王楊潔

（連云港市鹽東水利工程管理處,江蘇 連云港 222500）

1 工程概況

灌南縣武障河閘位于新安鎮(zhèn)境內(nèi)武障河與鹽河交匯處東側約500 m處（平面位置示意圖見圖1）,是鹽東控制工程的骨干工程之一,其主要工程任務有排澇入海、擋潮御鹵、蓄水灌溉等。武障河閘建于20 世紀60 年代~70 年代,原設計標準為3 級建筑物,原河閘共14 孔總凈寬88 m,其中,12 個中孔閘門寬為6 m,兩邊孔為通航孔凈寬8 m,閘底采用混凝土反拱式,順水流長14 m, 邊孔底板寬9.6 m,閘頂高程4.5 m,底板高程-2.5 m,鋼板閘門直升門,閘墩采用鋼筋混凝土結構,公路橋為梁板結構,橋面寬7 m,工作橋寬4.5 m,橋面高程為11.7 m,采用鋼筋混凝土排架結構[1]。 由于受當時技術、經(jīng)濟、以及工期等因素的影響和限制,原水閘在設計、施工方面不滿足標準要求,從 1976 年運行至今,水閘已經(jīng)過多次除險加固,但仍然存在較大的安全隱患,經(jīng)安全鑒定為 三類閘,本文通過對武障河閘老閘進行安全復核計算分析,為確定河閘除險加固方案提供指導和參考依據(jù)。

圖1 武障河閘平面位置示意

2 存在的問題

鹽東控制武障河閘工程建設時因受技術、經(jīng)費、材料等因素限制,采用了素混凝土反拱底板、預制砼薄殼拼裝等結構形式,閘門門頂高程僅為3.0 m,擋潮高度不足。2015 年,武障河閘經(jīng)安全鑒定被評定為三類閘,安全鑒定后一直沒有采取除險加固措施,但經(jīng)近幾年運行發(fā)現(xiàn),工程存在問題進一步加劇,特別是閘室底板縱向通縫進一步增多,存在重大安全隱患,閘門、啟閉機長期頻繁高負荷運行、部分電氣設備老化,給運行管理帶來很大的不便。水閘雖經(jīng)過多次除險加固, 但對水下部分基本沒有加固處理。2017 年3 月水下檢查結果及近幾年管理單位運行管理過程中發(fā)現(xiàn)的問題,該閘目前存在較多安全隱患,水閘帶病運行,本次水閘安全評定中工程質(zhì)量分級為C級,評定武障河閘工程為三類水閘。

3 安全復核分析

本文按新的規(guī)劃水位對武障河現(xiàn)狀閘進行安全復核計算分析[2],計算內(nèi)容包括閘頂高程復核、過流能力復核、結構強度復核等方面。

3.1 閘頂高程復核

根據(jù)《水閘設計規(guī)范》（SL 265-2016）第4.2.4 條,泄洪時閘頂高程應高于設計及校核洪水位加相應安全超高值,關門時應高于設計及校核洪水位加波浪計算高度和相應安全超高值[3],波浪高度按莆田試驗站公式計算,兩種工況閘頂高程復核成果見表1。

表 1 閘頂高程復核成果表

從表1可知,現(xiàn)狀閘墩頂高程4.5 m,小于復核水位組合下計算所需的閘頂高程,故現(xiàn)狀閘閘頂高程不能滿足規(guī)范要求。

3.2 水力復核計算

（1）過流能力復核

根據(jù)工程規(guī)模分析中鹽東控制布局優(yōu)化成果,武障河閘原址擴建設計流量為848 m3/s,武障河閘現(xiàn)狀閘孔凈寬88 m,根據(jù)水閘設計規(guī)范附錄A.0.1堰流流量公式, 對現(xiàn)狀閘孔過流進行復核,本文不再單列公式,計算成果見表2。

表 2 過閘流量復核成果表

計算成果表明武障河閘閘孔凈寬不滿足最近規(guī)劃過流的要求。

（2）消能防沖復核計算

1）消力池計算

閘室現(xiàn)狀下游設鋼筋混凝土綜合式消力池,總長19 m,斜坡長4 m,消力檻頂高程為-2.50 m,消力池底板面高程為-3.50 m,底板始端厚度為1.1 m,末端厚度為0.6 m。海漫長度為45 m。消力池深度和長度分別按《水閘設計規(guī)范》附錄B中公式進行計算,本文不在列出,消力池計算成果見表3。

表 3 消力池計算成果表

計算成果表明,現(xiàn)狀消力池長度偏短,消力池深度、底板厚度滿足要求。

2）海漫及防沖槽計算

海漫長度和河床沖刷深度復核計算應根據(jù)《水閘設計規(guī)范》中附錄 B.2.1 和附錄 B.3.1 公式計算[4],經(jīng)計算,現(xiàn)狀海漫長度為30 m,小于計算值51.65 m,故現(xiàn)狀海漫長度不滿足規(guī)范要求,復核成果見表4。河床沖刷深度最大值為15.44 m,考慮塊石蓋護厚度0.5 m,沖坑邊坡為1∶2（根據(jù)有關資料,粘土邊坡系數(shù)m推薦值2.0~4.0）,所需消力池斷面面積為31.83 m2,實際設防沖槽消力池斷面面積為3.375 m2,故消力池防沖槽斷面不滿足規(guī)范要求,即沖刷深度不滿足規(guī)范要求。河床沖刷深度復核成果見表5。

