病險水閘除險加固工程設計中的有關問題

1、第一部分第一部分 概述概述1、我省病險水閘工程概況、我省病險水閘工程概況 我省病險水庫共有311座，其中：大型水閘82座，中型水閘229座。311座病險水閘中，4類病險水閘34座，3類病險水閘277座。 病險水閘的存在，一是影響了工程效益的發(fā)揮，二是由于工程隱患的存在，給人民生命財產的安全及社會穩(wěn)定造成了重大威脅。 2、病險水閘存在的主要問題、病險水閘存在的主要問題 2.1 一般工程缺陷一般工程缺陷2.1.1土石結構：裂縫、塊石風化、塊石塌陷、松動、勾縫脫落等；2.1.2砼結構：裂縫、層離、剝落或露筋、掉棱或缺角、蜂窩麻面、表面侵蝕、凍融破壞等；2.1.3閘門、啟閉設施銹蝕； 2.2 適用性指

2、標達不到設計標準適用性指標達不到設計標準 2.2.1過流能力不足； 2.2.2消能防沖能力不足； 2.2.3閘門不能正常使用； 2.2.4啟閉設備老化； 2.2.5胸墻漏水； 2.2.6觀測設施失效； 2.3 影響水閘安全性的病險情影響水閘安全性的病險情 2.3.1防洪能力嚴重不滿足國家防洪標準； 2.3.2抗滑穩(wěn)定安全系數嚴重不滿足規(guī)范要求； 2.3.3抗?jié)B穩(wěn)定性嚴重不滿足要求； 2.3.4結構強度嚴重不滿足要求； 3、除險加固工程措施、除險加固工程措施 3.1對于一般性工程缺陷的處理措施對于一般性工程缺陷的處理措施 3.1.1對于土石結構一般性工程缺陷可采取更換、修整修補的辦法； 3.1.

3、2對砼結構一般工程缺陷可采用修補、化學修補、補強（粘鋼、貼碳纖維等）的辦法； 3.1.3對閘門、啟閉機銹蝕采取除銹防銹處理； 3.2對于適用性指標達不到設計標準的病險對于適用性指標達不到設計標準的病險情處理措施情處理措施 3.2.1對于過流能力不足的水閘，可采取增加泄流斷面（擴孔、加大單孔寬度減少閘孔數），條件允許的話，最好采取降低引流指標的辦法。 3.2.2對于消能防沖能力不足的問題，可采用改造消力池、加大池深和池長；加長海漫；增設二級消力池。 3.2.3啟閉設備老化，采取大修或更新； 3.2.4對于閘門老化銹蝕、不能正常運用，進行檢測，根據檢測結論決定是否更換或大修。 3.3對于影響水閘安

4、全性的病險情處理對于影響水閘安全性的病險情處理 3.3.1防洪能力不足 可以考慮加高閘頂高程的辦法。但采取工程措施后應對水閘抗滑、抗?jié)B、消能防沖、閘門及閘室各部件是否滿足規(guī)范要求作復核計算，并作相應處理。 上述方案行不通，應考慮拆除重建。 （我省有一些攔河閘，洪水期漫頂，只需加高工作橋或啟閉機房，但對此類水閘應作抗浮復核。） 3.3.2水閘抗滑能力不滿足規(guī)范要求 3.3.2.1增加高水側的鋪蓋長度、作垂直防滲體（帷幕、砼防滲墻等）、或在不影響抗?jié)B安全的前提下將排水設施向水閘底板靠近。上述措施主要目的是減少閘室的滲壓力； 3.3.2.2加大閘室上部結構重量（加高閘墩、設承重土箱等）。但采取此方案

5、時應對閘室基底應力、基底應力不均勻系數及底板結構強度作相應復核； 3.3.2.3利用鋼筋砼板作為阻滑板或增設阻滑閘段（阻滑力效果折減系數為0.8）。此方案的前提是閘室自身的抗滑穩(wěn)定安全系數不小于1.0； 3.3.2.4上述方案仍不能解決問題，則應拆除重建水閘。 3.3.3水閘的抗?jié)B能力不滿足要求 在水閘閘室高水側作垂直防滲體（砼防滲墻、高噴、帷幕等）、增設水平鋪蓋板。在位于防滲范圍內的永久縫應設置止水。對已造成地基嚴重滲透破壞的水閘，應拆除重建。 3.3.4結構強度不滿足要求 3.3.4.1采用粘鋼、貼碳纖維作結構性補強； 3.3.4.2上部結構（工作橋、公路橋、啟閉臺、胸墻等）結構強度嚴重不

6、滿足要求，可拆除重建。 3.3.4.3基礎部位（底板）已產生嚴重破壞，應拆除重建水閘。第二部分第二部分 病險水閘除險加固后的復核計算病險水閘除險加固后的復核計算 第一節(jié) 防洪標準復核 一、閘頂高程可滿足防洪標準的高度計算方法 （一）擋水：閘頂高程等于正常蓄水位（或最高擋水位）與相應安全超高之和； （二）泄水：閘頂高程等于設計洪水位（校核洪水位）與相應安全超高之和。 二、應根據水閘不同類型，區(qū)分擋水閘和泄水閘，通過對比分析閘頂高程與對應水位的關系進行判斷。 第二節(jié) 過流能力復核 一、開敞式水閘一、開敞式水閘 1、水閘過閘流態(tài)及判定 寬頂堰式的平底水閘：a/H00.65時為堰流，a/H00.65時

