蘭 強(qiáng)

(山東新匯建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 東營(yíng) 257000)

1 引言

我國(guó)早期修建了大量水閘以改善水資源時(shí)空分布差異性大的問(wèn)題[1-3]，受限于當(dāng)時(shí)的科技、經(jīng)濟(jì)水平，工程建設(shè)質(zhì)量較差，在使用過(guò)程中出現(xiàn)了安全隱患，對(duì)水閘作用的發(fā)揮和水利工程的安全帶來(lái)了較大的威脅[4-6]，針對(duì)這類(lèi)水庫(kù)采用加固處理措施是十分必要的[7-9]。

劉連閘興建于1978年，閘總長(zhǎng)62.4 m，凈寬46.4 m。底板高程14.03 m，設(shè)計(jì)蓄水量269萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)蓄水位18.03 m，設(shè)計(jì)灌溉面積3萬(wàn)畝。

2 興利調(diào)節(jié)復(fù)核

該閘設(shè)計(jì)灌溉面積3萬(wàn)畝,農(nóng)業(yè)灌溉定額P=50%，凈灌溉定額=195 m3/畝，水利用系數(shù)為0.66(渠灌為0.60,井灌為0.82)，需水量885萬(wàn)m3，作物種植比例為小麥0.9，玉米0.6，棉花(包含經(jīng)濟(jì)作物)0.2，復(fù)種指數(shù)1.7，全年灌溉用水量過(guò)程見(jiàn)表1。

表1 全年灌溉用水量過(guò)程表

蒸發(fā)損失采用凈蒸發(fā)損失，即蒸發(fā)減降雨。滲漏損失與水閘防滲措施和地質(zhì)條件有關(guān)。蒸發(fā)滲漏水量按水閘月末蓄水量的1.5%估算。

根據(jù)灌溉用水需要進(jìn)行P=50%保證率下的調(diào)蓄計(jì)算，未引黃情況下，興利調(diào)節(jié)計(jì)算見(jiàn)表2。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，劉連閘設(shè)計(jì)最大蓄水量為269萬(wàn)m3，可提供的灌溉用水量為336萬(wàn)m3，可滿(mǎn)足灌溉面積1.14萬(wàn)畝。實(shí)際運(yùn)行中，潘莊灌區(qū)引黃水與上游來(lái)水聯(lián)合調(diào)度，灌溉水量不足部分由黃河水解決。

表2 興利調(diào)節(jié)計(jì)算表(未引黃情況下) 單位：萬(wàn)m3

3 水閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

3.1 閘型比選

攔蓄工程型式主要有提升閘、底軸翻板鋼閘、橡膠壩三種，現(xiàn)對(duì)這三種方案進(jìn)行比選。

3.1.1 提升閘方案

攔河閘位于主河槽內(nèi)，中間三孔一聯(lián)，兩側(cè)兩孔一聯(lián)，閘孔凈寬6.0 m。

方案一控制段見(jiàn)圖1。

3.1.2 底軸翻板鋼閘方案

攔河閘布置在主河槽內(nèi)，共設(shè)1孔，總凈寬42 m，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。底板為折線(xiàn)型，頂高程13.15 m～14.15 m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)13 m，寬51.3 m，分兩聯(lián)。中墩及邊墩為C25鋼筋砼空箱結(jié)構(gòu)，內(nèi)置液壓?jiǎn)㈤]設(shè)備等，邊墩寬4.65 m。閘門(mén)為鋼制底軸翻板門(mén)，設(shè)計(jì)擋水位為18.03 m，門(mén)頂考慮超高后頂高程為18.35 m。

圖1 方案一水閘簡(jiǎn)圖

閘室下游消力池段布設(shè)交通橋。C30鋼筋砼交通橋面凈寬5.0 m，橋面高程21.13 m。交通橋總長(zhǎng)86 m(包括兩岸各8 m長(zhǎng)橋頭搭板)共7孔，每孔凈寬10 m，均采用裝配式鋼筋混凝土空心板結(jié)構(gòu)。橋墩為直徑1.2 m的雙排C25鋼筋砼圓柱，下設(shè)樁基。

上下游連接段及渡槽布置同提升閘方案。

方案二控制段見(jiàn)圖2。

圖2 方案二簡(jiǎn)圖

3.1.3 橡膠壩方案

橡膠壩布置在主河槽內(nèi)，設(shè)1孔，凈寬42 m，壩底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)12 m，寬42 m，分兩聯(lián)。

