病险水闸除险加固工程设计中的有关问题.pdf

病险水网除险加固工程设计 中的有关问题第一部分概述湖南水利4 u N a n Sh u i I i1、我省病险水闸工程概况我省病险水库共有311座，其中：大型 水闸82座，中型水闸229座。311座病险水 闸中，4类病险水闸34座，3类病险水闸277 座。病险水闸的存在，一是影响了工程效益 的发挥，二是由于工程隐患的存在，给人 民生命财产的安全及社会稳定造成了重大 威胁。湖南水利KluNanShui li2、病险水闸存在的主要问题2.1 一般工程缺陷2.1.1 土石结构：裂缝、块石风化、块石塌陷、松动、勾缝脱落等；212硅结构：裂缝、层离、剥落或露筋、掉 棱或缺角、蜂窝麻面、表面侵蚀、冻融破 坏等；213闸门、启闭设施锈蚀；湖南水利HfuNanShui li 2.2适用性指标达不到设计标准 2.2.1过流能力不足；222消能防冲能力不足；2.2.3闸门不能正常使用；2.2.4启闭设备老化；225胸墙漏水；2.2.6观测设施失效；湖南水利duNanShuili 2.3影响水闸安全性的病险情 2.3.1防洪能力严重不满足国家防洪标准；-232抗滑稳定安全系数严重不满足规范要 求；2.3.3抗渗稳定性严重不满足要求；2.3.4结构强度严重不满足要求；湖南水利-fuNanShui li3、除险加固工程措施 3.1对于一般性工程缺陷的处理措施 3.1.1对于土石结构一般性工程缺陷可采取 更换修整修补的办法；3.1.2对硅结构一般工程缺陷可采用修补、化学修补、补强（粘钢、贴碳纤维等）的 办法；313对闸门、启闭机锈蚀采取除锈防锈处 理；湖南水利juNanShui li 3.2对于适用性指标达不到设计标准的病险 情处理措施 3.2.1对于过流能力不足的水闸，可采取增 加泄流断面（扩孔、加大单孔宽度减少闸 孔数），条件允许的话，最好采取降低引 流指标的办法。322对于消能防冲能力不足的问题，可采 用改造消力池、加大池深和池长；加长海 漫；增设二级消力池。_湖南水利一 u Nan Shui li 323启闭设备老化，采取大修或更新；324对于闸门老化锈蚀、不能正常运用，进行检测，根据检测结论决定是否更换或 大修。湖南水利,4 u N a n Sh u i I i 3.3对于影响水闸安全性的病险情处理 3.3.1防洪能力不足 可以考虑加高闸顶高程的办法。但采取工 程措施后应对水闸抗滑、抗渗、消能防冲、闸门及闸室各部件是否满足规范要求作复 核计算，并作相应处理。上述方案行不通，应考虑拆除重建。（我省有一些拦河闸，洪水期漫顶，只需 加高工作桥或启闭机房，但对此类水闸应 作抗浮复核。）湖南水利juNanShui li 332水闸抗滑能力不满足规范要求 3.3.2.1增加高水侧的铺盖长度、作垂直防 渗体（帷幕、碎防渗墙等）、或在不影响 抗渗安全的前提下将排水设施向水闸底板 靠近。上述措施主要目的是减少闸室的渗 压力；3.322加大闸室上部结构重量（加高闸墩、设承重土箱等）。但采取此方案时应对闸 室基底应力、基底应力不均匀系数及底板 结构强度作相应复核；_湖南水利UuNanShui li 3.3.2.3利用钢筋碎板作为阻滑板或增设阻滑闸段（阻滑力效果折减系数为0.8）。此方案的前提是闸室自身的抗滑稳定安全系数不小于1.0；3.324上述方案仍不能解决问题，则应拆除重建 水闸。3.3.3水闸的抗渗能力不满足要求在水闸闸室高水侧作垂直防渗体（碎防渗墙、高 喷、帷幕等）、增设水平铺盖板。在位于防渗范 围内的永久缝应设置止水。对已造成地基严重渗 透破坏的水闸，应拆除重建。湖南水利Hu Nan Shui li 3.3.4结构强度不满足要求 334.1采用粘钢、贴碳纤维作结构性补强;334.2上部结构（工作桥、公路桥、启闭 台、胸墙等）结构强度严重不满足要求，可拆除重建。