孟村縣宣惠河高姚節(jié)制閘復(fù)合計(jì)算分析報(bào)告

張祖光

1 基本情況

1.1 工程概況

高姚節(jié)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)流量363.8 m3/s;設(shè)計(jì)蓄水位6.3 m;結(jié)構(gòu)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(zhǎng)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(jié)構(gòu),斜坡段護(hù)坡為漿砌石結(jié)構(gòu),其余護(hù)坡為鋼筋混凝土或混凝土結(jié)構(gòu),岸墻是空箱式,岸墻底板為反拱,上面為拱圈結(jié)構(gòu)。設(shè)7孔平板直升式鋼閘門,啟閉機(jī)為手搖、電動(dòng)兩用雙吊點(diǎn)啟閉機(jī)。

1.2 存在的主要問題

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

2 復(fù)核計(jì)算內(nèi)容

1)水閘過流能力計(jì)算;2)閘室穩(wěn)定計(jì)算;3)閘室強(qiáng)度復(fù)核計(jì)算;4)閘門復(fù)核;5)啟閉機(jī)設(shè)備復(fù)核;6)機(jī)架橋強(qiáng)度復(fù)核。

3 計(jì)算條件和參數(shù)

1)工程等級(jí)。本工程原設(shè)計(jì)按1974年中央水電部311號(hào)文件《宣惠河除澇治堿擴(kuò)建工程》的批復(fù),該工程等級(jí)為Ⅲ等,建筑物級(jí)別為3級(jí),設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)十年一遇,流量363.8 m3/s。本節(jié)制閘安全復(fù)核,設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)按十年一遇,流量為363.8 m3/s,工程等級(jí)為Ⅲ等,建筑物級(jí)別為3級(jí)。

2)地震烈度。根據(jù)GB 18306-2001中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖,本工作區(qū)地震基本烈度為6度,地震動(dòng)峰值加速度為0.05g。

3)泄量與水位。原閘工程標(biāo)準(zhǔn):按十年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),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(jì)算成果表

4 復(fù)核計(jì)算

4.1 水閘過流能力計(jì)算

根據(jù)十年一遇排澇流量要求,按寬頂堰流計(jì)算公式復(fù)核水閘的過流能力。計(jì)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(shù);ε為側(cè)收縮系數(shù);σ為淹沒系數(shù)。本水閘過流能力計(jì)算,見表1。由表1計(jì)算成果可以看出,總的過水流量為385 m3/s,大于十年一遇設(shè)計(jì)流量363.8 m3/s,這說明該水閘的過流能力可達(dá)到十年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 閘室穩(wěn)定復(fù)核

4.2.1 計(jì)算情況與荷載組合

閘室穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算情況與荷載組合見表2。閘室穩(wěn)定復(fù)核計(jì)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(yīng)力復(fù)核

當(dāng)結(jié)構(gòu)布置及受力情況對(duì)稱時(shí),閘室基底應(yīng)力計(jì)算公式:

其中,Pmaxmin為閘室基底應(yīng)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(chǔ)底面上的揚(yáng)壓力在內(nèi),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(duì)于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩;W為閘室基底面對(duì)于垂直水流方向的形心軸的截面矩,m3。地基應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表3。從表3中可以看出,原閘抗滑穩(wěn)定及地基應(yīng)力值均滿足要求,地基應(yīng)力不均勻系數(shù)滿足要求。

表3 地基應(yīng)力計(jì)算成果匯總表

4.3 閘室強(qiáng)度復(fù)核

防潮閘為七孔,每孔寬7.0 m,閘墩厚 1.0 m,結(jié)構(gòu)形式為閘墩和底板連成一體的整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),按倒置梁法對(duì)底板進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核計(jì)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(shí)際配筋面積為45 cm2,由此可見底板強(qiáng)度滿足要求。經(jīng)核算閘底板正截面最大裂縫寬度為0.19 mm,0.18 mm,規(guī)范規(guī)定最大裂縫寬度允許值為0.2 mm,滿足規(guī)范要求。

表4 鋼閘門蝕余厚度

4.4 閘門計(jì)算

4.4.1 計(jì)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(biāo)高:6.3 m;5)閘門主要構(gòu)件蝕余厚度見表4。

4.4.2 計(jì)算內(nèi)容1)復(fù)核面板蝕余厚度是否滿足實(shí)際條件下所需面板厚度;2)復(fù)核主梁蝕余量是否滿足抗拉、彎容許應(yīng)力及剛度要求;3)復(fù)核縱梁蝕余量是否滿足抗彎容許應(yīng)力。

經(jīng)計(jì)算鋼閘門的面板,主次梁都不能滿足強(qiáng)度要求。

4.5 啟閉設(shè)備復(fù)核

采用2×8 t的卷筒式卷揚(yáng)啟閉機(jī)7臺(tái),經(jīng)復(fù)核啟門力滿足要求。從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)看,啟閉機(jī)存在著嚴(yán)重的運(yùn)行故障,不能正常啟閉,所用電機(jī)品牌均為電力部門的淘汰產(chǎn)品。電氣設(shè)備老化,失靈,存在安全隱患,變壓器等電力設(shè)備為電力部門的淘汰產(chǎn)品,啟閉控制室房屋簡(jiǎn)陋,房頂開裂漏雨。

4.6 機(jī)架橋強(qiáng)度復(fù)核

機(jī)架橋:排架混凝土剝蝕、剝落、破碎嚴(yán)重,多處鋼筋裸露,露筋銹蝕嚴(yán)重;T梁腹板底面混凝土多處開裂、剝落,多處露筋。啟閉機(jī)底座混凝土多處壓碎。機(jī)架橋T形梁碳化平均值均為11 mm,機(jī)架橋排架碳化平均值9.6 mm。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告,機(jī)架橋T形梁混凝土強(qiáng)度過低,需拆除新建。

5 安全狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)與建議

5.1 機(jī)架橋及交通橋

機(jī)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(yán)重。

機(jī)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(shè)備、啟閉機(jī)室及電氣設(shè)備

閘門面板厚度蝕余超規(guī),不能滿足要求;需更換閘門及止水。

啟閉機(jī)電機(jī)為1973年出廠,屬非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,維修較為困難,需更換啟閉機(jī)。

電力設(shè)施多為非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,應(yīng)更新。

5.3 管理設(shè)施

為了管理人員更為方便的管理水閘,閘管所、啟閉機(jī)控制室,應(yīng)拆除重建。

5.4 水閘安全類別的評(píng)定與處理措施建議

由于該水閘存在諸多問題,運(yùn)用指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),工程存在嚴(yán)重?fù)p壞,必須經(jīng)除險(xiǎn)加固后,才能達(dá)到正常運(yùn)行,建議對(duì)該水閘盡早進(jìn)行加固處理,確保水閘正常運(yùn)行,發(fā)揮較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。