原閘室底板所配受力鋼筋面積不滿足現(xiàn)工況要求，因此閘室底板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，存在巨大安全隱患，需及時(shí)進(jìn)行加固處理。

2.3 對(duì)水閘安全隱患的分析

從抗滑穩(wěn)定計(jì)算可知，閘室抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，且主要表現(xiàn)為閘室自身穩(wěn)定安全系數(shù)小于1.0。從表2計(jì)算成果可知，閘室最小抗滑安全系數(shù)為0.84，因此在現(xiàn)水情條件下整個(gè)閘室穩(wěn)定不滿足相關(guān)規(guī)范要求，存在極大的安全隱患。

該水閘的除險(xiǎn)加固若僅考慮提高閘室自身的抗滑安全系數(shù)，可采用單純加重閘室方案和在閘底內(nèi)河側(cè)設(shè)防滑槽并在外河側(cè)設(shè)阻滑拖板方案，但是解決不了閘室底板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足問(wèn)題，因此建議對(duì)原閘室進(jìn)行拆除，在原址上重建水閘。

3 除險(xiǎn)加固方案的設(shè)計(jì)

3.1 方案的設(shè)計(jì)原則

此次蘇家吉水閘除險(xiǎn)加固方案的制定，應(yīng)結(jié)合《蘇家吉水閘安全鑒定報(bào)告》的鑒定結(jié)論及水閘實(shí)際情況，并充分考慮各方面的因素。不僅要考慮解決當(dāng)下的險(xiǎn)情，還要結(jié)合現(xiàn)在的水情、險(xiǎn)情及整個(gè)沅澧大圈的防汛需要，與沅澧垸一線防洪堤統(tǒng)一規(guī)劃、布置，將水閘發(fā)現(xiàn)的險(xiǎn)情和問(wèn)題及時(shí)、全面的解決，為當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展保駕護(hù)航。

3.2 方案的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（G B 50201-94）、《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2000）以及《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265-2001）的規(guī)定，位于防洪堤上的建筑物等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于堤防等級(jí)。蘇家吉水閘所在堤防為2級(jí)堤防，因此確定蘇家吉水閘的工程等別為Ⅱ等，建筑物級(jí)別為2級(jí)。

此次的水閘除險(xiǎn)加固工程屬I(mǎi) I等工程，主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265-2001），本工程導(dǎo)流建筑物的級(jí)別為4級(jí)，其洪水標(biāo)準(zhǔn)為10～20年一遇，考慮到本工程特點(diǎn)，施工導(dǎo)流采用10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

水閘排澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：內(nèi)河排澇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇（洪峰流量958m3/s），校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇（洪峰流量1258m3/s）；原水閘設(shè)計(jì)排水流量987m3/s，原校核排水流量1240m3/s。

表2 閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果表

水閘防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：主要防御外河洪水，其設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇（水位39.96m），校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇（水位41.09m）。

水閘灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：主要為區(qū)域內(nèi)67.5萬(wàn)畝農(nóng)田提供灌溉用水，最大灌溉引水流量為67.5m3/s。

3.3 除險(xiǎn)加固方案

按照以上的制定原則，此次對(duì)蘇家吉水閘的除險(xiǎn)加固方案制定如下：

（1）拆除原水閘閘室，將水閘閘室長(zhǎng)度由19m加長(zhǎng)至21m，水閘底板高程仍然為28.0m，因閘室兩端堤頂高程為42.50m，考慮到穿堤建筑物需在堤頂高程上加0.5m安全超高，因此閘墩頂高程為43.00m（外河側(cè)）、41.10m（內(nèi)河側(cè)）。

（2）水閘閘室初擬采用5孔或6孔，閘室凈寬10.0m或9.0m。

（3）在閘室內(nèi)河側(cè)閘墩頂（41.10m）布置凈寬7.0m交通橋一座。

（4）為便于檢修、維護(hù)并結(jié)合閘上交通橋的布置，將防洪門(mén)由弧形鋼閘門(mén)改為平面鋼閘門(mén)，防洪門(mén)由固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉，閘門(mén)檢修在43.0m的檢修平臺(tái)進(jìn)行，且檢修期一般安排在枯水期內(nèi)河水外排時(shí)。

（5）在閘墩頂（43.00m）布置鋼閘門(mén)啟閉機(jī)排架和巡視平臺(tái)。

（6）為增加閘室的穩(wěn)定性，在閘室中部布置1.5m厚擋水胸墻。

（7）根據(jù)新閘室布置情況，并為結(jié)合水閘相關(guān)功能的需要，重新布置水閘站址范圍內(nèi)的相關(guān)附屬建筑物，初擬將水閘管理站房布置到水閘內(nèi)河左岸填筑平臺(tái)上。

4 結(jié)論

對(duì)于類似水利工程，在對(duì)水閘除險(xiǎn)加固方案的設(shè)計(jì)中，必須充分考慮各方面的影響因素，才能最終制定出最為合理的設(shè)計(jì)方案。才能保障其安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

［1］G B 50201-94.防洪標(biāo)準(zhǔn)［S］.

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

［3］尹如飛.關(guān)于明秀水閘除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)的探討［J］.沿海企業(yè)與科技，2011（06）：91-93.

［4］試驗(yàn)場(chǎng)水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固技術(shù)措施探究［J］.水利建設(shè)與管理，2013（06）：55-58.

T V 66

A

1672-2469（2015）06-0097-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.06.033

姚久經(jīng)（1972年—），男，工程師。