溝村節(jié)制閘除險加固工程設計研究

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摘要：溝村節(jié)制閘除險加固工程設計是基于實際工程問題進行的分析和計算。文章以《水閘設計規(guī)范》為標準，基于工程水文地質條件，對水閘拆除重建后的水閘布置、防滲排水，以及閘室結構等進行計算和設計，并對水閘的穩(wěn)定性進行了計算分析。文章研究成果旨在為類似工程設計提供方法參考。

關鍵詞：節(jié)制閘；除險加固；計算；閘室結構

1工程概況

溝村節(jié)制閘位于祥符區(qū)羅王鄉(xiāng)溝村圈章河上，建于1977年6月，控制流域面積108km2，該閘為開敞式結構，其主要部位閘室按3級建筑物設計，其余次要建筑物也為3級建筑物，防洪標準為5年一遇。全閘總長36m，上游連接段長9m，閘橋面寬2m，下游消能防沖段長23m，閘孔總凈寬15m，每孔凈寬2.5m，共6孔，順水流方向2m，底板厚0.5m，200#素混凝土?，F狀閘底板高程為59.75m，閘門為框架混凝土閘門，門高3.47m，手搖啟閉系統，現狀正常蓄水位為62.95m。經過對水閘現狀安全重新進行監(jiān)測和復核，原有水閘存在損毀嚴重、設備陳舊、無觀測設施、無啟閉機房等，已經不滿足安全運行要求，必須進行拆除重建工程。

2工程存在的問題

2.1土石方工程

溝村節(jié)制閘建于1977年，水閘的上下游連接段均為漿砌石砌筑，通過現場安全檢查可以得知，漿砌石結構均存在勾縫砂漿剝落，部分漿砌塊石松動，上部漿砌塊石表面部分風化，上下游護坡、海漫、防沖槽，裂縫塌陷等問題。管理房為磚砌體結構，房頂塌陷，漏雨嚴重，門窗損壞，墻壁裂陷。

2.2混凝土工程

溝村節(jié)制閘的混凝土工程主要是閘門、閘墩、底板、機架橋以及交通橋。根據現場安全檢查，混凝土碳化、風化裂陷嚴重，鋼筋銹蝕。初步推測因混凝土強度等級偏低，鋼筋保護層偏小，不滿足規(guī)范要求所致。

2.3金屬結構

由于年代久遠，閘板與螺桿連接金屬結構銹蝕嚴重，左1孔盡毀，啟閉困難，該閘不僅不能正常發(fā)揮灌溉效益，而且阻礙了汛期行洪，已失去了節(jié)制閘應有功效。

2.4啟閉機、電氣設備

啟閉機于1977年建成后，一直運行現在，已有30多年，5噸6臺啟閉設備，左第一孔啟閉機及鑼桿無，其余5臺啟閉設備及連接部件，銹蝕嚴重，啟閉困難。

2.5管理及觀測設施

水閘無專用防汛用電線路，且設備老化，存在安全隱患，不利于汛期安全運行。水閘缺少工程維修管理。水閘上下游無任何沉降、變形觀測設施，無法掌握水閘的沉降、變形情況，不利于水閘的運行管理。

3水閘拆除重建設計

3.1拆除后的水閘布置

本水閘設計采用開敞式C20鋼筋混凝土結構。底板采用平底板設計，采用上、下游墩頭均為半圓形的閘墩設計，露頂式平板鋼閘門設計。鋪蓋采用現澆混凝土，護坡段與鋪蓋段以圓弧翼墻相連接，圓弧翼墻初步采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻，與閘室連接處翼墻頂高程從63.43m加高至63.63m，采用斜坡相連。采用底流消能防沖，消力池布置在閘室后面，池底與閘底板之間以斜坡相連（本設計斜坡坡率取為1：5），斜坡頂端緊靠閘底板的下游端。按照《水閘設計規(guī)范》，設計閘孔凈寬為15m，閘墩厚度為中墩1.0m，邊墩0.8m。按照《水閘設計規(guī)范》，消力池深度為0.9m，長度為15m，護坦厚度為0.6m，消力池采用鋼筋混凝土結構。重建后海漫長20m，底板采用0.3m厚的C20現澆混凝土，兩岸以圓弧翼墻與下游護坡連接，護坡為0.15m厚C20現澆混凝土，邊坡坡率1：2.5。防沖槽采用寬淺式以便施工，其深度為1.2m，設計底寬b取3m，順河流方向長6m，上、下游坡率都取為m=2.5，兩岸邊坡與河岸相同。

