水閘除險加固設計研究

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摘要：特別在北方地區，出現的灌溉以及排澇等現象影響了交通的正常運行。近幾年已經建立了多種水閘對水流量進行制約，在各個地區的經濟變化上具有重要作用。但水閘在設計方式上，也存在著不同程度的損害現象，所以就要進行水閘除險加固設計。文章根據對水閘相關設計的研究，闡述幾種水閘除險設計的有效方案。

關鍵詞：水閘；除險；加固；設計

水閘在水力工程建設中已經廣泛應用，隨著我國在科技力量下的推動，水閘設計水平也得到較大提高。在設計水閘期間，要根據當地水力的生態變化、周圍環境、水系變化以及自然條件的影響進行分析，然后在設計結構上實現創新設計，并保證在施工期間運行管理的穩定性，從而實現水力工程建設的新挑戰。

1水閘設計

1.1結構設計

水閘工程在整個結構布置期間，水閘的中心線要與河道中心線保持在同一水平上。建筑物在建設期間，要保證合理、美觀，并在整體設計上保證一定的成本效益和經濟效益。不僅在結構形式上保持美觀形式，閘孔以及寬度還要形成統一形式，從而實現水閘在運行期間的合理性。在水閘整個結構設計形式上，首先對閘頂高程進行設計。該高程主要為水閘門在上游閘墩頂部的高程設計。它不僅要考慮擋水現象，還要考慮泄水現象。在擋水期間，閘頂的高程一般低于水閘所在的正常蓄水水位。對于泄水，水閘頂部高程一般要保證低于水閘在洪水位上的設計。還要對底板高程進行設計，如果底板高程設計的比較高，在枯水期，就會影響河道流量。如果下游河床子在高程上沒有一定變化，閘底板設計的太低就不會影響水閘流量，一般會增加閘墩以及閘門的高程。對水閘閘孔在總凈寬以及孔數設計方式上，一般的水閘流態分為兩種，一種是泄流期間水流由于不受阻，形成堰流現象；一種是泄流期間由于閘門的阻擋現象，出現孔流狀況。所以，根據不同水位的設計要求，就應利用不同比值進行設計。

1.2消能防沖設計

因為影響池水力的因素條件比較多，實現的情況比較復雜，所以要控制消力池的變化因素，就要分析水閘在上游、下游之間的水位差、過閘流量寬度、下游水深以及孔數、寬度等因素。一般利用低流式消能設計[2]。首先，在設計形式上，應先考慮上游與下游的水位差、過閘期間的流量寬度等水力存在的條件，然后再控制消力池的池深度，底板厚度等相關組合。這樣不僅能夠增加調度期間的靈活性，還能保證一定安全性。

1.3防滲排水設計

由于閘基的上部為礫石層，下部的基石為已經風化的花崗巖，不僅受風力影響比較強烈，而且巖石質量也比較軟弱，所以水閘地基處容易出現滲透等現象。為了防滲排水，在設計期間，首先在離閘室上游存在的鋼筋混凝土加固防滲墻，然后在上游墻的兩側以及混凝土擋墻下設計高壓旋噴防滲墻，并保證防滲效果的穩定性。而且，由于滲透壓力的影響，所以應根據上水閘在地基上的深度以及滲透水力進行計算，從而保證滲透期間的穩定效果。

