溝村節制閘除險加固工程設計研究

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摘要：溝村節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：節制閘；除險加固；計算；閘室結構

1工程概況

溝村節制閘位于祥符區羅王鄉溝村圈章河上，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。現狀閘底板高程為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揮灌溉效益，而且阻礙了汛期行洪，已失去了節制閘應有功效。

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。活動鋪板自重設計值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.某水利樞紐工程施工導流及水流控制研究[J].水利規劃與設計，2017（8）：151-153.

作者：梁美霞 單位：河南省炎黃建設工程有限公司