溝村節(jié)制閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)研究

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摘要：溝村節(jié)制閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)是基于實(shí)際工程問(wèn)題進(jìn)行的分析和計(jì)算。文章以《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》為標(biāo)準(zhǔn)，基于工程水文地質(zhì)條件，對(duì)水閘拆除重建后的水閘布置、防滲排水，以及閘室結(jié)構(gòu)等進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，并對(duì)水閘的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算分析。文章研究成果旨在為類似工程設(shè)計(jì)提供方法參考。

關(guān)鍵詞：節(jié)制閘；除險(xiǎn)加固；計(jì)算；閘室結(jié)構(gòu)

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(kāi)敞式結(jié)構(gòu)，其主要部位閘室按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，其余次要建筑物也為3級(jí)建筑物，防洪標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇。全閘總長(zhǎng)36m，上游連接段長(zhǎng)9m，閘橋面寬2m，下游消能防沖段長(zhǎng)23m，閘孔總凈寬15m，每孔凈寬2.5m，共6孔，順?biāo)鞣较?m，底板厚0.5m，200#素混凝土?，F(xiàn)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(tǒng)，現(xiàn)狀正常蓄水位為62.95m。經(jīng)過(guò)對(duì)水閘現(xiàn)狀安全重新進(jìn)行監(jiān)測(cè)和復(fù)核，原有水閘存在損毀嚴(yán)重、設(shè)備陳舊、無(wú)觀測(cè)設(shè)施、無(wú)啟閉機(jī)房等，已經(jīng)不滿足安全運(yùn)行要求，必須進(jìn)行拆除重建工程。

2工程存在的問(wèn)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)安全檢查可以得知，漿砌石結(jié)構(gòu)均存在勾縫砂漿剝落，部分漿砌塊石松動(dòng)，上部漿砌塊石表面部分風(fēng)化，上下游護(hù)坡、海漫、防沖槽，裂縫塌陷等問(wèn)題。管理房為磚砌體結(jié)構(gòu)，房頂塌陷，漏雨嚴(yán)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(jī)架橋以及交通橋。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安全檢查，混凝土碳化、風(fēng)化裂陷嚴(yán)重，鋼筋銹蝕。初步推測(cè)因混凝土強(qiáng)度等級(jí)偏低，鋼筋保護(hù)層偏小，不滿足規(guī)范要求所致。

2.3金屬結(jié)構(gòu)

由于年代久遠(yuǎn)，閘板與螺桿連接金屬結(jié)構(gòu)銹蝕嚴(yán)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(yīng)有功效。

2.4啟閉機(jī)、電氣設(shè)備

啟閉機(jī)于1977年建成后，一直運(yùn)行現(xiàn)在，已有30多年，5噸6臺(tái)啟閉設(shè)備，左第一孔啟閉機(jī)及鑼桿無(wú)，其余5臺(tái)啟閉設(shè)備及連接部件，銹蝕嚴(yán)重，啟閉困難。

2.5管理及觀測(cè)設(shè)施

水閘無(wú)專用防汛用電線路，且設(shè)備老化，存在安全隱患，不利于汛期安全運(yùn)行。水閘缺少工程維修管理。水閘上下游無(wú)任何沉降、變形觀測(cè)設(shè)施，無(wú)法掌握水閘的沉降、變形情況，不利于水閘的運(yùn)行管理。

3水閘拆除重建設(shè)計(jì)

