节制闸除险加固工程设计研究.docx

第 1 1页共 6 6页节制闸除险加固工程设计研究节制闸除险加固工程设计研究摘要：沟村节制闸除险加固工程设计是基于实际工程问题进行的分析和计算。文章以水闸设计规范为标准，基于工程水文地质条件，对水闸拆除重建后的水闸布置、防渗排水，以及闸室结构等进行计算和设计，并对水闸的稳定性进行了计算分析。文章研究成果旨在为类似工程设计提供方法参考。关键词：节制闸；除险加固；计算；闸室结构1 工程概况沟村节制闸位于祥符区罗王乡沟村圈章河上，建于 11017 年6 月，控制流域面积 108km2，该闸为开敞式结构，其主要部位闸室按 3 级建筑物设计，其余次要建筑物也为 3 级建筑物，防洪标准为 5 年一遇。全闸总长 36m，上游连接段长 9m，闸桥面宽 2m，下游消能防冲段长 23m，闸孔总净宽 15m，每孔净宽 2.5m，共 6孔，顺水流方向 2m，底板厚 0.5m，200#素混凝土。现状闸底板高程为 59.75m，闸门为框架混凝土闸门，门高 3.47m，手摇启闭系统，现状正常蓄水位为 62.95m。经过对水闸现状安全重新进行监测和复核，原有水闸存在损毁严重、设备陈旧、无观测设施、无第 2 2页共 6 6页启闭机房等，已经不满足安全运行要求，必须进行拆除重建工程。2 工程存在的问题2.1 土石方工程。沟村节制闸建于 11017 年，水闸的上下游连接段均为浆砌石砌筑，通过现场安全检查可以得知，浆砌石结构均存在勾缝砂浆剥落，部分浆砌块石松动，上部浆砌块石表面部分风化，上下游护坡、海漫、防冲槽，裂缝塌陷等问题。管理房为砖砌体结构，房顶塌陷，漏雨严重，门窗损坏，墙壁裂陷。2.2 混凝土工程。沟村节制闸的混凝土工程主要是闸门、闸墩、底板、机架桥以及交通桥。根据现场安全检查，混凝土碳化、风化裂陷严重，钢筋锈蚀。初步推测因混凝土强度等级偏低，钢筋保护层偏小，不满足规范要求所致。2.3 金属结构。由于年代久远，闸板与螺杆连接金属结构锈蚀严重，左 1 孔尽毁，启闭困难，该闸不仅不能正常发挥灌溉效益，而且阻碍了汛期行洪，已失去了节制闸应有功效。2.4 启闭机、电气设备。启闭机于 11017 年建成后，一直运行现在，已有 30 多年，5 吨 6 台启闭设备，左第一孔启闭机及锣杆无，其余 5 台启闭设备及连接部件，锈蚀严重，第 3 3页共 6 6页启闭困难。2.5 管理及观测设施。水闸无专用防汛用电线路，且设备老化，存在安全隐患，不利于汛期安全运行。水闸缺少工程维修管理。水闸上下游无任何沉降、变形观测设施，无法掌握水闸的沉降、变形情况，不利于水闸的运行管理。3 水闸拆除重建设计3.1 拆除后的水闸布置。本水闸设计采用开敞式 C20 钢筋混凝土结构。底板采用平底板设计，采用上、下游墩头均为半圆形的闸墩设计，露顶式平板钢闸门设计。铺盖采用现浇混凝土，护坡段与铺盖段以圆弧翼墙相连接，圆弧翼墙初步采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙， 与闸室连接处翼墙顶高程从 63.43m 加高至 63.63m，采用斜坡相连。采用底流消能防冲，消力池布置在闸室后面，池底与闸底板之间以斜坡相连（本设计斜坡坡率取为 1：5） ，斜坡顶端紧靠闸底板的下游端。按照水闸设计规范 ，设计闸孔净宽为 15m， 闸墩厚度为中墩 1.0m， 边墩 0.8m。 按照 水闸设计规范 ，消力池深度为 0.9m，长度为 15m，护坦厚度为 0.6m，消力池采用钢筋混凝土结构。重建后海漫长 20m，底板采用 0.3m 厚的 C20 现浇混凝土， 两岸以圆弧翼墙与下游护坡连接， 护坡为 0.15m 厚 C20第 4 4页共 6 6页现浇混凝土，边坡坡率 1：2.5。