方案三控制段見(jiàn)圖3。

圖3 方案三簡(jiǎn)圖

三個(gè)方案對(duì)比分析見(jiàn)表3。

表3 閘型方案比選分析表

從以上三個(gè)方案綜合對(duì)比分析，本工程選用提升閘方案。

3.2 閘室結(jié)構(gòu)及閘孔設(shè)計(jì)方案

在保證閘孔總凈寬不變的前提下，設(shè)計(jì)不同孔徑、孔數(shù)的三種閘型進(jìn)行方案比選。

(1)方案一

改建閘室部分共10孔，采用整體式底板，中間為4孔一聯(lián)，兩側(cè)為3孔一聯(lián)。

(2)方案二

改建閘室部分共7孔，采用整體式底板，中間為3孔一聯(lián)，兩側(cè)為2孔一聯(lián)。

(3)方案三

改建閘室部分共4孔，每孔凈寬10.5 m，閘墩、承臺(tái)、底板均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘底板為分離式底板，大底板兼做樁基承臺(tái)，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)13 m，閘室總寬48 m。

由于采用原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)閘流量不變，上下游連接段基本相同，現(xiàn)僅對(duì)閘室部分進(jìn)行方案比選。見(jiàn)表4。

表4 閘孔設(shè)計(jì)方案比選參數(shù)表

經(jīng)過(guò)各項(xiàng)因素綜合考慮，擬選擇方案二為建設(shè)方案。

3.3 水閘改造后行洪能力分析

采用平底閘堰流處于高淹沒(méi)度時(shí)的公式計(jì)算，改造前后壅水結(jié)果，見(jiàn)表5、表6。分析劉連閘改造前后對(duì)河道防洪能力的影響。

表5 劉連閘改造前壅水計(jì)算結(jié)果

表6 劉連閘改造后壅水計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，劉連閘改造后壅水高度略高于改造前，經(jīng)與防洪規(guī)劃部門(mén)溝通，確定改造后的水閘壅水高度在允許范圍內(nèi)。

3.4 閘室穩(wěn)定性計(jì)算

劉連閘為鋼筋混凝土開(kāi)敞式中型水閘，閘室總長(zhǎng)51.24 m，設(shè)7孔6 m×4.2 m(寬×高)的平板鋼閘門(mén)。底板為鋼筋混凝土整體式底板，分三聯(lián)。底板厚1.2 m，順?biāo)蜷L(zhǎng)15 m。中墩厚1.0 m，邊墩厚1.0 m，墩高6.30 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

(1)計(jì)算工況及荷載組合

1)完建期工況：無(wú)水。

2)校核工況：閘上游水位：18.35 m，閘下游無(wú)水14.15 m。

(2)計(jì)算要求及公式

具體計(jì)算公式如下：

①地基應(yīng)力

當(dāng)結(jié)構(gòu)布置及受力情況對(duì)稱(chēng)，按下式計(jì)算：

式中：Pmaxmin基底壓力最大值或最小值，kN/m2；∑G全部豎向荷載；∑M全部豎向荷載和水平荷載對(duì)于形心軸的力矩，kN·m；A閘室基礎(chǔ)底面面積，m2；W垂直水流方向形心軸截面矩。

當(dāng)結(jié)構(gòu)布置及受力情況不對(duì)稱(chēng)，按下式計(jì)算：

式中：∑Mx、∑My豎向荷載、水平荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面形心軸x、y的力矩，kN·m；Wx、Wy閘室基礎(chǔ)底面對(duì)于形心軸x、y的截面矩。

②抗滑穩(wěn)定

式中：K抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f基礎(chǔ)底面與地基土之間的摩擦系數(shù)；∑H作用在閘室上的全部水平荷載。

經(jīng)計(jì)算水閘抗滑穩(wěn)定系數(shù)均滿(mǎn)足要求，地基需采取專(zhuān)項(xiàng)處理措施以滿(mǎn)足承載力要求。

表7 三孔一聯(lián)閘室順?biāo)鞣较蛴?jì)算結(jié)果

表8 兩孔一聯(lián)閘室順?biāo)鞣较蛴?jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

齊河縣劉連閘在長(zhǎng)期使用過(guò)程中安全性下降，經(jīng)過(guò)安全鑒定屬于四類(lèi)閘，通過(guò)興利復(fù)核，可滿(mǎn)足灌溉面積1.14萬(wàn)畝，不足部分可由黃河水補(bǔ)給；通過(guò)方案比選采用提升閘方案、改建閘室部分共7孔，采用整體式底板，中間為3孔一聯(lián)，兩側(cè)為2孔一聯(lián)的閘室結(jié)構(gòu)，具有工程投資低等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)穩(wěn)定性復(fù)核滿(mǎn)足規(guī)范要求，可通過(guò)地基處理以滿(mǎn)足地基承載力需求。