湯河水庫溢洪道主體結(jié)構(gòu)安全分析

鐘秋娟

（遼寧省湯河水庫管理局，遼寧 遼陽 111000）

1 湯河水庫溢洪道工程簡況

湯河水庫位于遼陽市弓長嶺區(qū)湯河鄉(xiāng)境內(nèi)的湯河干流上，是一座以防洪、供水為主，兼顧灌溉、養(yǎng)魚、發(fā)電等綜合利用的大Ⅱ型水利樞紐工程。湯河水庫1969年建成投入運行，1978年進行了加固處理，水庫控制流域面積1 228 km2，總庫容7.23億m3，興利庫容3.7億m3，防洪庫容3.74億m3。

主要樞紐建筑物由大壩、輸水道、溢洪道、水電站4部分組成。溢洪道建于右岸，為開敞式，堰頂高程101.3 m，設(shè)兩孔弧形工作閘門控制，每孔凈寬11 m，閘門尺寸11×10.1 m。固定卷揚式啟閉機，啟門力為2×367 500 N。堰前設(shè)鋼疊梁檢修閘門1組，尺寸為11×10.4 m，配有2臺5 t電動葫蘆啟閉機，最大泄流量為2 713 m3/s。

溢洪道中墩在保壩加固前厚為1.5 m，1975年海城地震時被震裂，后經(jīng)化學(xué)灌漿，但整體強度已被削弱。1978年保壩加固的時候中墩在加高的同時，兩邊各加厚0.5 m，厚度達到2.5 m。邊墩也在迎水面加厚0.5 m。

2 存在問題

海城地震，溢洪道中墩和邊墩均被震裂，中墩兩側(cè)共出現(xiàn)5條豎向裂縫，其中有2對是貫穿裂縫，兩邊墩共出現(xiàn)18條裂縫，震后同年對裂縫進行環(huán)氧處理。

1978年進行保壩設(shè)計，閘墩迎水面加厚澆筑50 cm厚混凝土，新老混凝土結(jié)合質(zhì)量較差，削弱支座牛腿強度，牛腿剪跨比與抗裂不滿足規(guī)范要求。

由于受堰體與老混凝土約束，加固后閘墩又產(chǎn)生很多裂縫，左邊墩3條，右邊墩5條，其中部分為上下貫穿性裂縫。右邊墩距閘門18 m處有1條豎向貫穿裂縫，從右側(cè)導(dǎo)流墻頂端穿過牛腿直至護坦，最大縫寬達5 mm。

溢洪道堰體混凝土剝蝕嚴(yán)重，最大深度為6 cm，使堰體鋼筋保護層減薄，混凝土缺損嚴(yán)重。

控制段的閘墩和堰體為分離式結(jié)構(gòu)，即堰體中間設(shè)結(jié)構(gòu)縫，而湯河水庫是位于7°地震區(qū)，依據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》8.2款要求，在地震設(shè)防區(qū)閘室分縫應(yīng)設(shè)在閘墩上；宜提高邊墩及岸坡的穩(wěn)定性，防止地震產(chǎn)生河岸變形及附加側(cè)向荷載而引起的閘孔變形。目前，左孔在閘門完全關(guān)閉的情況下漏水嚴(yán)重，據(jù)現(xiàn)場檢測分析，是由于邊墩發(fā)生變位所致。

溢洪道閘基存在滲流，滲流量15 L/min，在下游陡坎處，滲流量更大。隨著庫水位的升高，滲流量加大。

3 控制段抗滑穩(wěn)定復(fù)核

溢洪道控制段由堰體、邊墩、中墩、墩上交通橋及啟閉機室組成，分為2孔，每孔凈寬11.0 m，堰體、中墩、邊墩均為獨立結(jié)構(gòu)（即邊墩與堰體之間、中墩與左右堰體間均設(shè)有結(jié)構(gòu)縫）。

堰頂高程為101.30 m；邊墩為衡重式擋土墻結(jié)構(gòu)，墻底高程96.14 m，墻頂高程118.16 m，墩長24.00 m；中墩為自重式閘墩，墩底高程96.14 m，底寬5.5 m，墩頂高程118.16 m，中墩厚2.5 m，墩長24.00 m；基礎(chǔ)座在強風(fēng)化巖上，基底面與巖石地基之間的抗滑摩擦系數(shù) f'=0.6，C'=0.2 MPa。