3.3.4.3基础部位（底板）已产生严重破坏,应拆除重建水闸。湖南水利4 u N a n Sh u i I i第二部分病险水闸除险加固后的复核计算湖南水利du NanShui li第一节防洪标准复核一、闸顶高程可满足防洪标准的高度计算方法（一）挡水：闸顶高程等于正常蓄水位（或最高 挡水位）与相应安全超高之和；（二）泄水：闸顶高程等于设计洪水位（校核洪 水位）与相应安全超高之和。二、应根据水闸不同类型，区分挡水闸和泄水闸,通过对比分析闸顶高程与对应水位的关系进行判 断。湖南水利Hu Nan Shui li第二节过流能力复核 一、开敞式水闸 1、水闸过闸流态及判定 宽顶堰式的平底水闸：a/H0.65时为堰流，a/Hoq.65时为孔流 实用堰式水闸：a/H0.75时为堰流，a/H01.0时为流土破 坏；当4Pf(1-n)V1.0时，为管涌破坏。流土破坏允许坡降值J仍采用水闸设计 规范表6.0.4数值，管涌破坏允许坡降值 J见水闸设计规范公式(6.0.5-1)(6.0.5-2)o 5、当JWJ时水闸抗渗稳定性满足规范要求;当JJ水闸抗渗稳定性不满足规范要求。湖南水利juNanShui li第六节结构稳定复核水闸结构稳定复核包括闸室地基承载力、抗滑和抗浮复核，岸墙地基承载力和抗滑 复核，翼墙地基承载力、抗滑和抗倾复核。水闸结构稳定计算采用单一安全系数法，荷载采用标准值。湖南水利-fu NanShui li 一、荷载计算和组合 1、荷载计算：自重、水重及静水压力、扬 压力、土压力、淤沙压力、浪压及地震惯 性万等。-2、荷载组合：荷载组合可参考水闸设计 规范表7.2.11。设计水位时期、闸上游为 设计水位、下游为相应低水位；校核水位 时期、闸上游为非常挡水位、下游为相应 最低水位。地震烈度为6。以上地区，尚需 对水闸进行抗震能力复核。湖南水利juNanShui li 1、根据水闸结构型式，划分合理的计算单元。(1)闸室：一般来说，宜取两相邻顺水流向永久 缝之间的闸段作为一个计算单元，对于有多个闸 段的水闸，由于中孔闸段与边孔闸段的结构边界 条件及受力状况有所不同，因此应将边孔闸段和 中孔闸段分别作为计算单元。药于未作分段的水闸，则以整个闸室作为计算单 J G o(2)岸墙、翼墙：可取单位长度作为计算单元。对于设有横向永久缝的岸墙、翼墙，取分段墙体 作为稳定计算单元。湖南水利4u Nan Shui li 2、基底应力计算 闸室、岸墙和翼墙基底应力应根据结构布置及受 力情况，分结构对称和不对称情况分别计算。计 算公式参见水闸设计规范公式(7.3.4-1)或C7.3.4-2)o 3、稳定性计算水闸闸室应计算抗滑稳定性和抗浮稳定性，岸墙 和翼墙应计算抗滑稳定和抗倾稳定。止匕外，还应 划分地基和基础的不同情况进行复核，一般分为 土基、粘性土地基和岩基。湖南水利-fuNanShui li(1)抗滑稳定性计算 土基上水闸闸室、岸墙和翼墙基底面的抗滑稳定 安全系数可按水闸设计规范公式(7.3.6-1)或(736-2)计算。粘性土宜按公式(736-2)计算；对于土基上采用灌注桩基础的水闸，验算沿闸室 底板底面的抗滑稳定性，应计入桩体材料的抗剪 断能力；岩基上的水闸闸室、岸墙和翼墙基底面的抗滑稳 定安全系数按水闸设计规范公式(7.3.6-1)或(7.3.8)计算。湖南水利Hu NanShui li(2)闸室抗浮稳定性 按水闸设计规范公式7316计算。(3)翼墙抗倾稳定性 岩基上翼墙的抗倾稳定安全系数，按水闸设计 规范公式(7.4.8)计算。三、成果判断与分析 1、土基上的闸室基底应力及抗滑稳定安全系数应 满足水闸设计规范第732条之规定。2、岩基上的闸室基底应力和抗滑稳定安全系数应 满足水闸设计规范第7.3.3条之规定。