大新溝閘安全綜合評價

劉錫鳴

（遼寧省白石水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧 朝陽 122000）

1 工程概況

大新溝閘位于新溝河下游東港市大東區(qū)內(nèi)，閘址以上控制流域面積87.10 km2，區(qū)域內(nèi)有大樓房、田家溝兩座小型水庫，控制面積3.10 km2、2.40 km2，區(qū)間控制面積81.60 km2，河道長度16.80 km，擔(dān)負(fù)著大新溝擋潮、排洪、灌溉等綜合任務(wù)的水利工程。該閘始建于1968年，其結(jié)構(gòu)為閘、橋結(jié)合式，規(guī)模小，標(biāo)準(zhǔn)低，于1999年進(jìn)行了除險加固和擴建。經(jīng)過二十年的運用，水閘建筑物主體工程已出現(xiàn)局部破損、剝蝕、凍融破壞等問題，啟閉機出現(xiàn)銹蝕等安全隱患，因長時間運行和頻繁使用，水閘整體出現(xiàn)老化現(xiàn)象。已經(jīng)影響工程正常使用，需要進(jìn)行工程安全評價，發(fā)現(xiàn)工程存在的問題和隱患，分析問題原因，評價對工程安全的影響并提出處理意見，確保工程安全運行。

2 基本資料

2.1 水文及地質(zhì)條件

2.1.1 水文氣象

新溝河地處中緯度，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候。寒冷期長，無霜期短，降雨集中，四季分明。年降水量分布自西向東遞增，降水量在年內(nèi)分配極不均勻，主要集中在6-9月，約占年降水量的72%。流域內(nèi)多年平均氣溫9.30℃，多年平均風(fēng)速一般在2～3 m/s，多年平均無霜期為146 d。

2.1.2 工程地質(zhì)

經(jīng)鉆探揭示，新溝河地層為上層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，黑灰色、較濕、軟、松，為高壓縮土。4 m以下稍硬，天然含水量達(dá)30%左右，底部夾有少量粉砂；下層淤泥質(zhì)粉砂，灰、淺灰色、飽和、上部稍散、中部和下部漸密含云母碎屑，天然含水量30%左右。該區(qū)域地震烈度為Ⅶ度區(qū)。

3 安全復(fù)核計算

3.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

3.1.1 設(shè)計洪水復(fù)核

3.1.1.1 大新溝閘原設(shè)計成果

閘上游洪水流量主要由兩部分組成：一是大樓房、田家溝兩座水庫的泄洪流量，二是山丘區(qū)、平原區(qū)降雨產(chǎn)流。大樓房水庫、田家溝水庫入庫洪水及區(qū)間洪水流量計算方法采用《遼寧省水文手冊》，按小流域洪水計算方法進(jìn)行計算。設(shè)計潮位采用《東港市沿海防潮堤加固達(dá)標(biāo)和重建連線工程可性行研究報告》階段成果，大東港站資料年限只有16 a，對大東港潮位資料按極值I型分布律進(jìn)行頻率分析。設(shè)計洪水及設(shè)計潮位成果見表1。

表1 大新溝閘原設(shè)計成果表（黃?；妫?/p>

3.1.1.2 大新溝閘設(shè)計洪水復(fù)核

經(jīng)此次復(fù)核大新溝閘以上集水面積87.10 km2，河長21.50 km，比降0.314‰，設(shè)計洪水采用1998年版《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計暴雨洪水計算方法》進(jìn)行計算，設(shè)計成果見表2。

表2 區(qū)間設(shè)計洪水成果表

3.1.1.3 大新溝閘設(shè)計潮位復(fù)核

對大鹿島與大東港站實測潮位資料按P-Ⅲ型進(jìn)行相關(guān)分析，大東港站潮位與大鹿島站潮位相關(guān)性結(jié)果見表3。此次大新溝閘距離大東港站較近，采用大東港站的計算潮位作為大新溝閘的設(shè)計潮位。

表3 大東港站與大鹿島站潮位相關(guān)結(jié)果表（黃?；妫?/p>

3.1.1.4 大新溝閘設(shè)計采用成果

經(jīng)表1、表2、表3對比得出，此次大新溝閘3.30%頻率洪水采用本次成果，10%頻率洪水復(fù)核成果與原設(shè)計成果接近，5%頻率的設(shè)計潮位成果小于原成果。從工程安全角度考慮，大新溝閘設(shè)計洪水采用此次復(fù)核成果，設(shè)計潮位采用原設(shè)計成果，即30年一遇洪水為370 m3/s，10年一遇洪水為266 m3/s，20年一遇設(shè)計潮位為4.62 m。

