泼河水库溢洪道工程闸室段加固设计方案比选

□代 蔚 □付明涛

（信阳市泼河水库管理局）

泼河水库溢洪道位于信阳市光山县泼河水库8#、9#副坝之间，轴线方向南43.5°东，为开敞式梯形宽顶堰，堰顶高程78.0m，进口底部高程74.0m，堰顶建5个闸墩，其上建公路桥及启闭机操纵室。堰面是克—奥氏非真空曲线，下接1：1.8的陡坡，再下为挑流式消能池，挑角30°。堰宽70m，安装6扇钢丝网薄壳水泥弧形闸门，斜支臂为钢筋混凝土预制，半径6m，用2×15t卷扬式启闭机启闭。最大过水深5m，设计最大泄量2340m3/s。工程于1968年11月开工，1972年4月全部竣工。建成运行至今已30余年。共参与泄洪7次，最大泄量450m3/s(1973年2月24日)。“75.8”特大洪水后，主副坝于1977年进行了垂直加高，坝顶高程已由建库时86.6m增高至87.5m，但溢洪道闸室中墩、边墩顶高程和交通桥没有相应进行加高，仍是原设计85.0m和86.5m。

一、闸室稳定复核

泼河水库溢洪道采用的是分离式闸墩，此次分别对中墩顺水流向的稳定和边墩双向稳定进行复核。

（一）荷载及荷载组合计算

依据规范要求，计算荷载组合包括基本荷载组合和特殊荷载组合，不同计算工况荷载组合见表1。各荷载计算方法按照《溢洪道设计规范》（SL253-2000）计算。

表1 计算荷载组合表

（二）计算参数选取

混凝土与基岩抗剪摩擦系数f=0.6。溢洪道闸墩和边墙、底板均为150#混凝土。上部荷载：每孔工作桥重120t，交通桥重80t，弧形闸门重16.5t，操纵室重150t（包括启闭机重9t在内）。渗透压力：采用直线比例法计算。土重：土体湿密度1.85g/cm3，摩擦角Ф＝21°，c=22kPa。地基允许承载力：2500kPa。抗滑稳定安全系数：基本组合K≥1.05，特殊组合K≥1.0。

（三）闸室抗滑稳定及基底应力计算

溢洪道为分离式闸墩，闸室抗滑稳定计算主要是核算闸墩的抗滑安全和地基应力，抗滑安全采用抗剪强度计算公式计算；地基应力计算采用材料力学计算公式。

1.抗滑稳定计算公式

式中：Kc－抗滑稳定安全系数；f－基础底面与地基之间的摩擦系数；∑G－作用在闸室上的全部竖向荷载（t）；∑H－作用在闸室上的全部水平向荷载（t）。

2.闸室基底压力计算公式

式中：σ－基底压力（t/m2）；A－基底面积（m2）；e－偏心距（m）（x向,y向）；B－基底宽度（m）（x向,y向）。

（四）计算水深

由于原溢洪道布置上的特殊性，所以在计算时，不同库水位对闸墩和边墩的上、下端将有不同的数值。根据运用情况，按下面方法计算。

水位85.7m以下，泄洪方式为敞泄，上端水位为库水位，下端水位应按库水位下泄流量的临界水深计算。水位85.7m以上泄洪方式为控泄，上端水位为库水位，下端水位应按库水位时的孔口出游的收缩水深计算。

（五）计算成果

根据荷载组合表中各计算工况，对中墩和边墩按上式分别进行抗滑稳定和地基应力计算。其计算成果见表2、表3。

表2 闸室中墩稳定计算成果表

表3 闸室边墩稳定计算成果表

从表中可以看出闸室稳定满足要求（抗滑稳定安全系数允许值为：荷载基本组合≥1.05，特殊组合≥1.0）；边墩后趾出现拉应力0.24MPa，超过规范规定值（计算双向受力情况时，基底面上可容许出现≤0.1MPa的垂直拉应力），不满足要求。

又根据2006年6月华北水利水电学院对溢洪道所做的混凝土质量检测报告描述，溢洪道坝面混凝土强度严重偏低，混凝土表面碳化严重，所测值均已超过6mm；表面出现不规则裂缝多条。骨料颗粒级配极不均匀，最大粒径超过100mm，溢洪道闸室段应尽快采取加固修补措施。

二、溢洪道闸室段加固方案选择

基于上述原因，泼河水库闸室段要进行除险加固。根据工程实际情况，结合投资，设计出3套加固方案。以下对3个方案分别比较：

（一）方案一：对老闸闸室段现状进行加固

1.边墩拆除重建。从地质勘探成果来看，边墩处于强风化岩石上；闸室右边墩牛腿处沿新旧混凝土交接处有两条不规则宽0.1mm长20cm裂缝，且边墩牛腿后趾出现拉应力，存在严重的质量问题；故边墩拆除重建。

2.闸墩上部结构拆除重建，在溢洪道右岸设置检修闸门门库和桥头堡。

3.闸室左侧第二个中墩拆除重建。根据地质报告，左侧第二个中墩坐落在F26断层破碎带上，基础未作处理，因此需拆除重建。

4.加高加长其它中墩。原4个中墩加高2.5m，向上游加长2m，向下游加长至底板末端。并将闸墩两侧表层混凝土凿除，凿除深度为50mm，表层加抗冲耐磨混凝土，并布设钢筋网，使新老混凝土结合紧密。

