病險水閘加固工程設計

【摘 要】 水閘在排澇、防洪方面扮演著極為重要的角色，對于存在安全隱患的水閘，必須及時進行加固處理，以確保水閘的安全運行。本文結合水閘工程實例，對水閘存在的險情進行了分析，并結合水閘存在的安全隱患制定了加固設計方案，保證了水閘的安全穩定運行。

【關鍵詞】 險情；原因分析；加固；設計方案

水閘是水利工程的重要組成部分，在防洪、防潮、排澇等方面發揮著重要作用。但許多水閘由于設計、使用和管理方面的不足，加上使用年限比較長，使得水閘的安全隱患逐漸暴露出來。水閘一旦出現大的險情，直接影響到區域內的人民的生產和生活，其可能造成的經濟損失和社會影響之大，是難于用數字估量的。為了確保水閘的運行安全，發揮其正常的作用，需要盡快對病險水閘進行加固處理。

1 工程概況

某水閘上流河段屬于山區河流，洪水來勢兇猛，水閘完工以來三級消力池和護坦多次被洪水沖出深坑。1997年，為了防止洪水沖壞三級消力池和護坦，對三級消力池和護坦加了120mm厚的鋼筋混凝土護面，護面分縫為15m×15m，但1998年洪水過后發現：三級消力池和護坦的部分護面被掀翻，有的則被頂成拱形，護面下原有的漿砌石則被沖走，使三級消力池和護坦出現了一個個的深坑，其中最深的坑達1.5m，嚴重威脅著該水閘的正常運行，需要及時加固處理。

2 險情原因分析

（1）水閘的基礎為粗砂基礎，閘基的滲透系數大，平時關閘蓄水工況下，下游的滲透水流很大，實測得1.02m3/s；這也說明水閘基礎底板所受的揚壓力很大（滿蓄時上下游水位差達到最大，差為3.5m）。

（2）該水閘采用自動翻板閘門擋水，閘門啟動泄水時，水流的流速很大。

（3）由于歷史原因，現水閘從二級消力池到護坦末端河床底高程是逐漸降低的，高程差有1.3m，而護坦末端與天然河床又有一個垂直跌水，跌水高約為1.2m。這使得洪水過閘后發生遠驅式水躍，增加了過閘洪水的沖刷力。

綜合以上的因素，得出水閘護坦被掀起的主要原因是洪水到達閘門即將啟動時上下游水位差最大，此時閘基底所受的揚壓力也達到最大，當閘門啟動洪水沖下來時，底板在揚壓力和洪水共同作用下，一頂一沖就造成了面板被掀翻或變形，然后原有的漿砌石就被洪水掏出沖到下游。

