水闸重建方案论证及稳定性分析研究_杨祯和.pdf
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1、 101 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 (第 50 卷)Heilongjiang Hydraulic Science and Technology (Total No.50)水闸重建方案论证及稳定性分析研究杨祯和(湛江市雷州青年运河管理局西海河管理所,广东 廉江 524400)摘 要:由于水闸建成时间较早,原设计标准偏低,主要发挥供水,挡洪作用。加之经过多年运行,该闸闸身,翼墙抗滑及渗流稳定均不满足要求,为消除安全隐患,确保工程安全运行,拟对该闸进行拆除重建。该水闸重建设计方案,通过水闸水位、流量和高程计算三方面进行深入研究。开展水闸的渗流,闸室
2、应力分析,地震力计算以及复合地基承载力计算来论证重建水闸的稳定性,且计算结果能较直观地反映水闸整体工作性态。从而分析具体影响,并提出相应的解决方案,论证水闸重建的必要性。关键词:水闸;重建;渗流;应力稳定性 中图分类号:TV66 文献标识码:B文章编号:1007-7596(2022)12-0101-04 收稿日期 2022-11-13 作者简介 杨祯和(1 9 7 4-),男,广东廉江人,工程师。1 工程概述司前镇水闸始建于 1970 年左右,原先水闸设计由 6 副闸孔构成,总净宽度约 19m,由于使用年限长,原来地基承载不足,在运营年限过久和超荷载通行的情况下,水闸各处不同程度出现变形、开裂
3、和不均匀沉降的各种损毁现象。受交通条件限制,原址重建该水闸施工难度较大,所以通过此次规划移址新建一座新闸,来实现区域内的防洪排涝同时兼顾取水灌溉和交通通行的目的。新建水闸设计选用的整体敞开式水闸结构。新建水闸由净孔宽达 8m 的 3 组孔构成。综合考虑到河底的平均高程和考虑到地基基础的沉降等因素,最终设计闸顶高程 3.6m,交通桥宽度为 7m,防浪墙顶部高程 4.6m。2 工程地质条件2.1 岩性特征经过对现场场地的勘察和分析。得出现场范围内的土层从上至下划分为第四系土层和第三系。具体可划分如下:2.1.1 第四系地层1)粉质黏土:主要由粉、黏粒组成,为塘基土。2)淤泥:含粉细砂、贝壳和腐植质
4、。局部为淤泥质土,具有高压缩性、高灵敏度土质极差的特点。3)粗砂:饱和,中密状态。主要由粗粒石英砂组成,含各级砂及粉、黏粒。2.1.2 第三系岩层1)强风化泥质粉砂岩:岩石矿物颗粒细小,主要以黏土矿物及石英、云母等为主;岩石风化强烈,呈半岩半土状。2.2 水文特征工程区域地势较低,且地下水埋藏较浅。场中粉质黏土为主含有土壤的中上层滞水,淤泥层主要包含结合水,主要含水层为粗砂砾层,其中有主要为孔隙水,具有强承压水能力,侵蚀能力较好,大的风化泥质粉砂岩则为主含有裂隙水。终孔后测得两个钻孔地下水稳定水位分别为 1.50m、1.70m。地DOI:10.14122/ki.hskj.2022.12.057
5、 102 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 (第 50 卷)Heilongjiang Hydraulic Science and Technology (Total No.50)下水一般来自大气降雨和横向潜流的供应,消耗于日常蒸发水和横向迳流排泄2。2.3 存在的问题历来洪(潮)涝灾害频繁,强台风经常带来大暴雨,给当地造成了严重的经济损失。工程所在河流两岸堤防高程普遍较低,一旦有遇到潭江较高的洪潮,将造成巨大经济损失,洪潮灾害已威胁到当地人民群众的生活、生产和生命以及国家财产3。因此,重建闭口闸,使其与加固达标后的江堤组成一个防洪、挡潮、交通体系,水
