孟村縣宣惠河高姚節制閘復合計算分析報告

張祖光

1 基本情況

1.1 工程概況

高姚節制閘位于孟村縣高姚村南的宣惠河上,興建于1975年,按十年一遇排澇標準設計,設計流量363.8 m3/s;設計蓄水位6.3 m;結構形式為開敞式閘室,閘室總寬 50.4 m,每孔凈寬6 m,閘底板長8.5 m,厚1 m,閘底高程1.3 m,閘墩高6 m,邊墩、中墩厚1 m。閘室、底板、消力池、阻滑板、前鋪蓋均系鋼筋混凝土結構,斜坡段護坡為漿砌石結構,其余護坡為鋼筋混凝土或混凝土結構,岸墻是空箱式,岸墻底板為反拱,上面為拱圈結構。設7孔平板直升式鋼閘門,啟閉機為手搖、電動兩用雙吊點啟閉機。

1.2 存在的主要問題

1)閘門銹蝕嚴重。2)機架橋嚴重破壞剝蝕,排架表層混凝土已經完全剝落,鋼筋外露,危及機架橋的安全。3)啟閉機存在著嚴重的運行故障,不能正常啟閉。

2 復核計算內容

1)水閘過流能力計算;2)閘室穩定計算;3)閘室強度復核計算;4)閘門復核;5)啟閉機設備復核;6)機架橋強度復核。

3 計算條件和參數

1)工程等級。本工程原設計按1974年中央水電部311號文件《宣惠河除澇治堿擴建工程》的批復,該工程等級為Ⅲ等,建筑物級別為3級,設計洪水標準十年一遇,流量363.8 m3/s。本節制閘安全復核,設計洪水標準按十年一遇,流量為363.8 m3/s,工程等級為Ⅲ等,建筑物級別為3級。

2)地震烈度。根據GB 18306-2001中國地震動參數區劃圖,本工作區地震基本烈度為6度,地震動峰值加速度為0.05g。

3)泄量與水位。原閘工程標準:按十年一遇洪水標準設計,流量363.8 m3/s,閘上水位6.3 m,閘下水位6.1 m。

表1 水閘過流能力計算成果表

4 復核計算

4.1 水閘過流能力計算

根據十年一遇排澇流量要求,按寬頂堰流計算公式復核水閘的過流能力。計算公式:Q=σ·ε·m·B0。其中,Q為過閘流量,m3/s;B0為閘孔總凈寬,m;H0為堰上游的總水頭;g為重力加速度;m為流量系數;ε為側收縮系數;σ為淹沒系數。本水閘過流能力計算,見表1。由表1計算成果可以看出,總的過水流量為385 m3/s,大于十年一遇設計流量363.8 m3/s,這說明該水閘的過流能力可達到十年一遇設計洪水標準。

4.2 閘室穩定復核

4.2.1 計算情況與荷載組合

閘室穩定復核計算情況與荷載組合見表2。閘室穩定復核計算情況:情況一:建成無水;情況二:正常蓄水:上游水位6.3 m,下游無水。

表2 荷載組合表

4.2.2 地基應力復核

當結構布置及受力情況對稱時,閘室基底應力計算公式:

其中,Pmaxmin為閘室基底應力的最大值或最小值;∑G為作用在閘室上的全部豎向荷載(包括閘室基礎底面上的揚壓力在內,kN);A為閘室基底面的面積;∑M為作用在閘室上的全部豎向和水平荷載對于基礎底面垂直水流方向的形心軸的力矩;W為閘室基底面對于垂直水流方向的形心軸的截面矩,m3。地基應力計算結果見表3。從表3中可以看出,原閘抗滑穩定及地基應力值均滿足要求,地基應力不均勻系數滿足要求。

表3 地基應力計算成果匯總表

4.3 閘室強度復核

防潮閘為七孔,每孔寬7.0 m,閘墩厚 1.0 m,結構形式為閘墩和底板連成一體的整體鋼筋混凝土結構,按倒置梁法對底板進行強度復核計算。

閘底板底部最大彎矩處配筋面積為42.3 cm2,由施工圖紙知閘底板實際配筋面積為45 cm2,由此可見底板強度滿足要求。經核算閘底板正截面最大裂縫寬度為0.19 mm,0.18 mm,規范規定最大裂縫寬度允許值為0.2 mm,滿足規范要求。

表4 鋼閘門蝕余厚度

4.4 閘門計算

4.4.1 計算條件

1)上下游水位差:5 m(考慮下游無水);2)孔口凈尺寸:寬×高=6 m×5.0 m;3)底檻高程:1.3 m;4)門頂標高:6.3 m;5)閘門主要構件蝕余厚度見表4。

4.4.2 計算內容1)復核面板蝕余厚度是否滿足實際條件下所需面板厚度;2)復核主梁蝕余量是否滿足抗拉、彎容許應力及剛度要求;3)復核縱梁蝕余量是否滿足抗彎容許應力。

經計算鋼閘門的面板,主次梁都不能滿足強度要求。

4.5 啟閉設備復核

采用2×8 t的卷筒式卷揚啟閉機7臺,經復核啟門力滿足要求。從現場檢測看,啟閉機存在著嚴重的運行故障,不能正常啟閉,所用電機品牌均為電力部門的淘汰產品。電氣設備老化,失靈,存在安全隱患,變壓器等電力設備為電力部門的淘汰產品,啟閉控制室房屋簡陋,房頂開裂漏雨。

4.6 機架橋強度復核

機架橋:排架混凝土剝蝕、剝落、破碎嚴重,多處鋼筋裸露,露筋銹蝕嚴重;T梁腹板底面混凝土多處開裂、剝落,多處露筋。啟閉機底座混凝土多處壓碎。機架橋T形梁碳化平均值均為11 mm,機架橋排架碳化平均值9.6 mm。根據檢測報告,機架橋T形梁混凝土強度過低,需拆除新建。

5 安全狀態綜合評價與建議

5.1 機架橋及交通橋

機架橋:樁柱縮頸,多處露筋。蓋梁、T形梁存在大面積混凝土剝落,露筋較嚴重。

機架橋排架、T梁均不能滿足要求,必須拆除重建。

5.2 閘門、啟閉設備、啟閉機室及電氣設備

閘門面板厚度蝕余超規,不能滿足要求;需更換閘門及止水。

啟閉機電機為1973年出廠,屬非標準產品,維修較為困難,需更換啟閉機。

電力設施多為非標準設備,應更新。

5.3 管理設施

為了管理人員更為方便的管理水閘,閘管所、啟閉機控制室,應拆除重建。

5.4 水閘安全類別的評定與處理措施建議

由于該水閘存在諸多問題,運用指標達不到設計標準,工程存在嚴重損壞,必須經除險加固后,才能達到正常運行,建議對該水閘盡早進行加固處理,確保水閘正常運行,發揮較大的經濟效益和社會效益。