山东临沂汤河大闸工程渗流安全分析

常倩倩，黄 松

（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013）

0 前言

汤河大闸位于临沂市河东区何家湾村西汤河干流桩号10+500 处，闸上流域面积365.4 km2，属淮河流域沭河水系。工程于1989 年建成，主要任务是拦蓄闸上来水补充石拉渊灌区灌溉用水和改善水生态环境。工程主要由汤河大闸、灌溉引水闸、灌溉干渠、管理设施等组成，但由于受当时经济、技术等多方面的制约，工程出现了很多问题。

1）门锈蚀损坏严重

汤河大闸钢闸门严重变形、锈蚀，严重损坏，闸门止水橡皮老化严重，多处变形，部分已脱落，且部分闸槽脱落，起不到止水作用，闸门漏水严重。闸门后两滑轮轮面不在同一铅垂面上，起吊时闸门晃动。闸门启闭不灵活，直接影响安全泄洪。工程及河道防洪安全与蓄水灌溉均没有保证。汤河大闸闸前没有设检修闸门，不利于管理。

2）启闭机老化、启闭不灵活

汤河大闸启闭设备运行已二十多年，部分机件锈蚀严重，启闭不灵活，大滚轮不转，钢丝绳左右长度不等，四号闸、六号闸、七号闸刹车不灵敏，四号闸落下漏水严重伴有振动。

本文基于汤河大闸的实际情况对其渗流安全进行分析。

1 大闸概况

汤河大闸设计洪水标准为20 年一遇，相应洪峰流量1184 m3/s，50 年一遇洪水校核。大闸全长113.2 m，共10 孔，每孔净宽10 m，闸门为10 m×5.4 m平面钢闸门，配QPQ2×16 t卷扬机10 台。

闸室为钢筋混凝土结构，两孔一联。闸底板为齿墙平底板结构，厚1.5 m，垂水流向长23 m，顺水流向长14.5 m，底板顶高程63.2 m。中墩厚1.2 m，缝墩厚0.9 m，边墩顶部厚1.2 m，根部厚2.5 m。

闸室上游设钢筋混凝土铺盖，长18.0 m，铺盖下设防渗板墙与岩石相接，深8.375 m。闸下设两级平底消力坎，共长26.0 m。

工程等别应为Ⅱ等，工程规模为大（2）型，考虑到该闸的主要任务是拦蓄闸上来水补充石拉渊灌区灌溉用水和改善水生态环境，水闸的建筑物级别宜与堤防级别相适应，按现状3 级建筑物考虑。

2 水文条件

2.1 流域概况

汤河大闸位于沭河支流汤河上，汤河入沭河口以上约10 km处，控制流域面积365.4 km2。汤河位于沂沭河之间，发源于沂南县河阳镇，流经莒南县许口，沂南县河阳、葛沟，临沂市汤头、圪墩、相公、洪瑞、汤河等8 个乡镇，于临沂市汤河镇禹屋村东汇入沭河，是沭河下游比较大的一条支流,河道全长约57 km，流域面积470 km2。

2.2 气象

汤河流域地处中纬度泰沂山南区，属暖温带季风区大陆性气候，降水量年际变化显著，年内分布不均。冬季受西伯利亚高压控制，多为偏北风，气候寒冷，雨雪稀少。春季北方高压势力逐渐衰退，太平洋副热带高压逐渐加强，气温回升较快，风多雨少。夏季炎热多雨，雨季一般集中在6 月～8 月，雨量集中，强度较大，易造成洪涝灾害。秋季气温降低，雨水减少，常有秋旱，有的年份亦发生秋涝。

根据流域内相公庄雨量站1976 年～2011 年降水资料统计，流域多年平均降水量797.1 mm，汛期6 月～9 月四个月降水量达571.2 mm，占全年降水量的71.7%。最大降水量1210.4 mm，发生在1982 年，最小降水量为544.5 mm，发生在1977 年，最大值是最小值的2.2 倍。据统计，流域内多年平均年最大24 小时面雨量为100.2 mm，1974 年实测年最大24 小时面雨量为224.9 mm，1950 年实测年最大24 小时面雨量为24.5 mm，最大值是最小值的9.2 倍。

3 渗流安全复核

3.1 防渗体系

汤河大闸水平防渗体系：闸上水平铺盖长18 m，前10.0 m为150#素混凝土结构，后8.0 m 为钢筋混凝土结构，厚0.3 m；距闸室上游端7.0 m 铺盖下面设有高压定向喷射灌浆防渗板墙，垂直水流向长136.0 m，深8.735 m 至基岩，板墙厚0.1 m～0.2 m；闸室底板长14.50 m，厚1.5 m，为钢筋混凝土结构；排水孔前消力池长0.5 m，厚1.4 m，钢筋混凝土结构。