7、為孔流 實用堰式水閘：a/H00.75時為堰流，a/H00.75時為孔流 H0閘孔堰上總水頭 a堰頂以上開門高度 2、計算條件：一般指設計工況時的上、下游水位。 3、按堰流或孔流的相關計算公式計算過流能力。 二、涵洞式水閘二、涵洞式水閘 分閘室段和涵洞段分別計算。 1、閘室段計算同開敞式水閘。 2、將閘室段算出的下游水位高度，作為涵洞入口處水位高度來判別涵洞的流態(tài)。 3、當涵洞處于半有壓流和有壓流之間時，應判斷涵洞底坡緩、陡，分別計算對應的界限值，并判斷涵洞流態(tài)。涵洞流態(tài)可分為無壓涵洞、半有壓涵洞和有壓涵洞三種流態(tài)。 4、對無壓涵洞，應判斷長、短洞。 5、分別按照不同情況，計算涵洞流量。 第三

8、節(jié) 消能防沖復核 水閘消能方式有挑流消能、底流消能和戽流消能等。一般采用底流消能方式為多。 底流消能主要是復核消力池深度、長度、海漫長度、海漫末端河床沖刷深度。 上述計算公式可參照水閘設計規(guī)范SL265-2001采用。 3、當涵洞處于半有壓流和有壓流之間時，應判斷涵洞底坡緩、陡，分別計算對應的界限值，并判斷涵洞流態(tài)。涵洞流態(tài)可分為無壓涵洞、半有壓涵洞和有壓涵洞三種流態(tài)。 4、對無壓涵洞，應判斷長、短洞。 5、分別按照不同情況，計算涵洞流量。 第四節(jié) 滲徑長度 土質閘基的防滲長度（又稱滲徑長度）常采用勃萊系數法按下式復核： L=CH 式中：L為閘基防滲長度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段總和

9、（m）。 C勃萊滲徑系數。取值見水閘設計規(guī)范表4.3.2。 H水閘承受的最大上、下游水位差（m）。 第五節(jié) 防滲排水 1、根據防滲排水布置，計算滲徑長度。（見上節(jié)） 2、計算滲透壓力。 當水閘為巖基，可采用全截面等直線分布法計算滲透壓力；當水閘地基為土基可采用改進阻力系數法計算滲透壓力。其計算方法參見水閘設計規(guī)范SL265-2001之附錄C。 3、抗?jié)B穩(wěn)定性 水閘抗?jié)B穩(wěn)定性主要是對出口段滲透坡降值J進行判斷。計算公式見水閘設計規(guī)范附錄C。 4、滲流允許坡降值 （1）水閘地基為土基時，水平段和出口段允許坡降值J見水閘設計規(guī)范表6.0.4。 （2）水閘地基為砂礫面地基時，應先判斷可能發(fā)生的滲流破壞

10、形式是流土破壞還是管涌破壞，當4Pf（1-n）1.0時為流土破壞；當4Pf（1-n）1.0時，為管涌破壞。流土破壞允許坡降值J仍采用水閘設計規(guī)范表6.0.4數值，管涌破壞允許坡降值J見水閘設計規(guī)范公式（6.0.5-1）（6.0.5-2）。 5、當JJ時水閘抗?jié)B穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求；當JJ水閘抗?jié)B穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求。第六節(jié) 結構穩(wěn)定復核 水閘結構穩(wěn)定復核包括閘室地基承載力、抗滑和抗浮復核，岸墻地基承載力和抗滑復核，翼墻地基承載力、抗滑和抗傾復核。水閘結構穩(wěn)定計算采用單一安全系數法，荷載采用標準值。 一、荷載計算和組合一、荷載計算和組合 1、荷載計算：自重、水重及靜水壓力、揚壓力、土壓力、淤沙壓力

11、、浪壓及地震慣性力等。 2、荷載組合：荷載組合可參考水閘設計規(guī)范表7.2.11。設計水位時期、閘上游為設計水位、下游為相應低水位；校核水位時期、閘上游為非常擋水位、下游為相應最低水位。地震烈度為6以上地區(qū)，尚需對水閘進行抗震能力復核。 1、根據水閘結構型式，劃分合理的計算單元。 （1）閘室：一般來說，宜取兩相鄰順水流向永久縫之間的閘段作為一個計算單元，對于有多個閘段的水閘，由于中孔閘段與邊孔閘段的結構邊界條件及受力狀況有所不同，因此應將邊孔閘段和中孔閘段分別作為計算單元。 對于未作分段的水閘，則以整個閘室作為計算單元。 （2）岸墻、翼墻：可取單位長度作為計算單元。對于設有橫向永久縫的岸墻、翼墻