3.1拆除后的水閘布置

本水閘設(shè)計(jì)采用開(kāi)敞式C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。底板采用平底板設(shè)計(jì)，采用上、下游墩頭均為半圓形的閘墩設(shè)計(jì)，露頂式平板鋼閘門設(shè)計(jì)。鋪蓋采用現(xiàn)澆混凝土，護(hù)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)范》，設(shè)計(jì)閘孔凈寬為15m，閘墩厚度為中墩1.0m，邊墩0.8m。按照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，消力池深度為0.9m，長(zhǎng)度為15m，護(hù)坦厚度為0.6m，消力池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。重建后海漫長(zhǎng)20m，底板采用0.3m厚的C20現(xiàn)澆混凝土，兩岸以圓弧翼墻與下游護(hù)坡連接，護(hù)坡為0.15m厚C20現(xiàn)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(shè)計(jì)底寬b取3m，順河流方向長(zhǎng)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(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)為輕粉質(zhì)壤土，均采用平底式地基輪廓，其防滲設(shè)備為平鋪蓋，淺齒墻。鋪蓋長(zhǎng)度11.28m，鋪蓋厚度為1m，鋪蓋上下游均設(shè)齒墻增加閘室的抗滑穩(wěn)定性并延長(zhǎng)滲徑，齒墻深一般為（0.5-1.5）m，本設(shè)計(jì)采用0.8m，底板尺寸設(shè)計(jì)為3H（H為上下游最大水位差）8.46m，底板厚度與地基土質(zhì)，水閘荷載，單孔凈寬等因素有關(guān)，初擬時(shí)取閘孔凈寬的（0.2-0.125）倍，本設(shè)計(jì)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(wú)水，上游蓄水位62.95m，上、下游最大水位差為2.82m，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，閘基應(yīng)建在輕粉質(zhì)壤土層上，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，取滲徑系數(shù)為4，由此計(jì)算水閘防滲長(zhǎng)度為4×2.82=11.28m。

3.3水閘穩(wěn)定計(jì)算

閘頂高程=最高水位+波浪高度+安全超高，3級(jí)水閘正常蓄水位時(shí)安全超高為0.4m，最高擋水位時(shí)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(jié)果為14.33kN。閘底板是閘室的基礎(chǔ)部分，必須有足夠的剛度和強(qiáng)度，本設(shè)計(jì)底板厚度取1.0m，底板內(nèi)配筋，對(duì)于輕砂質(zhì)壤土地基偏安全的閘底板長(zhǎng)度取12m閘墩順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度取與底板相同，為10m。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。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(shè)計(jì)手冊(cè)》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(shè)為0.3m，寬為0.6m。經(jīng)過(guò)計(jì)算，啟門力為78.13kN，閉門力為48.05kN，啟閉機(jī)選擇QL-160-SD手電兩用螺桿式啟閉機(jī)，檢修閘門啟閉設(shè)備選用160kN-4.5m電動(dòng)葫蘆較為合理，最大啟閉力160kN，工作閘門選用螺桿式啟閉機(jī)，在緊急情況既無(wú)電力保證的情況下，采用人力手動(dòng)方式進(jìn)行啟閉閘門。

4閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1工作橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到方便起吊，設(shè)計(jì)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(dòng)鋪蓋。設(shè)計(jì)縱梁梁高800mm，梁寬300mm，梁緣厚度端部100mm，根部200mm，挑出長(zhǎng)度600mm。設(shè)計(jì)橫梁截面為矩形，梁高480mm，梁寬200mm。鋪板厚度80mm，活動(dòng)鋪板預(yù)制長(zhǎng)度2160mm，寬度500mm。懸臂板取1.0m寬板帶，自重設(shè)計(jì)為3.859kN/m，故按構(gòu)造配筋，由于梁高較大，箍筋不宜太細(xì)，采用準(zhǔn)8@200，全梁設(shè)置箍筋，用準(zhǔn)12@200為受力鋼筋。活動(dòng)鋪板自重設(shè)計(jì)值4.54kN/m，人群荷載設(shè)計(jì)3kN/m，繩鼓荷載設(shè)計(jì)7.1kN/m，故選配3準(zhǔn)10（236mm2），均布鋼筋配準(zhǔn)6@200。

4.2交通橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次交通橋按公路-Ⅱ級(jí)設(shè)計(jì)，采用預(yù)制裝配式鋼筋混凝土橋板，板長(zhǎng)4000mm，板寬1000mm。已知凈跨徑為L(zhǎng)0=3000mm，計(jì)算跨徑為L(zhǎng)=3000+500×2=4000mm，橋面凈寬5m，橋面寬5+1=6m，欄桿0.15×2=0.3m，預(yù)制板材料混凝土C20，鋼筋采用HRB335鋼筋。

5結(jié)束語(yǔ)

上游鋪蓋長(zhǎng)10m，厚0.6m。閘室底板長(zhǎng)12m，厚1m。下游鋪蓋與消力池長(zhǎng)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(guò)渡。海漫長(zhǎng)為20m。本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行了水力學(xué)計(jì)算，結(jié)構(gòu)計(jì)算，確定了斷面尺寸，最后確定其配筋，保證了除險(xiǎn)加固工程的穩(wěn)定性和合理性。

參考文獻(xiàn)：

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作者：梁美霞 單位：河南省炎黃建設(shè)工程有限公司