水闸除险加固工程设计分析

水闸除险加固工程设计分析

梁善荣

梁善荣

化州市水利规划设计服务中心广东化州525100

摘要:水闸在灌溉、排涝、防洪、给水方面扮演着极为重要的角色，但由于种种原因，一些水闸存在着严重的安全隐患，因此，对病险水闸进行除险加固意义重大。本文结合水闸实例，阐述了水闸存在的问题，对水闸除险加固工程的设计方案进行了研究，以确保水闸的安全运行，可供参考。

关键词:水闸；存在的问题；除险加固；必要性；加固设计

1前言

水闸是水利工程的重要组成部分，在供水、灌溉、防洪、防潮、排涝等方面发挥着重要作用。但随着使用年限的增加，以及各种自然因素和人为因素的影响，有些水闸在运行过程中逐渐产生老化病害现象，导致水闸的安全性、适用性和耐久性下降，功能得不到正常发挥。因此，有必要针对存在问题的病险水闸进行实地现状调查，对病险水闸进行除险加固设计，使水闸发挥其作用，保护人民生命财产安全。

2水闸概况及存在问题

某水闸控制流域92km2，是一座以灌溉、排涝、排洪的水闸工程。2008年12月，水闸工程安全鉴定专家组对该工程进行了全面安全鉴定，鉴定确认该水闸为四类闸，属病险水闸。主要存在如下工程问题：

1)该水闸工程按20a一遇洪水设计，50a一遇洪水校核，过流能力不满足设计要求。运行中上游淹没频繁，曾诱发多次漫堤、决口事件。上游河道淤塞，严重影响河道行洪能力。

2)经复核，闸门抗滑稳定安全系数较小，闸基防渗长度不足。闸底板强度不满足要求。溢流坝段存在闸基渗漏问题。混凝土普遍存在老化现象(剥蚀、碳化、露石、露筋等)，最大碳化深度已达0.8cm。节制闸边墩出现大面积混凝土脱落，底板断裂，启闭柱、梁出现露筋现象。

3)溢流坝表层混凝土剥蚀严重，裂缝较多。下游消力池水毁严重，下游河床及两岸冲刷严重，冲坑深度约2m～4m。

4)泄洪闸闸门锈损，现已严重变形，不能使用。闸门启闭机容量满足要求，但设备陈旧，机座断裂，螺杆弯曲。已无法满足工程正常运行要求。

5)水闸工程管理、防汛、通讯设施简陋，防汛公路踣差，闸顶交通桥为人行道，机动车辆无法通行。

鉴定结论指出，根据《水闸安全鉴定规定》(SL214-98)和《水闸安全鉴定管理办法》的评定标准，该水闸工程属四类闸。建议尽快进行除险加固。

3工程地质

该水闸工程总体地势西高东低，闸址地面高程23.18m～42.63m。场地内无不良物理地质作用。闸址覆盖层主要为第四系全新统洪冲积层(Qpal4)，下伏基岩为三迭系上统安源组(T3a)灰-灰黑色长石石英砂岩、炭质页岩夹煤线。

工程区水文地质条件较简单，地表水系发育，主要为富水河河水，接受大气降水补给。地下水主要为基岩裂隙水和孔隙潜水。根据环境水对混凝土腐蚀性评价标准：环境水对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性。

泄洪闸底板基础置于砂卵砾石层上，物理力学性质较好，可满足上部荷载要求；闸址右侧土坝，堤身填土抗冲性弱，填筑质量较差，具中等透水性。建议坝身按设计标准进行加高加宽，对堤身进行防渗加固处理，两侧边坡采取护坡处理措施。堤基为砂卵砾石层，具强透水性，存在渗透变形(或破坏)的隐患，建议对其进行防渗处理。砂卵砾石层及下伏基岩的物理力学性质均较好，不存在堤基沉降变形问题。

4工程除险加固的必要性

该水闸是一座以灌溉、排涝、排洪的水闸工程，主要承担着农田灌溉用水供水。工程运行几十年以来，由于水闸工程自然老化、水毁严重等原因，工程效益难以发挥，且威胁下游安全。为确保工程经济效益的正常发挥和人民生命财产的安全，促进地区繁荣和国民经济的稳步发展，对该水闸闸进行除险加固是非常必要的。

5工程布置及主要建筑物

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)、《水闸设计规范》(SL265-2001)，确定本工程等别为Ⅲ等。根据本工程等别，确定泄洪闸建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物为5级。

5.1工程总体布置

工程主要建筑物布置从左至右分别为：泄洪闸(开敞式，5孔，单孔净宽6.0m)、土坝(坝顶长度52.30m)。另外,还有左岸灌溉进水闸(涵管式，孔口宽度1.0m)、右岸灌溉进水闸(涵管式，孔口宽度1.0m)、下游河道整治。

5.2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。两侧护坡采用砼预制块护坡，护坡顶高程按地面填土高程确定为28.0m。10a一遇的下游水位高程为27.95m，所以下游连接段两侧地面的填土高程为28.0m

5.3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。现状土坝达不到设计标准，需要对土坝上游坝坡加高培厚，上游坝坡及坝身均用黏土填筑。

5.4左右岸灌溉进水闸加固设计

右岸灌溉进水渠位于桩号0+049.70处，为坝下灌溉涵管进水方式。涵管进口设置进水闸，出口与原灌溉渠衔接。进水闸孔口尺寸1.0m×1.0m，顺水流方向长6m，宽2.2m。底高程27.0m，底板厚0.6m，闸墩厚0.6m，闸墩顶高程为29.60m。采用铸铁闸门螺杆启闭机启闭，，闸房面积为7m2。进水闸后采用钢筋混凝土矩形箱涵，孔口尺寸1.0m×1.0m，涵管长度64.0m。

左岸灌溉进水渠位于泄洪闸右侧混凝土导墙桩号0-022.60处，涵管进口设置进水闸，出口与原灌溉渠衔接。进水闸孔口尺寸1.0m×1.0m，顺水流方向长6m，宽2.2m。底高程为28.0m，底板厚0.6m，闸墩厚0.6m，闸墩顶高程为29.90m。采用铸铁闸门，启闭机平台板高程32.10m，闸房面积为7m2。进水闸后采用钢筋混凝土矩形箱涵，孔口尺寸1.0m×1.0m，壁厚0.3m，涵管长48m。

5.5泄洪闸的闸门和启闭设备

泄洪闸共布置有5孔，孔净宽为6.0m，底板高程为25.00m，闸顶高程为31.00m，工作闸门采用平面滑动钢闸门，其中3扇6.0m×14.1m，2扇6.0m×13.6m，平时2扇6.0m×13.6m的闸门门顶需要溢流排水，门顶需要设导排水装置。汛期当上游来水水位超过28.60m时，工作闸门动水启门，闸门开启锁定在闸墩顶，选用QPQ-2×1100kN固定卷扬式启闭机，容量2×1100kN，扬程8.0m，每孔1台，共5台。当水位下降到低于28.60m时，工作闸门靠自重可动水闭门。

6结语

总之，水闸在灌溉、防洪、排涝、减灾等方面有着重要地位，但一旦水闸工程出现病害，将直接影响到工程效益的发挥，威胁下游安全。因此，必须结合水闸的运行情况，找出存在的问题，及时采取措施消除存在的一切安全隐患，只有这样才能确保水闸的运行安全与可靠，才能发挥其应用的作用。

参考文献

[1]徐俊.谷皮冲水闸除险加固工程设计[J].工程建设与设计.2012年07期

[2]刘万新,刘俊义,丁洪亮.关于水闸除险加固工程设计的几个问题[J].水利水电快报.2004年第20期