12、，取分段墻體作為穩(wěn)定計算單元。 2、基底應力計算 閘室、岸墻和翼墻基底應力應根據結構布置及受力情況，分結構對稱和不對稱情況分別計算。計算公式參見水閘設計規(guī)范公式（7.3.4-1）或（7.3.4-2）。 3、穩(wěn)定性計算 水閘閘室應計算抗滑穩(wěn)定性和抗浮穩(wěn)定性，岸墻和翼墻應計算抗滑穩(wěn)定和抗傾穩(wěn)定。此外，還應劃分地基和基礎的不同情況進行復核，一般分為土基、粘性土地基和巖基。 （1）抗滑穩(wěn)定性計算 土基上水閘閘室、岸墻和翼墻基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數可按水閘設計規(guī)范公式（7.3.6-1）或（7.3.6-2）計算。粘性土宜按公式（7.3.6-2）計算； 對于土基上采用灌注樁基礎的水閘，驗算沿閘室底板底面的抗

13、滑穩(wěn)定性，應計入樁體材料的抗剪斷能力； 巖基上的水閘閘室、岸墻和翼墻基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數按水閘設計規(guī)范公式（7.3.6-1）或（7.3.8）計算。 （2）閘室抗浮穩(wěn)定性 按水閘設計規(guī)范公式7.3.16計算。 （3）翼墻抗傾穩(wěn)定性 巖基上翼墻的抗傾穩(wěn)定安全系數，按水閘設計規(guī)范公式（7.4.8）計算。 三、成果判斷與分析三、成果判斷與分析 1、土基上的閘室基底應力及抗滑穩(wěn)定安全系數應滿足水閘設計規(guī)范第7.3.2條之規(guī)定。 2、巖基上的閘室基底應力和抗滑穩(wěn)定安全系數應滿足水閘設計規(guī)范第7.3.3條之規(guī)定。 3、閘室的抗浮穩(wěn)定安全系數應滿足水閘設計規(guī)范第7.3.16條之規(guī)定。 4、岸墻和翼墻的基底

14、應力、抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定性判別：當其地基為土基時要滿足水閘設計規(guī)范第7.4.2條之規(guī)定；當其地基為巖基時應滿足水閘設計規(guī)范第7.4.3條之規(guī)定。第七節(jié) 結構計算 水閘工程包括結構構件種類較多，如閘底板、閘墩、胸墻、涵洞、工作橋、交通橋、啟閉機房、翼墻、岸墻等。各類構件的計算方法可參照水閘設計規(guī)范及其他相關規(guī)程規(guī)范進行復核計算。其中閘底板內力計算較為復雜，要考慮地基的不同情況分別采用不同的地基反力假設進行計算。本部分重點對閘底板內力的計算方法進行說明。 一、反力直線法一、反力直線法 假設底板下的地基反力沿順水流向呈梯形分布，在垂直水流方向呈均勻分布。該方法的優(yōu)點是計算簡單，缺點是未考慮底板與地基

15、的變形協(xié)調，不計邊荷載對底板內力的影響，不適宜于大、中型水閘。 其計算步驟為： 1、確定荷載組合：設計洪水、校核洪水、檢修情況。 2、計算閘基的地基反力：按結構穩(wěn)定計算中的公式進行。 3、計算不平衡剪力分配： 不平衡剪力的產生是由于截取單寬后，基底上的荷載與地基反力之間存在著差值所致。不平衡剪力的平衡是由脫離體兩側閘墩和底板截面的剪力差來平衡，剪應力之和的差值即為不平衡剪力。 不平衡剪力如按S-Y剪力曲線（或稱yb剪力曲線）的方法分配，比較麻煩，一般情況下，可按底板分配10%15%不平衡剪力、閘墩分配85%90%不平衡剪力直接進行分配。 4、確定作用于板條上的荷載：包括作用于板條上的底板自重、

16、水重、揚壓力及分配配給底板的不平衡剪力、閘墩傳給底板的集中力（包括分配給閘墩的不平衡剪力）。 5、按照材料力學方法求解底板內力。 二、彈性地基梁法二、彈性地基梁法 當水閘地基為粘性土地基或相對密度大于0.5的砂土地基，可采用彈性地基梁法。 當采用彈性地基梁法計算閘室底板應力時，應考慮可壓縮土層厚度與彈性地基梁半長之比值的影響，當比值小于0.25時，可按基床系數法計算，當比值大于2.0時，可按半無限深的彈性地基梁法計算，當比值為0.252.0時，可按有限深彈性地基梁計算。 巖基上的閘室底板應力分析可按基床系數法（文克爾假定）計算。 彈性地基梁的計算步驟： （1）確定荷載組合； （2）計算地板地基反力； （3）計算板條上的不平衡剪力分配值； （4）確定板帶上的計算荷載。作用在板帶上的荷載一種為均布荷載，包括底板自重、水重、揚壓力及分配給底板的不平衡剪力；另一種為閘墩傳給底板的集中荷載（包括分配給閘墩的不平衡剪力）。此外，應計算邊荷載。 與設計時的情況不同的是，水閘經過長期運用后，地基沉降和變形已基本穩(wěn)定，底板自重與地基之間已形成平衡，因此，一般情況下板帶的荷載不考慮底板自