淠河總干渠戚家橋泄水閘拆除重建工程設(shè)計(jì)

李國(guó)齊

(安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230000)

戚家橋泄水閘已運(yùn)行50余年， 2009-03月進(jìn)行了安全檢測(cè)和鑒定，鑒定結(jié)論如下：① 水閘閘墩為漿砌石結(jié)構(gòu)，風(fēng)化嚴(yán)重，不滿(mǎn)足抗震強(qiáng)度安全要求；② 閘室混凝土結(jié)構(gòu)破損開(kāi)裂，鋼筋銹蝕嚴(yán)重；③ 下游翼墻基底應(yīng)力不滿(mǎn)足規(guī)范要求；④ 消力池長(zhǎng)度、深度均不滿(mǎn)足要求，無(wú)防沖槽；⑤ 鋼閘門(mén)及門(mén)槽埋件銹蝕嚴(yán)重，啟閉機(jī)設(shè)備老化；⑥ 無(wú)觀測(cè)設(shè)施，管理設(shè)施陳舊簡(jiǎn)陋。

按照《水閘安全鑒定規(guī)定》規(guī)定，戚家橋泄水閘評(píng)定為(三)類(lèi)閘，擬對(duì)該閘進(jìn)行拆除重建。

1 工程布置及主要建筑物設(shè)計(jì)

1.1 閘址選擇

根據(jù)工程地質(zhì)勘探報(bào)告，該閘址工程地質(zhì)條件較好，閘址建基面位于②層粘土夾粉質(zhì)粘土上，承載力較高，滲透性弱。原址重建可以利用原泄水通道，減少大量土方開(kāi)挖和工程占地，節(jié)約工程投資，故本次設(shè)計(jì)擬在原閘址進(jìn)行拆除重建。

1.2 建設(shè)方案比選

(1)閘室結(jié)構(gòu)型式比選?？紤]到閘上水頭較高，設(shè)計(jì)擬定開(kāi)敞式和潛孔式2種閘室型式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，如表1所列。

表1 戚家橋泄水閘閘室結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)比較表

注：2方案相同項(xiàng)目工程量未列入比較范圍。

根據(jù)上述比較結(jié)果，潛孔式閘室方案存在工程投資較省、操作運(yùn)行方便、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，故本設(shè)計(jì)確定采用方案2潛孔式閘室結(jié)構(gòu)。

(2)底檻高程選擇。本次戚家橋泄水閘加固方案為原址拆除重建，原閘坎高程47.33m，與上下游渠底高程銜接順暢，且原閘基座落在粉質(zhì)粘土層，其下為細(xì)砂層，不宜作為閘室基礎(chǔ)，故選擇閘底檻高程不變。

(3)閘孔凈寬比選。閘檻高程確定后，根據(jù)水閘的設(shè)計(jì)流量及水位，計(jì)算確定閘室凈寬14m，考慮選擇多孔閘。為便于閘門(mén)的對(duì)稱(chēng)開(kāi)啟，使水閘水流均勻，閘孔數(shù)以單數(shù)為好，因此選擇3孔和5孔2種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

表2 閘孔孔徑技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

注：2方案相同項(xiàng)目工程量未列入比較范圍。

以上2種孔徑均能滿(mǎn)足過(guò)流要求，方案2投資較大，因此本設(shè)計(jì)選用方案1。

(4)閘室底板結(jié)構(gòu)型式比選。戚家橋泄水閘閘基為土基，閘室底板總寬度19.4m，閘頂設(shè)有交通橋，橋面板厚度較大，整體結(jié)構(gòu)受力條件較好，閘室橫剖面可作為箱涵框架考慮，根據(jù)《水工鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距可達(dá)30m，故閘室底板采用整體式結(jié)構(gòu)。

1.3 水閘總體布置

1.3.1 閘室布置

(1)底板結(jié)構(gòu)布置。閘室基礎(chǔ)為土基，為有效減小邊墻2側(cè)土壓力的影響，閘室底板采用箱涵式整體結(jié)構(gòu)，3孔1聯(lián)。

(2)閘墩結(jié)構(gòu)布置。為滿(mǎn)足閘室穩(wěn)定要求，增加閘室有效重量和獲得較理想的閘室流態(tài)，閘墩采用鋼筋混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度與閘室底板等長(zhǎng)，中墩厚度根據(jù)主門(mén)槽及啟閉機(jī)臺(tái)排架柱的布置要求確定為1.0m，上、下游作成圓弧形墩頭，以改善閘室上下游流態(tài)。邊墩設(shè)計(jì)充分考慮兩側(cè)土壓力荷載影響，由于本閘室為箱涵式整體結(jié)構(gòu)，受力條件較好，邊墩厚度取1.0m。

(3)閘門(mén)及啟閉臺(tái)。該閘座落在粉質(zhì)粘土上，綜合考慮閘址和兩岸連接道路情況，將工作門(mén)、啟閉機(jī)臺(tái)布置在下游側(cè)，交通橋布置在上游側(cè)。工作閘門(mén)選用直升式露頂平板定輪鋼閘門(mén)，在工作門(mén)上游側(cè)布置檢修門(mén)槽。胸墻頂與閘門(mén)齊平，與閘墩固結(jié)，增加閘室結(jié)構(gòu)橫向剛度。

(4)閘上交通橋和檢修便橋。考慮到與現(xiàn)狀閘頂交通橋兩岸道路的順暢連接，閘上交通橋布置在閘室上游側(cè)，與閘墩整澆，橋面寬6.0m，梁板式結(jié)構(gòu)，在工作門(mén)前后均布置檢修便橋。

