肖江橫閘除險(xiǎn)加固工程泄洪閘設(shè)計(jì)方案分析

熊 丹

(樟樹市水利工程服務(wù)中心,江西 宜春 331200)

1 工程概況

肖江橫閘地處樟樹市經(jīng)樓鎮(zhèn)，位于贛江水系肖江支流山前河下游，距樟樹市城區(qū)1.8 km。閘址控制流域面積249 km2，水閘最大過閘流量309.4 m3/s，設(shè)計(jì)灌溉面積0.14萬hm2，是一座具排洪、灌溉、防洪等綜合效益的中型水閘工程。

肖江橫閘樞紐工程始建于1976年9月，1977年 12月建成受益，是一座橫跨山前河的涵閘。肖江橫閘由進(jìn)口段、箱涵段、泄洪閘及消能防沖段組成[1]。

2 水閘存在的主要問題

根據(jù)樟樹市肖江橫閘《水閘安全鑒定報(bào)告書》，確認(rèn)肖江橫閘為三類閘，屬病險(xiǎn)水閘，存在主要問題如下：

(1)閘室抗滑穩(wěn)定、抗傾及抗浮穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定性滿足要求；閘墩、閘底板應(yīng)力滿足要求。箱涵、啟閉框架、啟閉機(jī)房等混凝土蜂窩、麻面、露石、露筋、裂縫嚴(yán)重。出口邊墻抗滑穩(wěn)定及抗傾穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，但地基應(yīng)力不滿足規(guī)范要求。

(2)現(xiàn)有消力池尺寸不滿足消能要求，底板厚度不滿足規(guī)范要求，海漫長度不滿足規(guī)范要求。

(3)鋼筋混凝土閘門混凝土老化、露筋、破損嚴(yán)重，埋件及吊耳銹蝕破損嚴(yán)重，止水失效；啟閉設(shè)施老化、銹蝕嚴(yán)重，螺桿彎曲，啟閉困難；供電設(shè)施老化、損壞嚴(yán)重[2]。

3 樞紐工程總體布置

肖江橫閘加固后由進(jìn)口段、檢修閘、箱涵段、泄洪閘、消能防沖段組成。

進(jìn)口段樁號：閘樁0-015.000～0+000.000段，總長15 m。兩岸邊墻為C20混凝土重力式擋土墻，底板采用厚0.4 m的C20混凝土，下設(shè)厚0.1 m的C10混凝土墊層。

檢修閘樁號：閘樁0+000.000～0+003.500。閘底高程21.20 m，閘墩頂高程27.70 m，共設(shè)置5孔，每孔凈寬2.6 m，總凈寬13.0 m；閘底板厚0.8 m，閘墩長3.5 m，邊墩厚0.97 m，中墩厚1.1 m，總寬度19.2 m。

加固后箱涵段樁號：閘樁0+003.500～0+032.500，總長29.0 m。閘樁0+003.500～0+029.000為現(xiàn)有混凝土箱涵段，總長25.5 m，共5孔，兩側(cè)孔每孔凈寬3.175 m，中間三孔每孔凈寬3.35 m，總凈寬16.40 m。對原泄洪閘上部加鋪C25混凝土頂板形成箱涵，原泄洪閘改造成箱涵后，閘樁0+029.000～0+032.500箱涵長3.5 m，共5孔，每孔凈寬3.0 m，總凈寬15.0 m。

泄洪閘樁號：閘樁0+032.50～0+040.500，總長8 m。泄洪閘采用箱閘式整體式結(jié)構(gòu)，由箱涵與水閘組成。

消能防沖段樁號：閘樁0+040.500～0+85.100，其中閘樁0+040.500～0+055.100段為消力池，閘樁0+055.100～0+085.100段為M7.5漿砌石海漫。

4 泄洪閘設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀泄洪閘為涵閘式整體結(jié)構(gòu)，土堤加高培厚后，需重建泄洪閘；為增加泄洪閘的穩(wěn)定性，使水閘出口水流平順，重建泄洪閘仍采用涵閘式整體結(jié)構(gòu)。

4.1 泄洪閘結(jié)構(gòu)布置

泄洪閘范圍為樁號閘樁0+032.50～0+040.500，總長8 m。泄洪閘采用箱閘式整體式結(jié)構(gòu)，由箱涵與水閘組成，閘樁0+032.500～0+037.000段箱涵長4.5 m，共5孔，每孔凈寬3.0 m，總凈寬15.0 m，凈高5.0 m，底板厚0.8 m、頂板0.5 m、邊墻0.7 m、隔墻0.7 m，縱坡坡降i=0。水閘閘底高程21.20 m，閘墩頂高程28.70 m，共設(shè)置5孔，每孔凈寬2.6 m，總凈寬13 m；閘底板厚0.8 m，閘墩長3.5 m，邊墩厚0.97 m，中墩厚1.1 m，總寬度19.2 m；閘墩上布置框架立柱，框架柱斷面尺寸為0.4 m×0.4 m，高為6.0 m，啟閉平臺高程35.2 m，并設(shè)寬2.0 m的C25混凝土樓梯至箱涵段土堤堤頂；泄洪閘段下設(shè)厚0.7 m的C10混凝土基礎(chǔ)，泄洪閘與消力池底板、邊墻分縫采用瀝青杉板填縫，采用紫銅片止水。工作閘門為平板鋼閘門，啟閉設(shè)備為LQ-300 KN-SD螺桿式啟閉機(jī)，一門一機(jī)[3]。

