加高閘門、閘頂在水閘除險加固中的應用

麻媛

（山西水利職業技術學院，山西 運城 044004）

加高閘門、閘頂在水閘除險加固中的應用

麻媛

（山西水利職業技術學院，山西 運城 044004）

為探究水閘除險加固方案，利用流域模型法對河道洪水流量進行演算，求得水閘上下游的設計流量及校核流量。利用明渠均勻流公式，根據不同洪水流量計算水閘上下游水位，并據此復核閘室的過流能力。通過計算，提出加高閘門、閘頂的除險加固方法，以此控制水閘的下泄流量，起到保護下游防洪安全，實現引水灌溉的目的。

水閘；閘門；閘頂；除險加固

1 引言

水閘是一種重要的擋水、泄水水工建筑物，在防洪、澆灌、漁業方面發揮了重大作用，也取得了較好的社會和經濟效益。我國的多數水閘建成已有70余年，目前很多水閘存在病險情況。因此，對水閘除險加固勢在必行。水閘的病險種類主要包括防洪標準低、閘室和翼墻整體不穩定、建筑物結構老化損害嚴重等。病險水閘的加固方法多種多樣，但當河道洪水標準發生變化，即對水閘復核計算時如出現較大洪水變化，水閘便難以維持正常運行，此時就需要將水閘加高。水閘除險加固的前提是準確計算其在一定條件下的泄流能力。

2 工程概況

某地一水閘共有兩個閘孔，閘孔結構相同，每個閘孔凈寬3 m，閘孔采用二道分縫，中間由底板聯結。該水閘有節制閘和分洪閘兩部分組成，主要負責該區域的防洪以及農田灌溉任務。工程規模為中型，工程等別為Ⅲ等。節制閘上下游邊坡均為1∶1.5，上游河道底寬10 m，下游河道底寬6 m。水閘現行防洪標準為20年一遇洪水設計，灌溉面積333.33 hm2。節制閘閘門高度及最大開啟高度均為3.0 m，閘頂高4.9 m。節制閘用陡坡將閘底板與消力池相連接。

該水閘除險加固的主要目的就是對水閘上游的洪水進行分洪，控制下泄流量，確保下游河流的防洪安全，以實現引水灌溉的目的。

3 洪水演算及水位計算

3.1 水閘上下游洪水演算

根據當地流域概況、氣象、流域特征參數、流域產匯流地類等相關水文概況，采取流域模型法對原河道進行洪水演算，具體河道洪水演算結果如表1所示。

表1 水閘上下游河道洪水演算計算結果 單位：m3/s

3.2 水閘上下游水位計算

根據流域模型法演算出的洪峰流量，本次采用明渠均勻流公式，對原河道節制閘上下游水深進行復核計算。具體計算公式如下：

由公式（1）～（5）迭代可得：

式中：A——斷面面積，m2；

B——河道底寬，m；

m——邊坡系數；

h——水深，m；

Q——流量，m3/s；

R——水力半徑，m；

C——謝才系數，m0.5/s；

χ——濕周，m；

i——縱坡；

n——糙率。

根據已知參數及公式（1）～（6），通過多次迭代求得在不同洪峰流量及下泄流量下水閘上下游水位值。水閘上下游具體水力計算結果如表2所示。

表2 水閘上下游水力計算結果表

4 閘室過流能力復核及除險加固方案

按照堰流公式計算節制閘敞泄時的流量：

式中：Q——過閘流量，m3/s；

B0——閘孔總凈寬，m，取6；

H0——上游總水深，m；

H——上游水深，m；

v——上游流速，m/s；

g——當地重力加速度，m/s2，一般取9.8；

m——流量系數，取0.385；

ε——側收縮系數，取0.968；

σ——堰流淹沒系數，取1。

4.1 設計洪水復核

根據設計洪水條件下，水閘上下游水力計算出的水深及流速，利用公式（7）～（8）計算節制閘敞泄時的流量，具體計算結果如表3所示。

由表3數據可知，在節制閘敞泄時，節制閘可通過的最大下泄洪水流量為65.96 m3/s，大于設計洪水條件下節制閘的下泄洪水流量50 m3/s。因此，在設計洪水位條件下，當閘門全開敞泄時能夠滿足泄洪要求，水閘能夠起到安全防洪的作用。

4.2 校核洪水復核

根據校核洪水條件下，水閘上下游水力計算出的水深及流速，利用公式（7）～（8）計算節制閘敞泄時的流量，具體計算結果如表4所示。

表3 設計洪水復核計算結果表

表4 校核洪水復核計算結果表

由表4數據可知，在節制閘敞泄時，節制閘可通過的最大下泄洪水流量為116.31 m3/s，小于校核洪水條件下節制閘的下泄洪水流量為140.4 m3/s。因此，在校核洪水位條件下，當閘門全開敞泄時不滿足泄洪要求，水閘不能夠起到安全防洪的作用，此時水閘需要進行除險加固處理。

4.3 除險加固方案

4.3.1 加高節制閘閘門

為了在符合分洪原則的前提下，滿足設計洪水的要求，閘門高度最終確定為3.8 m。閘室過流能力滿足要求但閘門高度及閘門開啟高度僅為3.0 m，不能滿足泄洪要求，因此需要加高閘門高度，經計算，閘門加高0.8 m。

4.3.2 加高節制閘閘頂

根據設計規范，節制閘閘頂高度應為設計或校核洪水加上安全超高之和。本工程所涉及水閘的主要功能是泄洪，3級水閘泄水，應有的設計洪水安全超高為0.7 m，校核洪水安全超高為0.4 m。

設計條件下設計閘頂高度為設計水深與安全超高之和，即4.038 m；校核條件下校核閘頂高度為校核水深與安全超高之和，即5.208 m。

根據上述計算結果，取最大計算值作為水閘閘頂的高度，因此，閘頂高度應提高到5.5 m，其中，原閘頂高度4.9 m，加高0.6 m。

4.3.3 節制閘設施改造

結合節制閘現場情況及上述計算成果，確定除險加固方案：一是將閘門加高0.8 m，閘墩高度提高0.6 m，其中中墩先從上至下拆除2 m，再進行加高，邊墩全部拆除，重新建設；二是針對閘墩的沖刷縫采用環氧砂漿進行填縫，針對沖刷掏空采用環氧混凝土填充；閘底板全部拆除，用C30鋼筋混凝土重新建造底板；三是拆除閘墩以上原有的磚砌機架，用C30鋼筋混凝土重新建造；四是增加消力池池深，加長消力池池長，加固消力池底板；五是對節制閘上下游連接段堤頂高程進行調整，上下游連接段的翼墻完全拆除，用漿砌石扭面形式重建。

5 結論

第一，利用流域模型法對河道洪水流量進行演算，求出節制閘上下游的設計流量及校核流量，進而利用明渠均勻流公式，根據不同洪水流量計算節制閘上下游水位，并據此復核閘室的過流能力。通過計算，提出將原節制閘閘門加高0.8 m，將原節制閘頂加高0.6 m。這種除險加固方案可以滿足不同條件下節制閘的泄洪要求。

第二，節制閘閘門、閘頂加高是在原有地基基礎上進行加高，原有建筑物底高程等特征值保持不變。

第三，節制閘閘門、閘頂加高后，閘墩、中墩、邊墩等閘室整體的穩定性以及節制閘上下游連接段還需進行進一步研究。

TV66

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1004-7042（2016）12-0026-02

麻媛（1979-），女，2002年畢業于河海大學水利水電建筑工程專業，講師。

2016-10-16；

2016-11-28