我國是一個人均水資源緊缺的國家，加之水資源在時間和空間分布不均。導致水資源供需矛盾更加突出。隨著社會的發(fā)展，水利事業(yè)在國民經(jīng)濟中占有越來越重要的作用。

　　《水利電力科技》武漢水利工程期刊，主要面向水利和電力系統(tǒng)的管理部門、設(shè)計院、科研院所，制造廠、發(fā)電廠、水利水電工程局、電建公司、水電站及大中專院校，兼顧外系統(tǒng)相關(guān)機械行業(yè)。本刊是國家電力公司、水利部“水利電力機械科技信息網(wǎng)”網(wǎng)長單位，具有行業(yè)信息優(yōu)勢和發(fā)行優(yōu)勢，在全國火電及水利水電行業(yè)擁有廣泛的訂戶和讀者。

　　本文對水閘現(xiàn)狀，病險水閘存在的問題，病險水閘除險加固初步設(shè)計中的問題進行了闡述，結(jié)合實際案例，給出病險水閘除險加固初步設(shè)計中個人的看法建議，對水閘除險加固工程初步設(shè)計參考。

　　1 現(xiàn)階段水閘狀況

　　1.1 水閘除險加固背景

　　在國家十二五規(guī)劃中，更是提出要大力發(fā)展水利事業(yè)，加強水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

　　1.2水閘病險情況

　　水利樞紐工程對保障國民經(jīng)濟各行業(yè)用水發(fā)揮了重要作用，水閘作為水利工程的重要組成部分，其安全關(guān)系到工程的安全運行和效益的發(fā)揮。但是水閘大部分建成于上世紀50~70年代，經(jīng)過幾十年運行，一些建筑物、金屬結(jié)構(gòu)等已接近折舊年限，同時由于歷史原因，大部分水閘存在工程標準偏低、建設(shè)質(zhì)量較差、老化失修嚴重、工程管理落后、配套設(shè)施不全、缺乏良性的管理體制與機制等一系列問題，致使水閘安全隱患嚴重，制約著工程效益的發(fā)揮。

　　(1)建設(shè)先天不足，工程質(zhì)量差

　　現(xiàn)有的水閘，絕大多數(shù)修建于“大躍進”、“文革”和“農(nóng)業(yè)學大寨”期間，據(jù)統(tǒng)計，大型水閘的84%、中型水閘的82.6%，是在1990年以前建成的。限于當時的經(jīng)濟條件、技術(shù)水平，水閘工程設(shè)計標準普遍偏低，有不少水閘是“邊勘測、邊設(shè)計、邊施工”的“三邊”工程，施工質(zhì)量較差。有些水閘的建設(shè)甚至沒有設(shè)計。加之，當時的施工設(shè)備簡陋，水泥、鋼材等建筑材料短缺、大量使用替代材料等，致使許多水閘建設(shè)質(zhì)量先天不足，隱患較多。

　　(2)管理后天失調(diào)，老化失修嚴重

　　受水閘管理體制不順、機制不活、管理人員素質(zhì)低等因素的制約，水閘管理投入長期不足，管理水平低。由于缺乏維修加固資金，管理單位難以完成必要的維修加固工作，或搞限額設(shè)計，應急處理，致使水閘的維修加固不及時或不徹底，久而久之，工程“積病成險”。除工程本身存在病險問題外，水閘的管理設(shè)施非常落后，絕大部分水閘缺少必要的雨水情和工情觀測設(shè)施。

　　(3)安全標準偏低

　　部分水閘修建時，實測水文系列較短，隨著水文系列的延長，以及極端天氣現(xiàn)象的頻繁發(fā)生，按照現(xiàn)行規(guī)范重新進行設(shè)計洪水復核，很多水閘的洪水標準低于部頒標準。同時，隨著國民經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展，與水閘建設(shè)有關(guān)的技術(shù)標準不斷得到修訂、完善，很多水閘的安全標準偏低，亟待提高。

　　(4)病險水閘的病險問題主要表現(xiàn)為：

　　防洪標準偏低;不均勻沉降引起的損壞普遍;滲漏導致的破壞嚴重;閘室結(jié)構(gòu)混凝土老化導致的破損嚴重;閘下游消能防沖設(shè)施損壞嚴重;泥沙淤積問題突出;閘門及啟閉設(shè)備老損嚴重。

　　2 病險水閘除險加固初步設(shè)計中應注意的問題

　　病險水閘除險加固是按照“安全鑒定”和“初步設(shè)計”兩個階段開展工作。初步設(shè)計是嚴格按照相關(guān)報告編制大綱的要求編制的，其中水文、工程地質(zhì)、樞紐總體布置以及除險加固內(nèi)容是初步設(shè)計的核心內(nèi)容。