2水閘除險加固設計方案

2.1溢流壩除險

由于原來的水閘溢流壩的表層都會存在較強的混凝土，不僅不能滿足一定的抗凍性，還產生一定的碳化深度。所以在溢流壩進行除險設計期間，應鑿除一部分的混凝土。首先實現消能方式，在原溢流壩下游實現防沖措施時，要利用低流消能，一般在設計期間針對巨大洪水進行的。還要對堰型進行調整，因為消能方式與洪水產生的標準會不斷變化，所以對溢流壩的堰面形狀就要進行調整。這期間，應利用復核計算，由于該壩體中的基地應力不能實現一定的規范要求，所以就要利用計算方式將壩體基礎下順流方向的長度進行加長。對溢流壩結構進行設計期間，為了保證地基在承載力以及應力上的規范要求，為了對除險加固形式進行設計，就要對溢流壩的順水流方向長度進行計算，使它能夠滿足一定的要求標準。特別在溢流壩基礎，首先，應將原壩體的高程進行鑿除，然后將已經鑿除后的形成為新的澆筑壩體，最后將新的混凝土與原壩混凝土進行結合，并保證原壩體內的漿砌石以及基巖相互連接。在確定好溢流壩的前緣長度以及順流方向長度期間，還要保證上游壩面的垂直現象，并加寬下游的壩基礎，從而實現一定的灌溉要求。對于新澆筑的溢流壩，要保證體內混凝土在外包設計形式上具有一定厚度，將溢流壩的壩段進行分組、編號，并保證它在沖沙閘形式上的長度。溢流壩與沖沙閘之間還有用墻過渡開，如果在下游處設計了過河交通橋，在上游就不能設置交通橋。

2.2沖砂閘除險

對原攔河閘進行復核計算能夠看出，沖沙閘原設計比較小，不僅在排砂形式上不能滿足，汛期中產生的河水砂量比較大，在上游，還會出現比較嚴重的淤積現象以及河床抬高現象。而且，沖沙閘的金屬結構以及相關的機電設備也不能滿足相關要求，沖沙閘也不能實現消能防沖作用。沖沙閘在結構設計上，對于地基承載力以及應力比的設計要求，如果沖砂閘的垂直水流方向為13m，為了除險加固，就要對沖砂閘底板的水流方向長度設計為5m。閘底板一般利用原沖砂閘底板，首先應對原沖砂閘底板進行鑿除，然后利用混凝土進行澆筑，并形成合理的沖砂閘底板。新澆筑的混凝土要保證與原有的漿砌石底板、基巖進行接觸，并保證底板的澆筑厚度以及混凝土厚度。一般情況下，沖砂閘底板的高程與原沖砂閘底板高程以及河床低高程保持一致。由于沖砂閘孔數一般都保持不變，在孔的凈寬以及水斷面設計上，要保證在設計期間的相關設計標準，就要選擇溢流壩在河道產生的水斷面積。對于沖砂閘的閘門，一般為平板鋼閘門，并利用手搖螺桿方式進行啟動、關閉。沖砂閘的閘門在頂部一般分為兩層，下層閘門是專門檢修平臺，能夠實現人行通道。而上層閘門一般為開關相關設備平臺，不僅能夠對開關設備進行布置，還能檢查出閘門的層高要求。

2.3進水閘除險

在原攔河閘實施復核計算形式上，如果出現較大洪水變化，原進水閘就不能保持正常運行形式，所以就要對進水閘進行增高。因為進水閘為金屬結構，原進水閘在墩的厚度上根本不能滿足該金屬的相關結構。原進水閘在不斷利用其間，經過長期間的運行，它表面的混凝土以及粗骨料都已經滑落，在閘墩以及閘墻上都出現混凝土裂縫現象。盡管利用水毀進行修復，但內部結構還無法消除。其次，混凝土本身就具有較大強度以及抗凍性，進水閘混凝土結構根本不能實現。所以在設計期間，就要對拆除掉進水閘的啟閉機以及閘墩。進水閘的結構設計，為了使基地應力能夠滿足一定條件，實施的除險加固行為一般是增加水閘底部中水流的流向長度，首先將水閘底板進行鑿除，然后增加混凝土的高程變化，在新形成的進水閘底板處，要保證石底板與基巖之間的接觸形式，并保證底板的組合厚度。一般在進水閘頂部也設計兩層平臺，下層為人員檢修平臺，上層為開關設備平臺。

3結論

實施除險加固設計主要能夠保障原工程在建設期間實現安全性，并能夠以最小的經濟成本獲得最大經濟效益。所以在原工程建設中，不僅要做出該設計的深度研究，還要找出水閘在變化中存在的問題，對存在的問題進行解決，這樣才能保障水閘除險加固行為的有效實施。

作者:陳秋 單位:開原市金溝子橡膠壩管理所

參考文獻:

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[4]都興洋,唐振華,孫利,常萬軍.撫順市冷口子水閘除險加固設計[J].東北水利水電,2015,08:9-11.

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