防冲槽采用宽浅式以便施工，其深度为 1.2m，设计底宽 b 取 3m，顺河流方向长 6m，上、下游坡率都取为 m=2.5，两岸边坡与河岸相同。3.2 防渗排水。设计本设计为轻粉质壤土，均采用平底式地基轮廓，其防渗设备为平铺盖，浅齿墙。铺盖长度 11.28m，铺盖厚度为 1m，铺盖上下游均设齿墙增加闸室的抗滑稳定性并延长渗径，齿墙深一般为（0.5-1.5）m，本设计采用 0.8m，底板尺寸设计为 3H（H 为上下游最大水位差）8.46m，底板厚度与地基土质，水闸荷载，单孔净宽等因素有关，初拟时取闸孔净宽的（0.2-0.125）倍，本设计取 0.2 倍的净宽，取为 0.6m，齿墙高取 0.7m，混凝土垫层厚取 0.1m。按渗透稳定最不利条件考虑，闸上游为正常蓄水位，下游无水，上游蓄水位62.95m，上、下游最大水位差为 2.82m，根据地质报告，闸基应建在轻粉质壤土层上，根据水闸设计规范 ，取渗径系数为 4，由此计算水闸防渗长度为 42.82=11.28m。3.3 水闸稳定计算。闸顶高程=最高水位+波浪高度+安全超高，3 级水闸正常蓄水位时安全超高为 0.4m， 最高挡水位时安全超高 0.3m， 区域波高为 0.2m，故闸顶高程为63.73m， 取值64m， 闸顶高位3.4m， 闸门高度为3.2m，第 5 5页共 6 6页门宽为 3.5m，露顶式平面闸门重估算结果为 14.33kN。闸底板是闸室的基础部分，必须有足够的刚度和强度，本设计底板厚度取1.0m，底板内配筋，对于轻砂质壤土地基偏安全的闸底板长度取12m 闸墩顺水流方向的长度取与底板相同，为 10m。闸墩为钢筋混凝土结构。中墩厚为 1.0m，边墩厚为 0.8m，闸墩型式采用上、下游为半圆型，由水工设计手册可知，上游检修门槽槽深 0.3m，宽 0.3m。工作门槽一般由闸门尺寸及支承方式确定，槽深先设为0.3m， 宽为 0.6m。 经过计算， 启门力为 78.13kN， 闭门力为 48.05kN，启闭机选择 QL-160-SD 手电两用螺杆式启闭机，检修闸门启闭设备选用 160kN-4.5m 电动葫芦较为合理，最大启闭力 160kN，工作闸门选用螺杆式启闭机，在紧急情况既无电力保证的情况下，采用人力手动方式进行启闭闸门。4 闸室结构计算4.1 工作桥结构设计。考虑到方便起吊，设计每跨由两根倒 L型纵梁及两根横梁组成，人后再在两纵梁之间加活动铺盖。设计纵梁梁高 800mm，梁宽 300mm，梁缘厚度端部 101mm，根部 200mm，挑出长度 600mm。设计横梁截面为矩形，梁高 480mm，梁宽 200mm。第 6 6页共 6 6页铺板厚度 80mm，活动铺板预制长度 2160mm，宽度 500mm。悬臂板取 1.0m 宽板带，自重设计为 3.859kN/m，故按构造配筋，由于梁高较大， 箍筋不宜太细， 采用准 8200， 全梁设置箍筋， 用准 12200为受力钢筋。 活动铺板自重设计值 4.54kN/m， 人群荷载设计 3kN/m，绳鼓荷载设计 7.1kN/m，故选配 3 准 10（236mm2） ，均布钢筋配准6200。4.2 交通桥结构设计。本次交通桥按公路-级设计，采用预制装配式钢筋混凝土桥板，板长 4000mm，板宽 1010mm。已知净跨径为 L0=3000mm，计算跨径为 L=3000+5002=4000mm，桥面净宽 5m，桥面宽 5+1=6m，栏杆 0.152=0.3m，预制板材料混凝土 C20，钢筋采用 HRB335 钢筋。上游铺盖长 10m，厚 0.6m。闸室底板长 12m，厚 1m。下游铺盖与消力池长度为 15m，铺盖与消力池以坡率为 1:5 斜坡相连。上、下游翼墙采用八字形翼墙，翼墙与边墩连接段有高程差，以斜坡过渡。海漫长为 20m。本设计主要进行了水力学计算，结构计算，确定了断面尺寸，最后确定其配筋，保证了除险加固工程的稳定性和合理性。