3.2防滲排水設計

本設計為輕粉質壤土，均采用平底式地基輪廓，其防滲設備為平鋪蓋，淺齒墻。鋪蓋長度11.28m，鋪蓋厚度為1m，鋪蓋上下游均設齒墻增加閘室的抗滑穩(wěn)定性并延長滲徑，齒墻深一般為（0.5-1.5）m，本設計采用0.8m，底板尺寸設計為3H（H為上下游最大水位差）8.46m，底板厚度與地基土質，水閘荷載，單孔凈寬等因素有關，初擬時取閘孔凈寬的（0.2-0.125）倍，本設計取0.2倍的凈寬，取為0.6m，齒墻高取0.7m，混凝土墊層厚取0.1m。按滲透穩(wěn)定最不利條件考慮，閘上游為正常蓄水位，下游無水，上游蓄水位62.95m，上、下游最大水位差為2.82m，根據地質報告，閘基應建在輕粉質壤土層上，根據《水閘設計規(guī)范》，取滲徑系數為4，由此計算水閘防滲長度為4×2.82=11.28m。

3.3水閘穩(wěn)定計算

閘頂高程=最高水位+波浪高度+安全超高，3級水閘正常蓄水位時安全超高為0.4m，最高擋水位時安全超高0.3m，區(qū)域波高為0.2m，故閘頂高程為63.73m，取值64m，閘頂高位3.4m，閘門高度為3.2m，門寬為3.5m，露頂式平面閘門重估算結果為14.33kN。閘底板是閘室的基礎部分，必須有足夠的剛度和強度，本設計底板厚度取1.0m，底板內配筋，對于輕砂質壤土地基偏安全的閘底板長度取12m閘墩順水流方向的長度取與底板相同，為10m。閘墩為鋼筋混凝土結構。中墩厚為1.0m，邊墩厚為0.8m，閘墩型式采用上、下游為半圓型，由《水工設計手冊》可知，上游檢修門槽槽深0.3m，寬0.3m。工作門槽一般由閘門尺寸及支承方式確定，槽深先設為0.3m，寬為0.6m。經過計算，啟門力為78.13kN，閉門力為48.05kN，啟閉機選擇QL-160-SD手電兩用螺桿式啟閉機，檢修閘門啟閉設備選用160kN-4.5m電動葫蘆較為合理，最大啟閉力160kN，工作閘門選用螺桿式啟閉機，在緊急情況既無電力保證的情況下，采用人力手動方式進行啟閉閘門。

4閘室結構計算

4.1工作橋結構設計

考慮到方便起吊，設計每跨由兩根倒L型縱梁及兩根橫梁組成，人后再在兩縱梁之間加活動鋪蓋。設計縱梁梁高800mm，梁寬300mm，梁緣厚度端部100mm，根部200mm，挑出長度600mm。設計橫梁截面為矩形，梁高480mm，梁寬200mm。鋪板厚度80mm，活動鋪板預制長度2160mm，寬度500mm。懸臂板取1.0m寬板帶，自重設計為3.859kN/m，故按構造配筋，由于梁高較大，箍筋不宜太細，采用準8@200，全梁設置箍筋，用準12@200為受力鋼筋?；顒愉伆遄灾卦O計值4.54kN/m，人群荷載設計3kN/m，繩鼓荷載設計7.1kN/m，故選配3準10（236mm2），均布鋼筋配準6@200。

4.2交通橋結構設計

本次交通橋按公路-Ⅱ級設計，采用預制裝配式鋼筋混凝土橋板，板長4000mm，板寬1000mm。已知凈跨徑為L0=3000mm，計算跨徑為L=3000+500×2=4000mm，橋面凈寬5m，橋面寬5+1=6m，欄桿0.15×2=0.3m，預制板材料混凝土C20，鋼筋采用HRB335鋼筋。

5結束語

上游鋪蓋長10m，厚0.6m。閘室底板長12m，厚1m。下游鋪蓋與消力池長度為15m，鋪蓋與消力池以坡率為1:5斜坡相連。上、下游翼墻采用八字形翼墻，翼墻與邊墩連接段有高程差，以斜坡過渡。海漫長為20m。本設計主要進行了水力學計算，結構計算，確定了斷面尺寸，最后確定其配筋，保證了除險加固工程的穩(wěn)定性和合理性。

參考文獻：

[1]陳端，王賢忠，崔海濤.某水利樞紐施工導流設計[J].水利水電工程設計，2018，37（1）：3-5.

[2]杜衛(wèi).某水利樞紐工程施工導流及水流控制研究[J].水利規(guī)劃與設計，2017（8）：151-153.

作者：梁美霞 單位：河南省炎黃建設工程有限公司