4.2 泄洪閘過流能力分析計(jì)算

4.2.1 下游水位流量關(guān)系

(1)不受閘內(nèi)洪水頂托(贛江、肖江處于中低水位)。肖江橫閘下游斷面水位與下泄流量關(guān)系曲線計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 肖江橫閘下游斷面水位流量關(guān)系曲線(不考慮頂托)

查肖江橫閘下游斷面水位流量關(guān)系曲線，當(dāng)肖江橫閘遇50 a一遇(P=2%)洪水時(shí)，洪峰流量為571 m3/s，水閘過閘流量為309.4 m3/s，閘址閘外相應(yīng)洪水位為27.697 m；當(dāng)肖江橫閘遇20 a一遇(P=5%)洪水時(shí)，洪峰流量為428.0 m3/s，水閘過閘流量為264.3 m3/s，閘址閘外相應(yīng)洪水位為27.17 m。

(2)受下游洪水頂托(贛江、肖江處于高水位)。肖江橫閘高水位往往是受閘外洪水頂托導(dǎo)致，肖江橫閘閘址下游不同頻率設(shè)計(jì)洪水位見表2。

表2 肖江橫閘下游不同頻率設(shè)計(jì)洪水位成果(考慮頂托)

考慮肖江橫閘受下游洪水頂托，當(dāng)遇P=2%洪水時(shí)，肖江橫閘下游設(shè)計(jì)洪水位為32.497 m；當(dāng)遇P=5%洪水時(shí)，肖江橫閘外下游設(shè)計(jì)洪水位為31.72 m。

4.2.2 水閘泄流能力計(jì)算

水閘泄流能力復(fù)核計(jì)算工況為按洪水期閘門全開，加固后肖江橫閘泄流計(jì)算成果見表3。

表3 肖江橫閘加固后閘址水位～流量關(guān)系

當(dāng)考慮下游洪水頂托、肖江橫閘關(guān)閉時(shí)，閘內(nèi)沒有排水設(shè)施，洪水全部存蓄于肖江橫閘內(nèi)。

經(jīng)調(diào)洪演算，各頻率水位見表4。

表4 肖江橫閘閘址加固后特征水位成果 m

4.3 泄洪閘穩(wěn)定計(jì)算

肖江橫閘為3級建筑物，壤土層地基允許承載力為[R]=160 kPa。

計(jì)算工況：關(guān)閘擋水灌溉，閘內(nèi)水位為正常灌溉水位24.00 m，閘外無水(21.2 m)。閘內(nèi)為設(shè)計(jì)洪水位27.60 m，相應(yīng)閘外水位27.17 m。閘內(nèi)為校核洪水位28.10 m，相應(yīng)閘外水位27.697 m。

閘壩穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算成果如表5，由表中計(jì)算結(jié)果可知，閘底板抗滑穩(wěn)定和基底應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

4.4 箱涵結(jié)構(gòu)計(jì)算板

根據(jù)箱涵頂部填土厚度及運(yùn)行條件，考慮四種不同荷載組合情況：

(1)正常運(yùn)用期：正常高水位+最大填土厚度情況，此時(shí)涵管所受的荷載有：自重、水壓力、土壓力，ψ=1.00。

表5 泄洪閘穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果

(2)設(shè)計(jì)洪水+最大填土厚度情況，此時(shí)涵管所受的荷載有：自重，水壓力，土壓力，ψ=0.95。

(3)校核洪水+最大填土厚度情況，此時(shí)涵管所受的荷載有：自重，水壓力，土壓力，ψ=0.85。

(4)檢修期情況，正常高水位+最大填土厚度情況，此時(shí)涵管所受的荷載為：自重、土壓力，外水壓力，ψ=1.00。

箱涵荷載復(fù)核結(jié)果見表6。

表6 箱涵荷載計(jì)算結(jié)果 kN

管壁內(nèi)力按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算，對于彎矩M，以管壁內(nèi)側(cè)受拉為正，反之為負(fù)，對于軸為N，以壓力為正，拉力為負(fù)；計(jì)算斷面取管頂、管側(cè)、管底三個(gè)典型斷面。

涵管在各種荷載作用下的管壁內(nèi)力計(jì)算成果見表7。

表7 箱涵管壁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

上述四種荷載組合的內(nèi)力合力見表8。

表8 箱涵管壁強(qiáng)度計(jì)算成果

涵管抗裂復(fù)核按偏心受拉、受壓構(gòu)件計(jì)算，箱涵抗裂計(jì)算結(jié)果見表9。

表9 箱涵正截面抗裂驗(yàn)算成果

從表9可看出，箱涵在以上荷載組合作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件管頂、管側(cè)及管底部位均滿足強(qiáng)度和抗裂要求[4-5]。

5 結(jié) 語

肖江橫閘樞紐工程運(yùn)行多年，存在混凝土老化、止水失效、啟閉設(shè)施啟閉困難等諸多問題，嚴(yán)重影響工程安全運(yùn)行，經(jīng)過本次除險(xiǎn)加固，可確保工程安全運(yùn)行、發(fā)揮正常功能。本文主要就其泄洪閘的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，為今后類似水閘工程設(shè)計(jì)提供參考。