(5)橋頭堡布置。橋頭堡緊鄰左右邊墩布置，采用空箱式岸墻基礎(chǔ)，橋頭堡內(nèi)布置監(jiān)控室。

1.3.2 地下輪廓布置

水閘地下輪廓線的長(zhǎng)度取決于閘基的地質(zhì)條件和水閘上下游水位差等因素，閘基防滲長(zhǎng)度參照土基水閘閘基防滲長(zhǎng)度式(1)計(jì)算：

L=C×ΔH

(1)

該上下游最大水頭差4.6m，閘基防滲長(zhǎng)度需23m，閘基實(shí)際防滲長(zhǎng)度為30.9m，滿(mǎn)足防滲要求。

1.3.3 消能防沖布置

閘下消能設(shè)施一般有挖深式、尾坎式和綜合式，本次設(shè)計(jì)采用綜合式消力池，消力池末端設(shè)干砌石海漫和防沖槽。

1.3.4 兩岸連接布置

根據(jù)地形情況，上游兩側(cè)翼墻采用圓弧形重力式毛石混凝土擋墻，墻高5.0m，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)10.0m。

閘室下游翼墻采用C25鋼筋混凝土扶臂式結(jié)構(gòu)，墻高6.60m，垂直水流向長(zhǎng)12.6m。

1.3.5 觀測(cè)設(shè)施布置

為監(jiān)測(cè)水閘的工作狀態(tài)，本工程設(shè)置了水位標(biāo)尺、沉降標(biāo)點(diǎn)、測(cè)壓管等觀測(cè)設(shè)施。

1.4 水力設(shè)計(jì)

1.4.1 過(guò)流能力復(fù)核

表3 戚家橋泄水閘過(guò)流量計(jì)算成果表

1.4.2 消能防沖計(jì)算

水閘消能防沖計(jì)算應(yīng)根據(jù)該閘實(shí)際功能和后期運(yùn)行調(diào)度工況，選取最?lèi)毫庸r進(jìn)行控制計(jì)算。

(1)消力池池深計(jì)算。消力池設(shè)計(jì)初擬尾坎式消能工進(jìn)行試算，水躍計(jì)算利用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄B公式計(jì)算。

(2)消力池長(zhǎng)度。消力池長(zhǎng)度采用式(2)計(jì)算：

Lsj=Ls+βLj

(2)

Lj=6.9(h〃c-hc)

(3)消力池底板厚度。消力池底板厚度可根據(jù)抗沖和抗浮要求按以式(3)、式(4)計(jì)算，并取其最大值：

(3)

(4)

(4)海漫長(zhǎng)度計(jì)算。海漫長(zhǎng)度按式(5)計(jì)算：

(5)

(5)河床沖刷坑深度計(jì)算。海漫末端的河床沖刷坑深度按式(6)計(jì)算

(6)

上游鋪蓋首段沖刷深度：

(7)

通過(guò)計(jì)算，消能防沖設(shè)計(jì)計(jì)算值與設(shè)計(jì)值對(duì)照如表3所列。

表3 戚家橋泄水閘消能防沖計(jì)算成果表

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)布置的消力池長(zhǎng)、墻高、底板厚度及海漫長(zhǎng)度、防沖槽深度均滿(mǎn)足要求。

1.5 穩(wěn)定計(jì)算

1.5.1 閘室抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算

為了保證水閘的穩(wěn)定性，故需對(duì)閘室穩(wěn)定進(jìn)行校核。

(1)抗滑穩(wěn)定計(jì)算?？够€(wěn)定安全系數(shù)kc按式(8)計(jì)算:

kc=f∑G/∑H

(8)

(2)閘室基底應(yīng)力計(jì)算。閘室基底應(yīng)力P按式(9)計(jì)算:

P=∑G/A±∑M/W

(9)

(3)地震慣性力的計(jì)算。采用擬靜力法計(jì)算地震慣性力，沿建筑物高度作用于質(zhì)點(diǎn)i的水平向地震慣性力代表值按式(10)計(jì)算:

F1=αhεGE1α1/g

(10)

表4 閘室穩(wěn)定計(jì)算成果表

計(jì)算結(jié)果表明,閘室基底應(yīng)力小于地基承載力，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范允許值，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

1.5.2 閘室抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算

當(dāng)閘室設(shè)有兩道檢修閘門(mén)或只設(shè)一道檢修閘門(mén)，利用工作閘門(mén)與檢修閘門(mén)進(jìn)行檢修時(shí)，應(yīng)進(jìn)行閘室抗浮穩(wěn)定計(jì)算。計(jì)算公式如式(11)：

Kf=∑V/∑U (11)

計(jì)算結(jié)果表明，閘室抗浮穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。

1.5.3 翼墻穩(wěn)定計(jì)算

選取最大墻高處作為典型計(jì)算剖面，計(jì)算結(jié)果如表6、表7所列。

表6 上游毛石擋土墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

表7 下游扶壁擋土墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

經(jīng)計(jì)算，戚家橋泄水閘擋土墻抗滑、抗傾穩(wěn)定及基底應(yīng)力均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2 結(jié)束語(yǔ)

安徽省水利廳以皖水基涵[2012]166號(hào)文對(duì)戚家橋泄水閘拆除重建工程進(jìn)行了批復(fù)，批復(fù)總投資914萬(wàn)元，工程于2012-09月開(kāi)工建設(shè)，2013-12月通過(guò)省水利廳組織的竣工驗(yàn)收并投入運(yùn)行，工程質(zhì)量?jī)?yōu)良。該項(xiàng)目的實(shí)施在防洪減災(zāi)及改善灌溉面積方面每年直接經(jīng)濟(jì)效益215萬(wàn)元，投資回收期12年，工程效益十分可觀。