湖南水利FuNanShui li 3、闸室的抗浮稳定安全系数应满足水闸设计规 范第7.3.16条之规定。4、岸墙和翼墙的基底应力、抗滑稳定、抗倾稳定 性判别：当其地基为土基时要满足水闸设计规 范第7.4.2条之规定；当其地基为岩基时应满足水闸设计规范第7.4.3条之规定。湖南水利-fu NanShui li第七节结构计算水闸工程包括结构构件种类较多，如闸底 板、闸墩、胸墙、涵洞、工作桥、交通桥、启闭机房、翼墙、岸墙等。各类构件的计 算方法可参照水闸设计规范及其他相 关规程规范进行复核计算。其中闸底板内 力计算较为复杂，要考虑地基的不同情况 分别采用不同的地基反力假设进行计算。本部分重点对闸底板内力的计算方法进行 说明。_湖南水利juNanShui li 一、反力直线法 假设底板下的地基反力沿顺水流向呈梯形分布，在垂直水流方向呈均匀分布。该方法的优点是计 算简单，缺点是未考虑底板与地基的变形协调，不计边荷载对底板内力的影响，不适宜于大、中 型水闸。其计算步骤为：1、确定荷载组合：设计洪水、校核洪水、检修情 况。2、计算闸基的地基反力：按结构稳定计算中的公 式进行。湖南水利-fu NanShui li 3、计算不平衡剪力分配：不平衡剪力的产生是由于截取单宽后，基底上的 荷载与地基反力之间存在着差值所致。不平衡剪 力的平衡是由脱离体两侧闸墩和底板截面的剪力 差来平衡，剪应力之和的差值即为不平衡剪力。不平衡剪力如按S-Y剪力曲线（或称Tyb剪力曲线）的方法分配，比较麻烦，一般情况下，可按底板 分配10%15%不平衡剪力、闸墩分配85%90%不平衡剪力直接进行分配。湖南水利-luNanShuili 4、确定作用于板条上的荷载：包括作用于板条上 的底板自重、水重、扬压力及分配配给底板的不 平衡剪力、闸墩传给底板的集中力（包括分配给 闸墩的不平衡剪力）。5、按照材料力学方法求解底板内力。湖南水利Hu Nan Shui li 二、弹性地基梁法 当水闸地基为粘性土地基或相对密度大于0.5的砂 土地基，可采用弹性地基梁法。当采用弹性地基梁法计算闸室底板应力时，应考 虑可压缩土层厚度与弹性地基梁半长之比值的影 响，当比值小于0.25时，可按基床系数法计算，当比值大于2.0时，可按半无限深的弹性地基梁法 计算，当比值为0.252.0时，可按有限深弹性地 基梁计算。湖南水利du Nan Shui li 岩基上的闸室底板应力分析可按基床系数法(文 克尔假定)计算。弹性地基梁的计算步骤：(1)确定荷载组合；(2)计算地板地基反力；(3)计算板条上的不平衡剪力分配值；(4)确定板带上的计算荷载。作用在板带上的荷 载一种为均布荷载，包括底板自重、水重、扬压 力及分配给底板的不平衡剪力；另一种为闸墩传 给底板的集中荷载(包括分配给闸墩的不平衡剪 力)。此外，应计算边荷载。湖南水利juNanShui li与设计时的情况不同的是，水闸经过长期运用后,地基沉降和变形已基本稳定，底板自重与地基之 间已形成平衡，因此，一般情况下板带的荷载不 考虑底板自重。但如果计算出来的均布荷载为负 值时，但仍应计及底板自重的影响，考虑底板自 重比例的大小以基底面上的均布荷载等于零为限 度。(5)计算底板内力：由于链杆法计算比较麻烦，一般可采用华东水利 学院等编制的郭尔布诺夫波萨多夫法计算表 格进行查算。湖南水利-luNanShuili第八节闸门强度和变形复核 1、平面钢闸门：应对面板强度、主梁、边 梁、次梁的强度和挠度作复核。2、弧形闸门：应对主框架、面板与梁的强 度进行复核。对主横梁和次梁挠度进行复 核，支臂挠度很小，可忽略不计。3、吊耳、吊杆强复核。以上复核计算公式 可参照水利水电工程钢闸门设计规范 SL74-95o湖南水利fluNanShiiili