　　2.1 水文

　　水文資料是水閘工程設(shè)計的基礎(chǔ)。就病險水閘而言，在進行除險加固初步設(shè)計時，洪水數(shù)據(jù)的選擇不能再采用原水閘設(shè)計時閘址處洪水計算成果，而應采用延長至近期水文系列數(shù)據(jù)，必須編制專題的工程水文報告。報告中要概括以下內(nèi)容：

　　(1)水系、水利工程及計算斷面的簡介;

　　(2)基本資料搜集、分析;

　　(3)徑流分析計算;

　　(4)洪水分析計算;

　　(5)水位流量關(guān)系分析和復核計算;

　　(6)河流泥沙情況分析;

　　(7)說明水體主要離子含量;

　　(8)閘前現(xiàn)狀冰情分析。

　　2.2 工程地質(zhì)

　　地質(zhì)勘察工作是水閘工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，它能夠查明地質(zhì)病害和隱患部位的范圍和類型、分析其產(chǎn)生原因，評價其危害程度，為樞紐工程除險加固初步設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)。水閘除險加固工程地質(zhì)勘察工作，重點應查明下列內(nèi)容：

　　(1)復核工程區(qū)地震動峰值加速度，并附工程區(qū)及外圍的地震動參數(shù)區(qū)劃圖。

　　(2)調(diào)查分析水閘病險成因，評價其危害程度。

　　(3)復核原地質(zhì)圖，如果無前期勘察資料應補充進行工程地質(zhì)測繪，測繪范圍包括整個閘樞紐布置區(qū)和近閘區(qū)，比例尺可選用1：2000。

　　(4)查明河床覆蓋層的埋深與厚度、分層情況，特別要注意查明河床覆蓋層中有無沙層、粉細沙層、軟土、淤泥等不良工程地質(zhì)土層的分布和厚度。

　　(5)沿閘基應有足夠的勘探剖面(垂直和平行閘基)，勘探剖面上應有鉆孔控制，鉆孔深度應深入現(xiàn)灌注樁基以下。

　　(6)如無前期勘察資料，應補充閘基和閘肩與岸坡接合部位的土層物理力學性質(zhì)試驗，每區(qū)試驗組數(shù)不宜少于6組。

　　(7)對可液化沙層應進行標準貫入試驗，進行液化判別。

　　(8)對河水、地下水和土體應取樣進行腐蝕性評價，試件數(shù)不應少于3件。

　　(9)對天然建筑材料應根據(jù)設(shè)計所需材料和數(shù)量進行詳查，并對其儲量、質(zhì)量進行評價。勘察方法和勘察工作量應滿足《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL55-2005)的要求。

　　2.3 病險水閘除險加固內(nèi)容

　　病險水閘除險加固內(nèi)容包括：

　　2.3.1 等級劃分及洪水標準

　　病險水閘除險加固設(shè)計時，首先應復核建筑物等別與級別。目前需要除險加固設(shè)計的水閘，多修建于20 世紀 90 年代之前。在不同時期，國家有不同的相關(guān)規(guī)范來確定工程的等別。因此，水閘除險加固應以滿足水閘正常使用功能和自身防洪安全為原則。目前，復核水閘建筑物等別與建筑物級別時，主要以《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL265-2001)為依據(jù)確定建筑物的等別與級別。山區(qū)、丘陵區(qū)水利樞紐工程等別應按國家現(xiàn)行的《水利水電工程等別劃分及洪水標準》(SL252-2000)確定。

　　2.3.2 工程布置

　　安全鑒定中需要除險加固的三類閘，除險加固設(shè)計原則上一般不改變原閘的工程總體布置和主要建筑物型式。需要延長滲徑和消能防沖段的水閘，應按原閘軸線進行布置，并符合《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL265-2001)的相關(guān)規(guī)定。

　　2.3.3 水力設(shè)計

　　水力設(shè)計一般包括：過流能力驗算、擬定閘門控制運行方式和消能防沖設(shè)計計算。病險水閘除險加固設(shè)計時，影響水閘過流能力的主要因素包括設(shè)計水位的變化、孔口斷面尺寸和型式的變化、過水涵洞斷面尺寸以及涵洞長度的變化、消能防沖設(shè)施變化等。

　　2.3.4 防滲排水設(shè)計

　　水閘的防滲排水設(shè)計主要是根據(jù)閘基地質(zhì)情況及上下游水位條件等進行設(shè)計計算，其內(nèi)容包括：進行水閘的地下輪廓布置，設(shè)計防滲、排水型式、布置、構(gòu)造和尺寸;滲流壓力計算;滲流坡降計算，驗算地基抗?jié)B穩(wěn)定性;濾層設(shè)計;防滲帷幕及排水孔設(shè)計;永久縫止水設(shè)計等。