侧向防渗体系由上游圆弧翼墙、边墩以及下游扭面组成。上游圆弧翼墙、长10 m，为砌石结构，墙体内设防渗混凝土板墙；边墩为钢筋混凝土结构，长14.5 m；下游扭面长23.0 m，采用浆砌石结构。

根据《临沂市汤河大闸工程上游铺盖浅地层浅剖探测报告》，闸前的混凝土结构铺盖和钢筋混凝土结构铺盖均有不同程度的损坏，且防渗墙未围封整个河床，故影响闸基渗漏[1]问题。两岸堤基置于②层砾质粗砂上，堤基下②层砾质粗砂分布连续，存在绕闸渗漏问题。

3.2 水闸渗流复核计算

3.2.1 计算方法

采用岩土工程计算软件Geo-Studio 中的Seep/W 模块来进行数值模拟。

3.2.2 计算参数

闸基各土料渗透系数见表1。

表1 渗透系数一览表

3.2.3 计算工况

正常运行工况：闸前正常蓄水位68.10 m，闸下游水位平闸底板63.20 m。

非常运用工况：①闸前正常蓄水位68.10 m，闸下游水位平闸底板63.20 m，遇闸前止水失效；②闸前最高挡水位68.60 m，闸下游水位平闸底板63.20 m。

3.2.4 计算结果

水闸渗流复核计算结果见表2。由表2 可知，各种运行工况下渗透坡降值水平段均大于允许坡降，故渗透稳定不满足要求。

表2 水闸渗流复核计算表

根据《现场质量检测安全鉴定报告》，由于该闸上游存在许多脱水企业和酱菜生产企业，生产污水长期排放，造成河道水质污染变黑、变臭，对工程结构造成的危害有待进一步查明。闸下排水设施，由于长期工作在污水环境下，化学物质的沉积固结，使大部分排水管淤积堵塞，改变了原设计运行条件，不利于水闸的渗透稳定。

3.3 汤河大闸侧向绕渗复核计算

上游圆弧翼墙为砌石结构，墙体内设防渗混凝土板墙，闸边墩为钢筋砼结构，下游均为浆砌石结构，挡墙后填土主要为含砂壤土。

3.3.1 计算方法

采用岩土工程计算软件Geo-Studio 中的Seep/W 模块来进行数值模拟。

3.3.2 计算参数

大堤各土料渗透系数见表3。

表3 渗透系数一览表

3.3.3 计算工况

正常运用工况：闸前正常蓄水位68.10 m，闸下游水位平闸底板63.20 m。

非常运用工况：①闸前正常蓄水位68.10 m，闸下游水位平闸底板63.20 m，遇上游挡墙与边墩之间止水失效工况；②闸前最高挡水位68.60 m，闸下游水位平闸底板63.20 m。

3.3.4 计算结果

水闸侧向绕渗的渗透坡降结果见表4。由表4 可知，在正常蓄水位工况下，水平段与出口段的渗透坡降在允许范围内，但是，随着工程止水失效，渗透坡降也随之增大，分别为0.51、0.66，均已超出允许值范围；而在最高挡水位工况下，水平段与出口段渗透处于允许值范围内。说明止水失效对坝体渗流的确影响大，主要原因可能是汤河大闸钢闸门严重变形、锈蚀，部分闸槽脱落，漏水严重；虽然2012 年区水务局对汤河大闸以上部分进行了综合治理，但闸上护坡仍然没有进行维修加固，两岸护坡浆砌石结构均存在勾缝砂浆大量剥落，浆砌石表面风化严重，部分浆砌石松动，局部块石脱落。

表4 水闸侧向绕渗的渗透坡降结果表

4 结论及建议

4.1 结论

根据渗透稳定计算可知，在出口无保护条件下，安全复核计算渗透坡降值各种运行工况水平段值均大于允许坡降值，故渗透稳定不满足要求；水闸侧向绕流复核计算在正常蓄水位68.10 m+止水失效条件下渗透坡降大于允许坡降。且实际工程中，消力池及下游翼墙排水孔淤堵严重，故渗流稳定是不满足要求的。

综上所述，根据《水闸安全导则》（SL 214-2015），水闸的渗透稳定不满足要求。

4.2 建议

综上所述，该闸属于四类闸，运用指标无法达到设计标准，工程存在严重安全问题，需降低标准运用或报废重建。降低标准运用会降低效益，且不能从根本上解决该闸所存在的严重安全问题。汤河大闸多年来为当地的社会和经济发展做出了巨大的贡献，是当地不可或缺、不可替代的大型水利工程，建议尽早报废重建。在报废重建前，应严格控制原闸运用指标，制定应急措施，加强监测和监控，封闭闸后交通，以保证工程安全和过往行人、车辆安全。