表 4 海漫長度復核成果表

表 5 河床沖刷深度復核成果表

3）滲流復核計算

武障河閘基防滲長度L=45 m,上、下游最大水位差發(fā)生在反向校核工況,上游水位H上=3.60 m,下游水位H下=-2.22 m,故ΔH=5.82 m。閘基土層為粉質(zhì)粘土, 根據(jù)《水閘設計規(guī)范》表4.3.2,取有濾層的粘土地基允許滲徑系數(shù)為 3,故閘室縱向防滲長度按規(guī)范要求根據(jù) L=CΔH（《水閘設計規(guī)范》4.3.2）,計算得允許滲徑長度L=17.46 m,另經(jīng)計算,側向繞滲長度為22.4 m,故閘基防滲長度、側向繞滲長度均滿足設計要求,但4#孔閘底板在上游閘門中間一條縱向裂縫向上游延伸,長度6.8 m,存在滲徑長度不足的安全隱患。

3.3 閘室抗滑穩(wěn)定計算

武障河閘底板為連拱反拱結構,底板共分 4 聯(lián),兩邊孔各為一聯(lián),中間12 孔分為六孔一聯(lián),共二聯(lián),邊孔底板拱腳處高程-2.17 m,中間12 孔底板拱腳處高程-2.5 m,14 孔拱底處高程均為-3.0 m。穩(wěn)定復核時,取邊孔一聯(lián)和中跨六連孔一聯(lián)進行抗滑穩(wěn)定復核計算。

根據(jù)《連云港市武障河閘加固工程初步設計報告》,閘室持力層為黃色粉質(zhì)粘土,標準貫入擊數(shù)一般10~15擊。該層土的土質(zhì)指標 C=28 kPa~32 kPa、φ=12°~14°, 閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按《水閘設計規(guī)范》公式 7.3.6-2 計算,其成果見表 6、表 7。

表 6 單孔閘室穩(wěn)定計算成果表

由表 6 可知,邊孔閘室正向設計和正向校核工況下不均勻系數(shù)和抗滑安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求,反向設計和反向校核工況下不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求,抗滑安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

表 7 六連孔閘室穩(wěn)定計算成果表

由表 7 可知,六連孔閘室正向設計和正向校核工況下不均勻系數(shù)和抗滑安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求,反向設計和反向校核工況下不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求,抗滑安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

綜上所述,根據(jù)計算成果,現(xiàn)狀水位組合下,閘室抗滑安全系數(shù)仍能滿足規(guī)范要求,但部分工況下不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

3.4 閘底板、閘墩結構強度復核

（1）閘底板結構強度復核

本工程閘底板原設計混凝土標號C20,底板按無鉸拱計算,同時考慮外荷載及拱腳不均勻沉陷引起的內(nèi)力,確定外荷載時考慮地基反力按反拱底面積及墩基底面積 比例分配,反拱與墩基各占50%兩種情況,取其大值。閘室以閘門底止水與底板交接處為界,分為上游段（長9.55 m和下游段（長4.45 m）分別計算,垂直水流向取單寬1 m, 拱腳不等沉陷引起的內(nèi)力按圓弧無鉸拱彈性中心法計算,假定中孔拱腳不等沉陷0.2 cm, 邊孔不等沉陷0.3 cm。經(jīng)計算,中孔、邊孔內(nèi)力計算結果見表 8。

表 8 底板強度復核成果

邊聯(lián)底板實配鋼筋為 Φ16@30,不滿足結構強度要求,中聯(lián)底板僅拱腳處配筋, 實配鋼筋為 Φ16@30,不滿足結構強度要求,且中孔跨中無配筋,不滿足現(xiàn)行《水工混凝土結構設計規(guī)范》要求。

（2）閘墩強度復核

邊墩厚度0.8 m,中墩厚度1.00 m,縫墩厚度0.80 m,墩底高程-2.50 m,順水流向長14.0 m,原設計混凝土標號C15,閘墩為素混凝土偏心受壓構件,按《水工混凝土結構設計規(guī)范》中 5.2.2-4 公式：

式中：N 為構件正截面承受的軸向壓力計算值；fc為混凝土的許可壓應力,取6.2 N/mm2；φ為素混凝土構件的穩(wěn)定系數(shù),取 0.74；b、h分別為矩形截面的寬度和高度,m；e0為軸向壓力的偏心距。

閘墩受力主要考慮以下 2 種工況組合：1）閘墩自重、閘墩上部結構自重、啟門力、汽車制動力；2）閘墩自重、閘墩上部結構自重、一孔檢修時水壓力。經(jīng)計算,混凝土σmax=1.95 MPa

門槽部位縱向按軸心受拉構件計算,取墩條上游段為脫離體,計算得每米墩條高度范圍內(nèi)所受最大拉力N=94.4 kN。按《水工混凝土結構設計規(guī)范》7.4.1 公式計算：

式中：N為軸向拉力計算值,kN；K為承載力安全系數(shù)；fy為縱向鋼筋的抗拉強度設計值,N/mm2；AS為縱向鋼筋的全部截面面積,cm2。

經(jīng)計算,AS≥5.62 cm2,實配鋼筋Φ10@25 為3.14 cm2,故門槽順水流方向配筋不滿足規(guī)范要求。

綜上所述,新的水位組合下,上下游水位差加大,底板及閘墩配筋不能滿足規(guī)范要求。

4 結論及建議

本文通過新規(guī)劃流量水位組合下,對老閘進行安全復核,分析可知現(xiàn)狀老閘存在閘孔凈寬不滿足最近規(guī)劃過流的要求,閘孔凈寬不足,閘下消能防沖設施不足,存在滲徑長度不足的安全隱患,上下游水位差加大,底板及閘墩配筋不能滿足規(guī)范要求等問題,河閘存在重大的安全隱患,現(xiàn)已無法運行,必須提出武障河閘的除險加固方案和措施,以消除工程安全隱患,保護該區(qū)域人民的生命財產(chǎn)安全。