　　2.3.5 閘室結(jié)構(gòu)布置及穩(wěn)定性分析

　　水閘除險加固時，首先需根據(jù)新的設(shè)計條件對原結(jié)構(gòu)進行分析計算，然后結(jié)合安全鑒定中結(jié)構(gòu)存在的問題，采取必要的工程措施進行加固，同時按加固后的結(jié)構(gòu)尺寸重新進行結(jié)構(gòu)分析和穩(wěn)定驗算。驗算時應盡可能考慮工程措施中新老材料之間的差異性，以及這些差異將對工程安全運行帶來的影響。

　　2.3.6 地基處理及設(shè)計

　　當水閘發(fā)生不均勻沉降或者地基總體沉降量較大時，需根據(jù)地質(zhì)情況重新復核地基承載力。閘室加固、防滲措施改變時都需要重新驗算地基承載力。

　　3 除險加固實例

　　水閘布置應根據(jù)閘址地形、地質(zhì)、水流等條件以及引水樞紐中各建筑物的功能、特點、運用要求等來確定，做到各建筑物緊湊合理、協(xié)調(diào)美觀，組成的整體能夠取得最大的效益。本文以某大中型引水樞紐水閘的除險加固為例，加以說明。

　　該樞紐工程建于1959年，由進水閘、泄洪沖砂閘、上下游整治段、引水彎道、泄洪閘、溢流側(cè)堰等部分組成。進水閘4孔，單孔凈寬5.5m，設(shè)計過水流量105 m3/s，校核流量140m3/s，閘底板高程611.5 m，墩高4 m。泄洪閘沖砂閘7孔，單孔凈寬5 m，閘底板高程610.5 m，墩高5 m，原設(shè)計過水流量420 m3/s，校核流量545 m3/s。上游河道整治段包括喇叭口300 m，溢流側(cè)堰直線段250 m，閘前人工彎道245 m，全長800 m，設(shè)計縱坡0.00758。溢流側(cè)堰以上整治河道底寬65 m，溢流側(cè)堰以下整治河道底寬40 m。溢流側(cè)堰以下引水彎道設(shè)計流量為650 m3/s。

　　工程自運行以來，曾多次發(fā)生事故，特別是泥沙淤積嚴重，直接威脅工程安全，給運行管理帶來了極大困難。在50年的工程運行實踐中，工程管理人員不斷摸索研究，總結(jié)出了一套適應于水情和工程特點的管理制度和管理辦法，及時進行了水毀工程修復，在泄洪沖沙閘下游采用束水沖沙，成功解決了泥沙淤積問題，保證了樞紐工程的正常運行。

　　經(jīng)安全鑒定樞紐工程水閘定為三類閘。從運行管理中發(fā)現(xiàn)的問題來看，初步設(shè)計中應優(yōu)化引水彎道平面布置，以改善樞紐工程運行條件，保證水閘樞紐工程安全運行。

　　(1)拆除泄洪沖砂閘、進水閘，可以按要求在原閘址范圍進行重建。初步設(shè)計中，應優(yōu)化泄洪沖沙閘和進水閘的平面布置，并合理確定兩閘之間夾角。

　　(2)拆除溢流側(cè)堰末端3孔泄洪閘。泄洪閘引水角度偏大，設(shè)置位置遠離河道主流，無法滿足正常泄洪排沙功能。初步設(shè)計中，建議泄洪閘布置在原溢流側(cè)堰上游、河道水流主向位置，這有利于充分發(fā)揮其泄洪排沙功能。

　　(3)初步設(shè)計時，優(yōu)化引水彎道平面布置，原引水彎道設(shè)計流量偏大，彎道底寬40m，應適當收窄。根據(jù)自治區(qū)彎道引水樞紐工程建設(shè)經(jīng)驗，合理作好平面布置。在縮小彎道寬度時，保持右岸堤防維持不動，左岸堤防內(nèi)移，比較合理。

　　(4)建議拆除重建已嚴重破壞的溢流側(cè)堰，應合理分析確定溢流側(cè)堰的泄洪流量及堰頂高程。

　　(5)認真檢查泄洪沖沙閘下游束水沖沙槽的岸墻和中墩，要進行必要的加固處理，還應與新建泄洪沖砂閘相配套，平順連接。水閘通過除險加固后，可以改變病險狀況，充分發(fā)揮引水灌溉、泄洪排沙的作用，更好地為經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)。

　　4 總結(jié)

　　在水利工程中，水閘除險加固設(shè)計是一項重要工作，影響水閘設(shè)計的因素多種多樣，包括水文、工程地質(zhì)等方面，在實際的設(shè)計施工中，一定要做到首先對地質(zhì)工程進行詳細的勘察，結(jié)合建筑物的功能特點，嚴格按照水閘設(shè)計規(guī)范要求進行規(guī)劃設(shè)計，對水閘等級及洪水標準的核定、總體布置、水力設(shè)計、防滲排水設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、地基處理設(shè)計、觀測設(shè)計等進行全面的綜合分析計算，保證整體設(shè)計質(zhì)量。

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