病险水闸加固工程设计

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【摘 要】 水闸在排涝、防洪方面扮演着极为重要的角色，对于存在安全隐患的水闸，必须及时进行加固处理，以确保水闸的安全运行。本文结合水闸工程实例，对水闸存在的险情进行了分析，并结合水闸存在的安全隐患制定了加固设计方案，保证了水闸的安全稳定运行。

【关键词】 险情；原因分析；加固；设计方案

水闸是水利工程的重要组成部分，在防洪、防潮、排涝等方面发挥着重要作用。但许多水闸由于设计、使用和管理方面的不足，加上使用年限比较长，使得水闸的安全隐患逐渐暴露出来。水闸一旦出现大的险情，直接影响到区域内的人民的生产和生活，其可能造成的经济损失和社会影响之大，是难于用数字估量的。为了确保水闸的运行安全，发挥其正常的作用，需要尽快对病险水闸进行加固处理。

1 工程概况

某水闸上流河段属于山区河流，洪水来势凶猛，水闸完工以来三级消力池和护坦多次被洪水冲出深坑。1997年，为了防止洪水冲坏三级消力池和护坦，对三级消力池和护坦加了120mm厚的钢筋混凝土护面，护面分缝为15m×15m，但1998年洪水过后发现：三级消力池和护坦的部分护面被掀翻，有的则被顶成拱形，护面下原有的浆砌石则被冲走，使三级消力池和护坦出现了一个个的深坑，其中最深的坑达1.5m，严重威胁着该水闸的正常运行，需要及时加固处理。

2 险情原因分析

（1）水闸的基础为粗砂基础，闸基的渗透系数大，平时关闸蓄水工况下，下游的渗透水流很大，实测得1.02m3/s；这也说明水闸基础底板所受的扬压力很大（满蓄时上下游水位差达到最大，差为3.5m）。

（2）该水闸采用自动翻板闸门挡水，闸门启动泄水时，水流的流速很大。

（3）由于历史原因，现水闸从二级消力池到护坦末端河床底高程是逐渐降低的，高程差有1.3m，而护坦末端与天然河床又有一个垂直跌水，跌水高约为1.2m。这使得洪水过闸后发生远驱式水跃，增加了过闸洪水的冲刷力。

综合以上的因素，得出水闸护坦被掀起的主要原因是洪水到达闸门即将启动时上下游水位差最大，此时闸基底所受的扬压力也达到最大，当闸门启动洪水冲下来时，底板在扬压力和洪水共同作用下，一顶一冲就造成了面板被掀翻或变形，然后原有的浆砌石就被洪水掏出冲到下游。

3 加固设计

3.1 设计依据

（1）按二十年一遇的洪水标准设计，按百年一遇的洪水标准校核。

（2）根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录B，消力池深度可按公式（B.1.1-1～B.1.1-4）计算。

（3）消力池长度计算

消力池深按下列公式计算：

lj=6.9（h〞c-hc） （B.1.2-2）

Lsj=Ls+BLj （B.1.2-1）

式中：Lsj-消力池长度；Ls-水跃长度；B-水跃长度校正系数，取0.75。

（4）消力池底板厚度计算

消力池底板抗冲按下式计算：

式中：t-消力池底板始端厚度，m；

-闸孔泄水时的上、下游水位差，m；

k1-消力池底板计算系数，取0.16。

水闸开闸泄水后，上下游水位差较小，底板所受的浮力没有满蓄时大，消力池可不作抗浮计算。

（5）海漫长度计算

（B.2.1）

式中：Lp-海漫长度，m；

qs-消力池末端单宽流量，m3/s；

Ks-海漫长度计算系数按壤土取Ks=9。

（6）三级消力池消能防冲计算成果（见表1）。

求得海漫长度为25.83m，消力池长度10.74m。按计算的消力池长加上海漫长为36.57m，小于现状的水陂消力池总长61.75m，所以无需要再加长。

3.2 加固设计方案

考虑到全面开挖原消力池和护坦的工程量巨大，也不经济，闸基底的渗水流量太大，采用合理的护底措施即可降低工程造价，也容易施工，因此本工程采用了柔性加固设计方案。本次加固的三级消力池长13.95m，护坦加固的长度为15m；消力池和护坦都采用分块C20砼护底设计方案，分块砼的长为2m，宽为1.5m，厚度为250mm（底为原有的400厚浆砌石），块与块之间设50mm的分缝，缝底面设土工反滤膜，缝隙间回填碎石，并挤压实；消力池和护坦横向每隔4.05m（即每2块砼板）设一排宽为400mm，厚为250mm的无砂砼横向排水体。纵向每隔7.5m（即每5块砼板）在护板底设一道1m宽的纵向排水盲沟，此排水盲沟顺水流方向直通到下游。见图1。