3.1 堰體穩(wěn)定及應(yīng)力復(fù)核

根據(jù)溢洪道結(jié)構(gòu)布置，溢洪道結(jié)構(gòu)分縫設(shè)在堰體與閘墩之間，故堰體穩(wěn)定計算單元取8 m寬堰體作為整體結(jié)構(gòu)進行復(fù)核計算，而閘墩也作為獨立的結(jié)構(gòu)進行復(fù)核計算。作用在控制段上的荷載分為基本荷載和特殊荷載。

3.1.1 基本荷載

包括：結(jié)構(gòu)自重及其上永久設(shè)備重量；正常蓄水位及設(shè)計洪水位時的靜水壓力；相應(yīng)于正常蓄水位及設(shè)計洪水位時的揚壓力；相應(yīng)于正常蓄水位及設(shè)計洪水位時的浪壓力；設(shè)計洪水位情況下泄流時的動水壓力；淤沙壓力。

3.1.2 特殊荷載

包括：校核洪水位時的靜水壓力；相應(yīng)于校核洪水位時的揚壓力；相應(yīng)于校核洪水位時的浪壓力；校核洪水位時的泄流動水壓力。

荷載組合見表1。

表1 堰體的荷載組合表

控制段抗滑穩(wěn)定及地基應(yīng)力計算：

式中：ΣG：包括構(gòu)筑物自重、水重在內(nèi)的垂直荷載以及基底面上揚壓力的總和，kN；

ΣMy：作用于構(gòu)筑物各力對構(gòu)筑物前趾的穩(wěn)定力矩，kNm；

ΣM0：作用于構(gòu)筑物各力對構(gòu)筑物前趾的傾覆力矩，kNm；

B：構(gòu)筑物順?biāo)鞣较蜷L度，m；

L：構(gòu)筑物垂直水流方向長度，m；

A：構(gòu)筑物基底面面積，m2；

f’：構(gòu)筑物基面與巖石地基之間的抗剪斷摩擦系數(shù)；

C’：構(gòu)筑物基面與巖石地基之間的抗剪斷黏結(jié)力，kPa。

表2 溢洪道堰體穩(wěn)定計算成果

計算結(jié)果表明，在各種工況下控制段的穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求；但在檢修期、正常高水位時基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足規(guī)范要求（規(guī)范要求在各種荷載組合情況下，地震情況除外，最小垂直正應(yīng)力σmin大于零）。

3.2 閘墩穩(wěn)定及應(yīng)力復(fù)核

抗滑穩(wěn)定驗算公式及閘墩基底應(yīng)力計算公式同堰體段。

邊墩后土壓力按朗肯公式計算：

表3 閘墩的荷載組合表

式中：φ：回填土內(nèi)摩擦角。

檢修期，邊墩一側(cè)擋土，另一側(cè)閘門擋水；中墩一孔開閘放水，另一孔關(guān)閉。

計算成果見表4。

表4 邊墩、中墩穩(wěn)定及應(yīng)力計算成果

經(jīng)計算，溢洪道邊墩和中墩在各種荷載組合下，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

在特殊荷載組合下，中墩墩底出現(xiàn)拉應(yīng)力，不滿足規(guī)范要求（規(guī)范要求在各種荷載組合情況下，最小垂直正應(yīng)力σmin大于0，在地震情況下，可允許出現(xiàn)不大于0.1 MPa的拉應(yīng)力）。

目前，左孔在閘門完全關(guān)閉的情況下漏水嚴(yán)重，分析是由于邊墩發(fā)生變位所致。

通過以上對溢洪道控制段的復(fù)核，并結(jié)合現(xiàn)場檢測出的閘墩裂縫及變位情況，認為計算的結(jié)果與實際裂縫發(fā)生的情況吻合。

4 結(jié)論與建議

綜上所述，湯河水庫溢洪道的溢流堰在正常高水位及檢修情況均出現(xiàn)基底拉應(yīng)力，不滿足規(guī)范要求；溢洪道的中墩在檢修工況下出現(xiàn)基底拉應(yīng)力，不滿足規(guī)范要求。湯河水庫溢洪道工程運行存在重大安全隱患，建議對湯河水庫溢洪道盡快采取工程加固處理。