3.1.2 工程規(guī)模及洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

大新溝閘在2000年進(jìn)行改擴建設(shè)計時，工程等別為Ⅳ等，建筑物級別為4級，洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水設(shè)計，20年一遇洪水校核。設(shè)計擋潮水位和校核擋潮水位按城市擋潮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計擋潮標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇潮位設(shè)計，50年一遇潮位校核。

目前工程設(shè)計治澇面積0.20萬hm2，灌溉面積1.33萬hm2，工程規(guī)模為?。?）型，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4級。洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水設(shè)計，30年一遇洪水校核，設(shè)計擋潮標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇潮位設(shè)計。因此，現(xiàn)狀水閘防洪標(biāo)準(zhǔn)不滿足規(guī)范要求。

3.1.3 泄流能力復(fù)核

泄流能力復(fù)核主要是復(fù)核工程在下泄設(shè)計、校核洪水時，上游水位壅高是否影響工程及兩岸的防洪安全。按寬頂堰公式計算結(jié)果可以得出，當(dāng)水閘下泄設(shè)計洪峰流量266 m3/s（P=5.00%）時，水閘上游水位將達(dá)到3.54 m；當(dāng)水閘下泄校核洪峰流量370 m3/s（P=3.30%）時，水閘上游水位將達(dá)到4.45 m。工程現(xiàn)狀閘墩頂高程4.90 m，交通橋頂高程5.20 m，大于設(shè)計及校核工況時上游水位，可見現(xiàn)狀水閘滿足洪水過水要求。

3.1.4 閘墩頂高程復(fù)核

水閘級別為4級，安全加高下限值應(yīng)為擋正常蓄水位時取0.30 m，擋最高擋水位時取0.20 m，泄設(shè)計洪水時取0.50 m，泄校核洪水時取0.40 m。

通過泄流能力復(fù)核結(jié)果可以看出，設(shè)計洪水時，水位加安全加高為3.54 m，校核洪水時，水位加安全加高為4.45 m，均低于閘墩頂高程及交通橋頂高程。

水閘最高擋水位應(yīng)為最高潮水位，設(shè)計擋潮標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇潮位設(shè)計，潮水位為4.02 m。

波浪計算采用《水閘設(shè)計規(guī)范》附錄E中的公式計算得出，頻率為10%的波高為0.31 m，加潮水位4.02，加安全超高0.20 m，值為4.53 m，低于閘墩頂高程4.90 m，閘墩頂高程滿足攔潮要求。

3.1.5 防洪安全評價

大新溝閘現(xiàn)狀工程等別為Ⅳ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水設(shè)計，20年一遇洪水校核；擋潮標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇潮位設(shè)計，50年一遇潮位校核。經(jīng)復(fù)核，大新溝閘工程規(guī)模應(yīng)為?。?）型，建筑物級別為4級，防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為10年一遇洪水設(shè)計，30年一遇洪水校核，設(shè)計擋潮標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇潮位設(shè)計。因此，現(xiàn)狀水閘洪水標(biāo)準(zhǔn)低于《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；水閘過流能力滿足設(shè)計、校核工況下安全過流要求，泄流能力滿足要求；閘墩頂及交通橋頂高程在下泄設(shè)計及校核洪水時均滿足規(guī)范要求。

4 滲流安全復(fù)核

4.1 閘基滲流復(fù)核

根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》附錄C，對于土基上的水閘，閘基滲透壓力計算應(yīng)采用改進(jìn)阻力系數(shù)法，計算簡圖見圖1。

圖1 閘基滲流計算示意圖

通過計算，閘室鋪蓋上、下游出口滲流坡降均小于閘基粉砂的允許滲流坡降值，不會發(fā)生滲流破壞。

4.2 繞閘滲漏復(fù)核

由于水閘缺少繞滲監(jiān)測設(shè)備，無法通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析繞滲情況，但根據(jù)水閘管理人員反映，水閘運行至今，未發(fā)生繞閘滲漏現(xiàn)象，現(xiàn)場檢查也未見有異常。

4.3 滲流安全評價結(jié)論

通過閘基滲流復(fù)核計算，閘室上、下游滲流出口滲流坡降值均小于閘基粉砂允許滲流坡降，閘基不會發(fā)生滲透破壞。

5 結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

5.1 閘室穩(wěn)定復(fù)核

水閘共3孔，未設(shè)分縫。兩岸進(jìn)水閘安全復(fù)核內(nèi)容包括閘室穩(wěn)定、閘基應(yīng)力復(fù)核。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，閘基底面與地基之間的摩擦系數(shù)f=0.30。分別進(jìn)行抗滑穩(wěn)定、閘室基地應(yīng)力和抗浮計算，結(jié)果見表4?？梢缘贸?，大新溝閘閘室抗滑、抗浮穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，閘基應(yīng)力小于基礎(chǔ)承載力，閘室穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