6、闸能及时关闸防洪挡潮,保护围内人民的生命生产安全。排涝指围内河涌因暴雨产生涝水时,水闸能及时排泄涝水入外河,以保护围内不受淹或者尽可能的少受淹。3 水闸设计计算根据项目附近的水文站点的数据。结合地区河涌地势的分布特征,确立了水闸的内外特征水位如表 1 所示。表 1 水闸内、外特征水位表外江校核洪潮水位(P=2%)外江设计洪潮水位(P=3.33%)外江设计洪潮水位(P=20%)外江潮型平均水位外江平均最高潮水位外江平均高潮水位3.343.132.210.931.960.64外江平均最低潮水位外江平均低潮水位外江设计最低潮位(P=90%)内河正常蓄水位内河最高控制水位/-1.49-0.72-1.3
7、90.701.00/3.1 水闸设计流量根据工程现场实际调查,结合周边类似工程,分析重建闸前后的内涝情况。该工程地势属于平原河网区,两岸围内地形较低,当未建水闸之前,上游洪水与洪潮频繁遭遇,受洪潮顶托,水位壅高,导致两岸堤围内涝水无法自排,发生内涝;建闸之后,可以有效抵挡洪潮,但是在台风暴雨期间,水闸需要开闸排洪,受洪潮顶托,水位壅高,不利于围内排水,如果水闸关闭,自身集雨面积产生的洪水有时仍会导致内涝发生4。重建水闸工程设计流量是以围内最高水位控制,遭遇外江 5a 一遇 3d 潮型平均水位推求的过闸流量。由表 2 可知,水闸设计流量为95.4m3/s,大于10a一遇洪峰流量92.5m3/s,
8、满足 10a 一遇排涝要求。表 2 水闸设计流量成果表水闸名称闸孔净宽/m闸底板面高程/m闸外水位/m最高内水位/m过闸水位差/m设计排水流量/m3s-1某河24-2.300.931.000.0795.43.2 闸顶高程计算设计工况按照正常防汛挡潮和校准后防汛挡潮两种进行计算。若在设计防汛挡潮工况下,取最大潮水位 3.13m 为水闸外设计水位。取最高潮水位下的日均最大风力值的 1.5 倍为设计值,V0=24m/s;在校核防洪挡潮工况下,闸外的设计水位取 3.4m。经计算水闸闸顶高程取两种工况最大值,为4.13m,综合设计新建水闸的顶部高程应高于两岸堤防高程,所以此次新建水闸设计墙顶高程为4.4
9、0m,设计闸顶高程为 4.40m。4 主要建筑物稳定性分析4.1 渗流稳定计算水闸的基础防渗轮廓主要由刺壁、底板、齿墙等构成,基础防渗轮廓全长为 37.2m。对于淤泥质土层,设计渗流坡降的允许值在水平段约 0.3,在出口段值 0.55;根据表 3 的计算结果可以发现,计算特定工况下的渗透坡降已经规范限定值,说明水闸满足渗流稳定的要求。设计将挡潮情况作为线性的渗流稳定性计算工况,其他情况为闸房稳定性分析和渗透流压力参数之用。表 3 渗流稳定计算成果表计算工况外江设计水位/m内涌设计水位/m水平段渗透坡降出口段渗透坡降完建期-2.30-2.30/设计挡潮期3.130.700.1290.162校核挡
10、潮期3.341.000.1240.156设计运用遭遇 7 度地震1.960.704.2 水闸稳定计算闸室的计算时应采用如下公式对其抗滑稳定和基底应力复核:1)抗滑稳定可采用以下公式计算:式中:Kc 为抗滑稳定安全系数;G 为作用于闸室上全部竖向荷载;H 为作用于闸室上全部水平向荷载;f 为闸室基底面与地基之间摩擦系数。2)闸室基底应力计算:式中:Pminmax为闸室基底应力的最大或最小值;M为作用于闸室上的全部竖向或水平荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩;W 为闸室基础底面对于基础底面垂直水流方向的形心轴的截面矩;103 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1
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