5.增加检修闸门。将原折线型底板改进为折线III型底板，以便增加检修闸门。

6.原小底板向上游面加长，与闸墩一致，改进为折线型，并将原底板表面混凝土凿除50mm，表层加抗冲耐磨混凝土，布设钢筋网，上游面加长部分与原底板衔接处打锚筋，使新老混凝土结合紧密。

7.加强牛腿辐射筋。原牛腿靠近下游部位已出现裂缝，并有混凝土剥落，由于缺乏原始资料，根据对闸墩和挡墙的强度验算配筋均不满足新规范要求，原牛腿辐射筋未必满足。

8.根据勘探资料，闸室地基在强风化带上，强风化带底部高程为69～80m，并且闸基断层没进行处理，因此对闸基进行帷幕灌浆和固结灌浆。

9.闸门启闭机以及机电设备更新。

10.观测设施更新。

11.由于泄槽段挡墙和底板存在严重的质量问题，故拆除重建。

（二）方案二：老闸闸室段拆除重建方案，结合原方案进行布置

拆除重建闸室段，结合原方案进行布置，重新布置闸室控制段，新建溢洪道泄洪闸中心线布置在原溢洪道中心线上，新建闸轴线同原闸轴线。

闸室段长21m，控制堰为开敞式折线III型宽堰，闸墩与底板仍采用分离式钢筋混凝土结构，闸墩两侧各1m处设缝与底板分开。闸室共6孔，总宽70m，每孔净宽10m，底板高程74m，堰顶高程78m，底板厚2.0m，中墩厚2m。安设10m×4.5m弧形钢闸门，启闭设备为液压启闭机。闸墩前部设检修闸门，检修闸门采用浮箱式叠梁平面焊接钢闸门，闸门分为6节，每节闸门高1.1m，叠梁结构相同具有互换性，检修闸门工作平台高程为87.5m，启闭设备选用门机，检修闸门平时存放在泄洪闸右岸检修闸门门库里。闸墩下游建有宽5.0m的工作桥，机电设备及液压启闭机布置在操作室内。闸室段两侧靠近上游处，为防止绕渗回填粘土，粘土心墙顶高87.5m，顶宽1.0m，边坡1：0.35，其余回填石渣。

泄槽段挡墙和底板由于存在问题较多，故拆除重建。

（三）方案三：老闸闸室段拆除重建方案，原闸室宽度缩窄

拆除重建闸室段，重新布置闸室控制段，新建溢洪道泄洪闸中心线布置在原溢洪道中心线上，新建闸轴线同原闸轴线。0+182.08～0+203.08为闸室段，长度为21m，为钢筋混凝土结构。闸室总宽为67.5m，为6孔闸，每孔净宽10m，安设10m×4.5m（宽×高）弧形钢闸门，闸底板高程78.0m，中墩厚1.5m，中墩下底板厚1.5m，小底板厚1m，边墩为半重力式，高度11.5～15.5m，底部宽9.1～11m，顶部宽为1.0m，闸墩顶高程为87.5m。闸底板采用折线型实用堰，为改善水流条件，将堰顶角修圆成III型断面，修圆角半径为2m。堰顶水平直线段长12.48m，后为半径15m的圆弧与泄槽底板相接。闸室混凝土强度等级均采用C25，闸室底板设0.5m厚C10混凝土盖重，做固结灌浆处理。闸室段上游侧设有检修闸门，检修闸门选用露顶式叠梁平板钢闸门，闸门分2节，每节2.25m高，检修闸门工作平台高程为87.5 m，设5m宽检修工作桥连接两岸，采用门机起吊，检修闸门平时存放在溢洪道右侧检修闸门门库里。闸室下游设有宽5.0m的汽-20工作桥，桥面高程为87.5m。闸室段右岸靠近闸墩建有检修闸门库和桥头堡，检修门及门库排架上设操纵室。机电设备及控制装置布置在操纵室内，在闸室右岸以及门库下游侧均设桥头堡，桥头堡内设楼梯。

泄槽段挡墙和底板由于存在问题较多，故而拆除重建。

（四）方案比较

表4 方案投资比较表

各方案投资见表4。

方案一充分利用老闸，边墩和左边第二个中墩拆除重建，中墩和底板加固，节约了投资。但闸底板座在强风化地基上，从勘探取样来看，岩心基本呈土状，固结灌浆很难达到预期效果；中墩和底板加固施工技术难度较大，尤其是牛腿辐射筋施工难度更大；故加固方案难以从根本上解决问题。

方案二从根本上彻底解决了泄洪闸的安全问题，不留存任何隐患，便于今后的运行管理，投资略有增加，但施工难度大。

方案三从根本上彻底解决了泄洪闸的安全问题，不留存任何隐患，便于今后的运行管理，且施工难度小、工程量较小、投资较省。

经综合比较选择拆除重建方案三。主要因为方案三无论在工程安全、工程投资量、施工难度等方面都有优势。泼河水库除险加固工程溢洪道闸室段已于2008年10月开工建设，2009年建设完成，工程建成后，达到了设计要求，彻底解决了溢洪道的安全问题，充分证明当初加固方案选择的正确性。