表4 大新溝閘閘室抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力計算成果表

5.2 上下游翼墻穩(wěn)定復(fù)核

大新溝閘翼墻均為懸臂式擋土墻擋墻。計算工況選擇墻后填土、墻前無水情況，荷載包括墻身自重、墻后填土壓力、地震荷載。按抗滑穩(wěn)定、墻基底應(yīng)力計算結(jié)果見表5。可以得出，翼墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，基底最大應(yīng)力小于基礎(chǔ)允許承載力，應(yīng)力比滿足規(guī)范要求。

表5 擋墻抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力計算成果表

5.3 消能防沖復(fù)核

大新溝閘消力池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底流式消能，順?biāo)鞣较蜷L15 m，上下游齒墻均為0.50 m深，消力池末端坎高0.80 m。此次消能復(fù)核計算按《水閘設(shè)計規(guī)范》附錄B進(jìn)行，消力池深度復(fù)核和海漫長度計算見表6。計算得出，消力池長度Lsj=11.60 m＜15 m，海漫長度Lp=18.009 m＜20 m。大新溝閘下游消力池目前基本良好，不影響工程穩(wěn)定安全。

表6 消力池及海漫計算成果表

5.4 結(jié)構(gòu)安全評價結(jié)論

大新溝閘閘室抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，閘基應(yīng)力小于基礎(chǔ)允許承載力，滿足設(shè)計要求；翼墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，基底最大應(yīng)力小于基礎(chǔ)允許承載力，應(yīng)力比滿足規(guī)范要求。大新溝閘下游消力池目前基本良好，不影響工程穩(wěn)定安全。

6 抗震安全復(fù)核

6.1 地震烈度復(fù)核和抗震安全復(fù)核計算

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，大新溝閘地區(qū)地震峰值加速度為0.20 g，反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震烈度為Ⅶ度。依據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，采用基本烈度作為設(shè)計烈度，即水閘抗震設(shè)計烈度為7度，工程抗震設(shè)防類別為丙，地震作用效應(yīng)的計算方法采用擬靜力法，計算工況為上下游最大水位差，即大新溝閘擋3.90 m水頭，下游無水，僅考慮順?biāo)鞣较蛩降卣饝T性力及地震動水壓力。通過計算表明，閘室在擋最高水位遇地震情況下，閘室穩(wěn)定及閘室基底應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。翼墻遇地震情況下，穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。

6.2 抗震措施復(fù)核

大新溝閘結(jié)構(gòu)布置均勻，整體性好，閘室采用鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，工程沒有高聳的建筑物。以上結(jié)構(gòu)設(shè)置均符合《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》要求，抗震措施合理有效。

6.3 抗震安全評價結(jié)論

大新溝閘工程布置無高聳建筑物；通過閘室穩(wěn)定計算，閘室在地震作用下穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求；通過地質(zhì)勘查，閘基不存在地震液化可能。翼墻遇地震情況下，穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。

7 金屬結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

7.1 金屬結(jié)構(gòu)概況

大新溝閘，共設(shè)3孔工作閘門，閘門結(jié)構(gòu)為混凝土平面閘門，吊點型式為雙吊點，止水采用橡膠止水，啟閉機為固定卷揚式啟閉機，啟閉容量為2×250 kN。

7.2 安全復(fù)核

閘門結(jié)構(gòu)完好，無漏水現(xiàn)象，滿足規(guī)范要求，不影響安全運行。啟閉設(shè)備略有銹跡，無其它明顯缺陷，3臺啟閉設(shè)備均運行正常，滿足規(guī)范要求，不影響安全運行。

7.3 評價及建議

閘門布置合理，設(shè)計符合規(guī)范要求。閘門整體外觀較整潔，在門槽內(nèi)升降靈活、平穩(wěn)、無卡阻現(xiàn)象。3臺啟閉設(shè)備略有銹跡，均運行正常，無其它明顯缺陷。綜上，大新溝閘金屬結(jié)構(gòu)基本滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

7.4 電氣設(shè)備評價

閘站電源引自毗鄰的管理房內(nèi)配出的低壓供電回路。無備用電源。閘站內(nèi)設(shè)置一臺動力控制臺，控制盤落地安裝在閘室內(nèi)?？刂票P外觀較完整，盤內(nèi)電氣設(shè)備基本完好。控制盤及盤內(nèi)電氣元件均為淘汰型號。

8 安全綜合評價和建議

綜合以上各項內(nèi)容安全性評價，根據(jù)《水閘安全評價導(dǎo)則》的安全類別評定標(biāo)準(zhǔn)，大新溝閘為三類閘，建議盡快進(jìn)行除險加固。