天河水库溢洪道闸室段改建稳定分析

郝 婷

（临汾市水利勘测设计院，山西 临汾 041000）

1 工程概况

天河水库位于汾河三级支流天河下游，天河汇入黑河口上游500m处，坝址地处曲沃县城东南北董乡西明德村西北800m。控制流域面积71.9km2。总库容270万m3，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、供水、养殖等综合利用的小（一）型水库。水库枢纽由大坝、灌溉洞和溢洪道组成。

2 存在问题

水库自建成运行以来，对农田灌溉及下游沿河村庄、人口、耕地等的防洪安全起到了重要作用，发挥了较大的效益。但经多年运行，水库枢纽暴露出不少问题，其中，溢洪道平直段两侧墙留有横跨溢洪道的乡村道路的通行口，影响溢洪道正常行洪，溢洪道底板及侧墙混凝土剥蚀严重，且挑流坎下右侧混凝土桩柱钢筋外露，不能满足挑流坎结构安全要求。

3 溢洪道改造设计

溢洪道位于大坝右侧桩号0+322.8处，据单薄岭0+314处钻孔揭露，溢洪道地层岩性为第四系上更新统，高程450m以上分布灰黄褐色砂壤土，黄褐色、灰黑色粉土，棕黄色壤土，灰黑色淤泥质壤土；高程450.8m以下分布一层砂卵砾石层，厚3.7m，未见底。溢洪道位于第四系上更新统壤土、砂壤土、粉土上，地基土质较好，进水闸地基土的承载力120kPa。

现状溢洪道由进口段、平直段、陡坡段及挑流段组成，长105m。溢洪道进口段两侧墙均留有穿越溢洪道的乡村道路的缺口，影响溢洪道正常行洪。为使水库达到防洪标准，满足溢洪道安全行洪和通行要求，需对溢洪道进行改造。现状溢洪道的位置不变，进口底高程下切3m，为465.5m，改建后的溢洪道全长132m，包括引渠段、闸室段、陡坡段、消能段四部分。闸室段底高程465.5m，净宽20.8m，闸室分为4孔，每孔净宽5.2m，闸室中设平板工作钢闸门与叠梁式钢制检修闸门。闸室段底板厚1.2m，中墩厚1.2m，边墩顶宽1m，底宽2m。边墙顶高程472.82m。闸墩以上设有检修层472.82m和启闭机层479.72m，房顶高程483.32m。检修平台与启闭平台间采用框架结构。结合闸墩位置布置5排立柱，每排2个，各立柱间采用横梁连接。在桩号0+007.7—0+011.7处设宽4.0m的C25钢筋混凝土梁板式交通桥。结合中墩分4跨布置，每跨净宽5.2m。交通桥桥板厚0.15m，桥板两侧设大理石栏杆。

4 稳定分析

根据规范要求，对孔数较少且未分缝的小型水闸闸室段进行闸室基底面抗滑稳定计算时取整个闸室（包括边墩）作为计算单元。

4.1 荷载计算

自重计算包括垫层、闸墩、底板、排架、闸门、启闭机、电动葫芦、启闭平台、启闭机房、工作桥、检修桥、交通桥、人群及汽车等。合计自重为垂直力32726kN，力矩1843kN·m（顺时针方向）。

作用在水闸底板上的水重按实际体积及水的重度计算确定。计算得水重为垂直力3809kN，力矩14135kN·m（逆时针方向）。

垂直作用于建筑物（结构）表面某点的静水压力为计算点处作用水头与水的重度的乘积。计算得静水压力为水平力2269kN，力矩5174kN·m（顺时针方向）。

作用在溢洪道闸室段的扬压力按垂直作用于闸室段全部基础底面积上的分布力计算。计算得扬压力为垂直力4396kN，力矩6679kN·m（顺时针方向）。

波浪要素根据水闸闸前风向、风速、风区长度、风区内的平均水深等因素进行计算。作用于水闸铅直或近似铅直迎水面上的浪压力，应根据闸前水深和实际波态进行计算。计算得波浪压力为水平力53kN，力矩252kN·m（顺时针方向）。

墙背铅直的水闸挡土结构，土压力根据填土性质、挡土高度、填土顶面坡角等因素分析计算。计算得土压力为垂直力1747kN，力矩为零。

垂直作用于建筑物表面上的风荷载标准值为风振系数、风压高度变化系数、风荷载体形系数与基本风压的乘积。计算得风荷载为水平力381kN，力矩457kN·m（顺时针方向）。

地震会引起对闸室的动力作用，本次计算考虑地震惯性力和地震动水压力。地震荷载根据《水工建筑物抗震设计规范》按拟静力法计算。计算得地震惯性力为垂直力1182kN，力矩7308kN·m（顺时针方向）。地震动水压力为水平力35kN，力矩89kN·m（顺时针方向）。

4.2 闸室段稳定分析

据《水闸设计规范》计算得：基本组合时，土基上沿基底面的抗滑稳定安全系数为3.76，特殊组合时为3.39，满足4级建筑物的规范要求。通过闸室段基础应力计算可知，工况完建无水时基底最大、最小应力为100.02kPa和94.86kPa，不均匀系数为1.05；工况正常高水位时基底最大、最小应力为99.83kPa和99.04kPa，不均匀系数为1.01；工况正常高水位加地震时基底最大、最小应力为102.08kPa和79.59kPa，不均匀系数为1.28。设计满足规范要求的不均匀系数基本组合允许值2.0，特殊组合允许值2.5。

5 结语

溢洪道闸室的稳定与否直接决定整个工程的安全性，因此，对闸室进行稳定计算时一定要严格按照规范计算。天河水库经过除险加固改造可以达到正常运行目的，满足下游灌区的农田灌溉和工业供水需求，保护下游村庄和人口的防洪安全。