苏家吉水闸除险加固设计方案探讨

姚久经

（常德市鼎城区冲柳排水工程管理处，湖南常德415000）

苏家吉水闸除险加固设计方案探讨

姚久经

（常德市鼎城区冲柳排水工程管理处，湖南常德415000）

本文就苏家吉水闸存在的安全隐患进行核定、评价，并根据规范要求及实际情况，对苏家吉水闸除险加固方案进行探讨。以期对同等类型的水闸除险加固工程有所帮助。

水闸；除险加固；设计方案；安全系数

1 工程概况

苏家吉水闸位于湖南常德鼎城沅水尾闾，处于沅水下游沅澧垸的一线防洪堤上，是冲柳撇洪河入沅水的总出口。苏家吉水闸是一座以排水为主，结合防洪、抗旱、灌溉等综合效益的大型水利工程。闸址距常德市32km。苏家吉水闸的具体任务包括排水、防洪和灌溉。控制集雨面积560.3km2，受益单位有武陵、鼎城两区的24个乡镇及洞庭、贺家山、万金障等农场。

2 水闸存在的安全隐患及分析

根据《苏家吉水闸安全鉴定报告书》的结论，该水闸安全鉴定类别为Ⅲ类，并提出如下维修加固建议：

（1）水闸抗滑稳定不满足规范要求，严重危及水闸的安全，必须进行加固处理；

（2）上游护坦大面积冲毁，需做加固处理；

（3）胸墙结构强度不满足要求，外河刺墙抗弯和抗裂不满足要求，需做加固处理；

（4）内湖混凝土刺墙及混凝土矮导墙碳化深度较大，需做加固处理；

（5）水闸各主要混凝土构件不同程度的出现裂缝、混凝土剥落、漏筋等现象，需做加固处理；

（6）闸门锈蚀深度达50%，在高水位运行中，安全系数偏低，需更换；

（7）电气设备容量偏小，不能满足水闸在高水位下运行要求，需更换；

（8）必须完善观测设施。

2.1 原闸室抗滑稳定复核计算

2.1.1 闸室抗滑稳定计算公式：

式中：KC—沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；f—闸室基底面与地基之间的摩擦系数，f取0.25；φ0—闸室基础底面与土质地基之间的摩擦角（°），φ取13°；C0—闸室基础底面与土质地基之间的粘聚力（K pa），C0=0.25C，C取22.5K pa；A—闸室基底面的面积（m2）；ΣG—作用于闸室上的全部竖向荷载（K N）；ΣH—作用于闸室上的全部水平向荷载（K N）。

2.1.2 设计工况

该水闸外河设计水位为33.25m，外河设计洪水位（P=3.33%）为39.96m，外河校核洪水位（P =1%）为41.09m，本次复核计算采用的工况见表1。

表1 各计算工况上下游水位值表

2.1.3 抗滑稳定复核计算结果及分析

闸室抗滑稳定安全系数计算结果见表2。

2.2 原闸室底板强度复核计算

原闸室底板厚度1.5m，单孔闸室底板平面尺寸19m×11.8m（长×宽），闸室底板垂直水流方向布置的受力钢筋为Φ25@300，单位宽度A s =1636.0m m2。

复核工况（即设计洪水情况下）闸室底板强度。结合前面稳定复核成果，经计算工况一下其底板单位宽度内受地基最大反力q=82.5K N/m，经计算底板单位宽度内最大弯矩为M=697.0K N·m，经配筋计算底板单位宽度内A s=1987.0m m2。计算成果如表3示：

表3 闸室底板配筋对比表

由计算结果可知原闸室底板所配受力钢筋面积不满足现工况要求，因此闸室底板结构强度不足，存在巨大安全隐患，需及时进行加固处理。

2.3 对水闸安全隐患的分析

从抗滑稳定计算可知，闸室抗滑稳定不满足规范要求，且主要表现为闸室自身稳定安全系数小于1.0。从表2计算成果可知，闸室最小抗滑安全系数为0.84，因此在现水情条件下整个闸室稳定不满足相关规范要求，存在极大的安全隐患。