3 加固設計

3.1 設計依據

（1）按二十年一遇的洪水標準設計，按百年一遇的洪水標準校核。

（2）根據《水閘設計規范》（SL265-2001）附錄B，消力池深度可按公式（B.1.1-1～B.1.1-4）計算。

（3）消力池長度計算

消力池深按下列公式計算：

lj=6.9（h〞c-hc） （B.1.2-2）

Lsj=Ls+BLj （B.1.2-1）

式中：Lsj-消力池長度；Ls-水躍長度；B-水躍長度校正系數，取0.75。

（4）消力池底板厚度計算

消力池底板抗沖按下式計算：

式中：t-消力池底板始端厚度，m；

-閘孔泄水時的上、下游水位差，m；

k1-消力池底板計算系數，取0.16。

水閘開閘泄水后，上下游水位差較小，底板所受的浮力沒有滿蓄時大，消力池可不作抗浮計算。

（5）海漫長度計算

（B.2.1）

式中：Lp-海漫長度，m；

qs-消力池末端單寬流量，m3/s；

Ks-海漫長度計算系數按壤土取Ks=9。

（6）三級消力池消能防沖計算成果（見表1）。

求得海漫長度為25.83m，消力池長度10.74m。按計算的消力池長加上海漫長為36.57m，小于現狀的水陂消力池總長61.75m，所以無需要再加長。

3.2 加固設計方案

考慮到全面開挖原消力池和護坦的工程量巨大，也不經濟，閘基底的滲水流量太大，采用合理的護底措施即可降低工程造價，也容易施工，因此本工程采用了柔性加固設計方案。本次加固的三級消力池長13.95m，護坦加固的長度為15m；消力池和護坦都采用分塊C20砼護底設計方案，分塊砼的長為2m，寬為1.5m，厚度為250mm（底為原有的400厚漿砌石），塊與塊之間設50mm的分縫，縫底面設土工反濾膜，縫隙間回填碎石，并擠壓實；消力池和護坦橫向每隔4.05m（即每2塊砼板）設一排寬為400mm，厚為250mm的無砂砼橫向排水體。縱向每隔7.5m（即每5塊砼板）在護板底設一道1m寬的縱向排水盲溝，此排水盲溝順水流方向直通到下游。見圖1。

為了消除下游發生的遠驅水躍，本次設計在三級消力池的末端增設了一道600mm高的消力坎，從而抬高水位，使下游發生的淹沒水躍，減少水流的沖刷力。加固的平面、剖面圖見圖2。

4 泄洪閘加固設計

泄洪閘采用開敞式有坎寬頂堰水閘布置，堰頂高程25.0m，共5孔，每孔凈寬6.0m，中墩厚1.3m，邊墩厚1.0m，閘室垂直方向長度37.20m，順水流方向長度9.0m，閘室基礎高程24.0m，閘頂高程31.00m。工作閘門采用平板鋼閘門垂直啟閉，三孔閘門頂高程29.10m，兩孔閘門頂高程28.60m，啟閉機排架頂高程36.70m，啟閉機房建筑面積177m2。交通橋布置在工作閘門下游側，橋面高程31.00m，考慮到兩岸交通要求，橋面寬采用4.0m。

在水閘上游處設置混凝土鋪蓋，混凝土鋪蓋頂高程為24.50m，順水流方向長15.0m，底板厚0.4m。水閘進口處右側設置混凝土導墻，導墻總長24.60m，左側設置混凝土導墻，導墻總長50m。兩側導墻采用均重力式擋墻，墻頂高程為29.60m；墻頂寬0.5m，邊坡為1：0.5，墻底高程為24.0m。

閘室下游連接段主要布置有：斜坡段、消力池、海漫以及排水渠。閘室與消力池之間的連接段底板邊坡為1：4，長3.2m，閘室底板高程25.00m，消力池底板高程24.20m。消力池底板水平段長10.80m，底板厚度0.7m，池深0.80m，坎頂高程為25.0m。消力池左右邊墻均采用混凝土重力式擋墻，墻頂高程為29.60m。排水渠進口消力池后采用格賓護墊、干砌塊石海漫護底，長45m，海漫后設置深2m的防沖槽，邊兩側邊坡均為2m，長7.6m。

5 土壩加固設計

原泄洪閘左側的土壩段嚴重塌陷，坡腳淘空，下游包頭漿砌石護坡嚴重倒塌；右側土壩段坡面嚴重塌陷，坡腳淘空，最右側壩段曾3次決口。

本次設計中，原泄洪閘左側土壩處全部到交通橋相同高程31.00m，成為上閘道路。所以，本次設計土壩位于新建泄洪閘右側，土壩右側與原右岸灌溉渠的右岸田地相接。填平原右岸灌溉渠形成的沖溝，根據現狀地形的要求，土壩上游段填筑高程位29.00m.，下游段的填筑高程為29.60m。

土壩為均質黏土壩，沿壩軸線方向，壩段長度為53.2m。土壩壩頂高程為31.00m，寬為4m的混凝土壩頂路。上游壩坡均為1：3采用混凝土預制塊護坡，先拆除現狀護坡塊石表層，整平壩坡，然后鋪填10cm厚砂卵石墊層，再于墊層表面鋪設C15混凝土預制塊，板厚取10cm。下游壩坡均為1：2.5；下游采用草皮護坡，根據需要設置貼坡排水，底腳設1.0m寬排水溝。

6 結語

該水閘工程施工完成后，已經經受住了多次洪水的考驗，根據現場的仔細檢查：沒有發現消力池及護坦的護底砼板有損壞或變形，排水盲溝導滲亦正常，水閘險情得到了排除。這說明加固設計方案符合水閘發展的需要，取得了明顯的效果，水閘的安全運行有了保證。

參考文獻

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