汤河水库溢洪道主体结构安全分析

钟秋娟

（辽宁省汤河水库管理局，辽宁 辽阳 111000）

1 汤河水库溢洪道工程简况

汤河水库位于辽阳市弓长岭区汤河乡境内的汤河干流上，是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉、养鱼、发电等综合利用的大Ⅱ型水利枢纽工程。汤河水库1969年建成投入运行，1978年进行了加固处理，水库控制流域面积1 228 km2，总库容7.23亿m3，兴利库容3.7亿m3，防洪库容3.74亿m3。

主要枢纽建筑物由大坝、输水道、溢洪道、水电站4部分组成。溢洪道建于右岸，为开敞式，堰顶高程101.3 m，设两孔弧形工作闸门控制，每孔净宽11 m，闸门尺寸11×10.1 m。固定卷扬式启闭机，启门力为2×367 500 N。堰前设钢叠梁检修闸门1组，尺寸为11×10.4 m，配有2台5 t电动葫芦启闭机，最大泄流量为2 713 m3/s。

溢洪道中墩在保坝加固前厚为1.5 m，1975年海城地震时被震裂，后经化学灌浆，但整体强度已被削弱。1978年保坝加固的时候中墩在加高的同时，两边各加厚0.5 m，厚度达到2.5 m。边墩也在迎水面加厚0.5 m。

2 存在问题

海城地震，溢洪道中墩和边墩均被震裂，中墩两侧共出现5条竖向裂缝，其中有2对是贯穿裂缝，两边墩共出现18条裂缝，震后同年对裂缝进行环氧处理。

1978年进行保坝设计，闸墩迎水面加厚浇筑50 cm厚混凝土，新老混凝土结合质量较差，削弱支座牛腿强度，牛腿剪跨比与抗裂不满足规范要求。

由于受堰体与老混凝土约束，加固后闸墩又产生很多裂缝，左边墩3条，右边墩5条，其中部分为上下贯穿性裂缝。右边墩距闸门18 m处有1条竖向贯穿裂缝，从右侧导流墙顶端穿过牛腿直至护坦，最大缝宽达5 mm。

溢洪道堰体混凝土剥蚀严重，最大深度为6 cm，使堰体钢筋保护层减薄，混凝土缺损严重。

控制段的闸墩和堰体为分离式结构，即堰体中间设结构缝，而汤河水库是位于7°地震区，依据《水工建筑物抗震设计规范》8.2款要求，在地震设防区闸室分缝应设在闸墩上；宜提高边墩及岸坡的稳定性，防止地震产生河岸变形及附加侧向荷载而引起的闸孔变形。目前，左孔在闸门完全关闭的情况下漏水严重，据现场检测分析，是由于边墩发生变位所致。

溢洪道闸基存在渗流，渗流量15 L/min，在下游陡坎处，渗流量更大。随着库水位的升高，渗流量加大。

3 控制段抗滑稳定复核

溢洪道控制段由堰体、边墩、中墩、墩上交通桥及启闭机室组成，分为2孔，每孔净宽11.0 m，堰体、中墩、边墩均为独立结构（即边墩与堰体之间、中墩与左右堰体间均设有结构缝）。

堰顶高程为101.30 m；边墩为衡重式挡土墙结构，墙底高程96.14 m，墙顶高程118.16 m，墩长24.00 m；中墩为自重式闸墩，墩底高程96.14 m，底宽5.5 m，墩顶高程118.16 m，中墩厚2.5 m，墩长24.00 m；基础座在强风化岩上，基底面与岩石地基之间的抗滑摩擦系数 f'=0.6，C'=0.2 MPa。

3.1 堰体稳定及应力复核

根据溢洪道结构布置，溢洪道结构分缝设在堰体与闸墩之间，故堰体稳定计算单元取8 m宽堰体作为整体结构进行复核计算，而闸墩也作为独立的结构进行复核计算。作用在控制段上的荷载分为基本荷载和特殊荷载。

3.1.1 基本荷载

包括：结构自重及其上永久设备重量；正常蓄水位及设计洪水位时的静水压力；相应于正常蓄水位及设计洪水位时的扬压力；相应于正常蓄水位及设计洪水位时的浪压力；设计洪水位情况下泄流时的动水压力；淤沙压力。

3.1.2 特殊荷载

包括：校核洪水位时的静水压力；相应于校核洪水位时的扬压力；相应于校核洪水位时的浪压力；校核洪水位时的泄流动水压力。

荷载组合见表1。

表1 堰体的荷载组合表

控制段抗滑稳定及地基应力计算：

式中：ΣG：包括构筑物自重、水重在内的垂直荷载以及基底面上扬压力的总和，kN；

ΣMy：作用于构筑物各力对构筑物前趾的稳定力矩，kNm；

ΣM0：作用于构筑物各力对构筑物前趾的倾覆力矩，kNm；

B：构筑物顺水流方向长度，m；

L：构筑物垂直水流方向长度，m；

A：构筑物基底面面积，m2；

f’：构筑物基面与岩石地基之间的抗剪断摩擦系数；

C’：构筑物基面与岩石地基之间的抗剪断黏结力，kPa。

表2 溢洪道堰体稳定计算成果

计算结果表明，在各种工况下控制段的稳定安全系数满足规范要求；但在检修期、正常高水位时基底出现拉应力，不满足规范要求（规范要求在各种荷载组合情况下，地震情况除外，最小垂直正应力σmin大于零）。

3.2 闸墩稳定及应力复核

抗滑稳定验算公式及闸墩基底应力计算公式同堰体段。

边墩后土压力按朗肯公式计算：

表3 闸墩的荷载组合表

式中：φ：回填土内摩擦角。

检修期，边墩一侧挡土，另一侧闸门挡水；中墩一孔开闸放水，另一孔关闭。

计算成果见表4。

表4 边墩、中墩稳定及应力计算成果

经计算，溢洪道边墩和中墩在各种荷载组合下，抗滑稳定安全系数满足规范要求。

在特殊荷载组合下，中墩墩底出现拉应力，不满足规范要求（规范要求在各种荷载组合情况下，最小垂直正应力σmin大于0，在地震情况下，可允许出现不大于0.1 MPa的拉应力）。

目前，左孔在闸门完全关闭的情况下漏水严重，分析是由于边墩发生变位所致。

通过以上对溢洪道控制段的复核，并结合现场检测出的闸墩裂缝及变位情况，认为计算的结果与实际裂缝发生的情况吻合。

4 结论与建议

综上所述，汤河水库溢洪道的溢流堰在正常高水位及检修情况均出现基底拉应力，不满足规范要求；溢洪道的中墩在检修工况下出现基底拉应力，不满足规范要求。汤河水库溢洪道工程运行存在重大安全隐患，建议对汤河水库溢洪道尽快采取工程加固处理。