该水闸的除险加固若仅考虑提高闸室自身的抗滑安全系数，可采用单纯加重闸室方案和在闸底内河侧设防滑槽并在外河侧设阻滑拖板方案，但是解决不了闸室底板结构强度不足问题，因此建议对原闸室进行拆除，在原址上重建水闸。

3 除险加固方案的设计

3.1 方案的设计原则

此次苏家吉水闸除险加固方案的制定，应结合《苏家吉水闸安全鉴定报告》的鉴定结论及水闸实际情况，并充分考虑各方面的因素。不仅要考虑解决当下的险情，还要结合现在的水情、险情及整个沅澧大圈的防汛需要，与沅澧垸一线防洪堤统一规划、布置，将水闸发现的险情和问题及时、全面的解决，为当地的社会、经济发展保驾护航。

3.2 方案的设计标准

根据《防洪标准》（G B 50201-94）、《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000）以及《水闸设计规范》（SL 265-2001）的规定，位于防洪堤上的建筑物等级标准不应低于堤防等级。苏家吉水闸所在堤防为2级堤防，因此确定苏家吉水闸的工程等别为Ⅱ等，建筑物级别为2级。

此次的水闸除险加固工程属I I等工程，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，根据《水闸设计规范》（SL 265-2001），本工程导流建筑物的级别为4级，其洪水标准为10～20年一遇，考虑到本工程特点，施工导流采用10年一遇洪水标准。

水闸排涝设计标准：内河排涝设计洪水标准为10年一遇（洪峰流量958m3/s），校核洪水标准为20年一遇（洪峰流量1258m3/s）；原水闸设计排水流量987m3/s，原校核排水流量1240m3/s。

表2 闸室抗滑稳定安全系数计算成果表

水闸防洪设计标准：主要防御外河洪水，其设计洪水标准为30年一遇（水位39.96m），校核洪水标准为100年一遇（水位41.09m）。

水闸灌溉设计标准：主要为区域内67.5万亩农田提供灌溉用水，最大灌溉引水流量为67.5m3/s。

3.3 除险加固方案

按照以上的制定原则，此次对苏家吉水闸的除险加固方案制定如下：

（1）拆除原水闸闸室，将水闸闸室长度由19m加长至21m，水闸底板高程仍然为28.0m，因闸室两端堤顶高程为42.50m，考虑到穿堤建筑物需在堤顶高程上加0.5m安全超高，因此闸墩顶高程为43.00m（外河侧）、41.10m（内河侧）。

（2）水闸闸室初拟采用5孔或6孔，闸室净宽10.0m或9.0m。

（3）在闸室内河侧闸墩顶（41.10m）布置净宽7.0m交通桥一座。

（4）为便于检修、维护并结合闸上交通桥的布置，将防洪门由弧形钢闸门改为平面钢闸门，防洪门由固定卷扬式启闭机启闭，闸门检修在43.0m的检修平台进行，且检修期一般安排在枯水期内河水外排时。

（5）在闸墩顶（43.00m）布置钢闸门启闭机排架和巡视平台。

（6）为增加闸室的稳定性，在闸室中部布置1.5m厚挡水胸墙。

（7）根据新闸室布置情况，并为结合水闸相关功能的需要，重新布置水闸站址范围内的相关附属建筑物，初拟将水闸管理站房布置到水闸内河左岸填筑平台上。

4 结论

对于类似水利工程，在对水闸除险加固方案的设计中，必须充分考虑各方面的影响因素，才能最终制定出最为合理的设计方案。才能保障其安全稳定的运行。

［1］G B 50201-94.防洪标准［S］.

［2］SL 265-2001.水闸设计规范［S］.

［3］尹如飞.关于明秀水闸除险加固工程初步设计的探讨［J］.沿海企业与科技，2011（06）：91-93.

［4］试验场水库大坝除险加固技术措施探究［J］.水利建设与管理，2013（06）：55-58.

T V 66

A

1672-2469（2015）06-0097-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.06.033

姚久经（1972年—），男，工程师。