为了消除下游发生的远驱水跃，本次设计在三级消力池的末端增设了一道600mm高的消力坎，从而抬高水位，使下游发生的淹没水跃，减少水流的冲刷力。加固的平面、剖面图见图2。

4 泄洪闸加固设计

泄洪闸采用开敞式有坎宽顶堰水闸布置，堰顶高程25.0m，共5孔，每孔净宽6.0m，中墩厚1.3m，边墩厚1.0m，闸室垂直方向长度37.20m，顺水流方向长度9.0m，闸室基础高程24.0m，闸顶高程31.00m。工作闸门采用平板钢闸门垂直启闭，三孔闸门顶高程29.10m，两孔闸门顶高程28.60m，启闭机排架顶高程36.70m，启闭机房建筑面积177m2。交通桥布置在工作闸门下游侧，桥面高程31.00m，考虑到两岸交通要求，桥面宽采用4.0m。

在水闸上游处设置混凝土铺盖，混凝土铺盖顶高程为24.50m，顺水流方向长15.0m，底板厚0.4m。水闸进口处右侧设置混凝土导墙，导墙总长24.60m，左侧设置混凝土导墙，导墙总长50m。两侧导墙采用均重力式挡墙，墙顶高程为29.60m；墙顶宽0.5m，边坡为1：0.5，墙底高程为24.0m。

闸室下游连接段主要布置有：斜坡段、消力池、海漫以及排水渠。闸室与消力池之间的连接段底板边坡为1：4，长3.2m，闸室底板高程25.00m，消力池底板高程24.20m。消力池底板水平段长10.80m，底板厚度0.7m，池深0.80m，坎顶高程为25.0m。消力池左右边墙均采用混凝土重力式挡墙，墙顶高程为29.60m。排水渠进口消力池后采用格宾护垫、干砌块石海漫护底，长45m，海漫后设置深2m的防冲槽，边两侧边坡均为2m，长7.6m。

5 土坝加固设计

原泄洪闸左侧的土坝段严重塌陷，坡脚淘空，下游包头浆砌石护坡严重倒塌；右侧土坝段坡面严重塌陷，坡脚淘空，最右侧坝段曾3次决口。

本次设计中，原泄洪闸左侧土坝处全部到交通桥相同高程31.00m，成为上闸道路。所以，本次设计土坝位于新建泄洪闸右侧，土坝右侧与原右岸灌溉渠的右岸田地相接。填平原右岸灌溉渠形成的冲沟，根据现状地形的要求，土坝上游段填筑高程位29.00m.，下游段的填筑高程为29.60m。

土坝为均质黏土坝，沿坝轴线方向，坝段长度为53.2m。土坝坝顶高程为31.00m，宽为4m的混凝土坝顶路。上游坝坡均为1：3采用混凝土预制块护坡，先拆除现状护坡块石表层，整平坝坡，然后铺填10cm厚砂卵石垫层，再于垫层表面铺设C15混凝土预制块，板厚取10cm。下游坝坡均为1：2.5；下游采用草皮护坡，根据需要设置贴坡排水，底脚设1.0m宽排水沟。

6 结语

该水闸工程施工完成后，已经经受住了多次洪水的考验，根据现场的仔细检查：没有发现消力池及护坦的护底砼板有损坏或变形，排水盲沟导渗亦正常，水闸险情得到了排除。这说明加固设计方案符合水闸发展的需要，取得了明显的效果，水闸的安全运行有了保证。

参考文献

[1] 彭德慧.章江水闸出现加固工程设计[J]工程建设与设计.2012.10

[2] 杨爱兰.关于病险水闸除险加固设计的思考[J]华东科技，2012.02