水閘除險加固設計研究論文
摘要：特別在北方地區，出現的灌溉以及排澇等現象影響了交通的正常運行。近幾年已經(jīng)建立了多種水閘對水流量進(jìn)行制約，在各個(gè)地區的經(jīng)濟變化上具有重要作用。但水閘在設計方式上，也存在著(zhù)不同程度的損害現象，所以就要進(jìn)行水閘除險加固設計。文章根據對水閘相關(guān)設計的研究，闡述幾種水閘除險設計的有效方案。
關(guān)鍵詞：水閘；除險；加固；設計
水閘在水力工程建設中已經(jīng)廣泛應用，隨著(zhù)我國在科技力量下的推動(dòng)，水閘設計水平也得到較大提高。在設計水閘期間，要根據當地水力的生態(tài)變化、周?chē)h(huán)境、水系變化以及自然條件的影響進(jìn)行分析，然后在設計結構上實(shí)現創(chuàng )新設計，并保證在施工期間運行管理的穩定性，從而實(shí)現水力工程建設的新挑戰。
1水閘設計
1.1結構設計
水閘工程在整個(gè)結構布置期間，水閘的中心線(xiàn)要與河道中心線(xiàn)保持在同一水平上。建筑物在建設期間，要保證合理、美觀(guān)，并在整體設計上保證一定的成本效益和經(jīng)濟效益。不僅在結構形式上保持美觀(guān)形式，閘孔以及寬度還要形成統一形式，從而實(shí)現水閘在運行期間的合理性。在水閘整個(gè)結構設計形式上，首先對閘頂高程進(jìn)行設計。該高程主要為水閘門(mén)在上游閘墩頂部的高程設計。它不僅要考慮擋水現象，還要考慮泄水現象。在擋水期間，閘頂的高程一般低于水閘所在的正常蓄水水位。對于泄水，水閘頂部高程一般要保證低于水閘在洪水位上的設計。還要對底板高程進(jìn)行設計，如果底板高程設計的比較高，在枯水期，就會(huì )影響河道流量。如果下游河床子在高程上沒(méi)有一定變化，閘底板設計的太低就不會(huì )影響水閘流量，一般會(huì )增加閘墩以及閘門(mén)的高程。對水閘閘孔在總凈寬以及孔數設計方式上，一般的水閘流態(tài)分為兩種，一種是泄流期間水流由于不受阻，形成堰流現象；一種是泄流期間由于閘門(mén)的阻擋現象，出現孔流狀況。所以，根據不同水位的設計要求，就應利用不同比值進(jìn)行設計。
1.2消能防沖設計
因為影響池水力的因素條件比較多，實(shí)現的情況比較復雜，所以要控制消力池的變化因素，就要分析水閘在上游、下游之間的水位差、過(guò)閘流量寬度、下游水深以及孔數、寬度等因素。一般利用低流式消能設計[2]。首先，在設計形式上，應先考慮上游與下游的水位差、過(guò)閘期間的流量寬度等水力存在的條件，然后再控制消力池的池深度，底板厚度等相關(guān)組合。這樣不僅能夠增加調度期間的靈活性，還能保證一定安全性。
1.3防滲排水設計
由于閘基的'上部為礫石層，下部的基石為已經(jīng)風(fēng)化的花崗巖，不僅受風(fēng)力影響比較強烈，而且巖石質(zhì)量也比較軟弱，所以水閘地基處容易出現滲透等現象。為了防滲排水，在設計期間，首先在離閘室上游存在的鋼筋混凝土加固防滲墻，然后在上游墻的兩側以及混凝土擋墻下設計高壓旋噴防滲墻，并保證防滲效果的穩定性。而且，由于滲透壓力的影響，所以應根據上水閘在地基上的深度以及滲透水力進(jìn)行計算，從而保證滲透期間的穩定效果。
2水閘除險加固設計方案
2.1溢流壩除險
由于原來(lái)的水閘溢流壩的表層都會(huì )存在較強的混凝土，不僅不能滿(mǎn)足一定的抗凍性，還產(chǎn)生一定的碳化深度。所以在溢流壩進(jìn)行除險設計期間，應鑿除一部分的混凝土。首先實(shí)現消能方式，在原溢流壩下游實(shí)現防沖措施時(shí)，要利用低流消能，一般在設計期間針對巨大洪水進(jìn)行的。還要對堰型進(jìn)行調整，因為消能方式與洪水產(chǎn)生的標準會(huì )不斷變化，所以對溢流壩的堰面形狀就要進(jìn)行調整。這期間，應利用復核計算，由于該壩體中的基地應力不能實(shí)現一定的規范要求，所以就要利用計算方式將壩體基礎下順流方向的長(cháng)度進(jìn)行加長(cháng)。對溢流壩結構進(jìn)行設計期間，為了保證地基在承載力以及應力上的規范要求，為了對除險加固形式進(jìn)行設計，就要對溢流壩的順水流方向長(cháng)度進(jìn)行計算，使它能夠滿(mǎn)足一定的要求標準。特別在溢流壩基礎，首先，應將原壩體的高程進(jìn)行鑿除，然后將已經(jīng)鑿除后的形成為新的澆筑壩體，最后將新的混凝土與原壩混凝土進(jìn)行結合，并保證原壩體內的漿砌石以及基巖相互連接。在確定好溢流壩的前緣長(cháng)度以及順流方向長(cháng)度期間，還要保證上游壩面的垂直現象，并加寬下游的壩基礎，從而實(shí)現一定的灌溉要求。對于新澆筑的溢流壩，要保證體內混凝土在外包設計形式上具有一定厚度，將溢流壩的壩段進(jìn)行分組、編號，并保證它在沖沙閘形式上的長(cháng)度。溢流壩與沖沙閘之間還有用墻過(guò)渡開(kāi)，如果在下游處設計了過(guò)河交通橋，在上游就不能設置交通橋。
2.2沖砂閘除險
對原攔河閘進(jìn)行復核計算能夠看出，沖沙閘原設計比較小，不僅在排砂形式上不能滿(mǎn)足，汛期中產(chǎn)生的河水砂量比較大，在上游，還會(huì )出現比較嚴重的淤積現象以及河床抬高現象。而且，沖沙閘的金屬結構以及相關(guān)的機電設備也不能滿(mǎn)足相關(guān)要求，沖沙閘也不能實(shí)現消能防沖作用。沖沙閘在結構設計上，對于地基承載力以及應力比的設計要求，如果沖砂閘的垂直水流方向為13m，為了除險加固，就要對沖砂閘底板的水流方向長(cháng)度設計為5m。閘底板一般利用原沖砂閘底板，首先應對原沖砂閘底板進(jìn)行鑿除，然后利用混凝土進(jìn)行澆筑，并形成合理的沖砂閘底板。新澆筑的混凝土要保證與原有的漿砌石底板、基巖進(jìn)行接觸，并保證底板的澆筑厚度以及混凝土厚度。一般情況下，沖砂閘底板的高程與原沖砂閘底板高程以及河床低高程保持一致。由于沖砂閘孔數一般都保持不變，在孔的凈寬以及水斷面設計上，要保證在設計期間的相關(guān)設計標準，就要選擇溢流壩在河道產(chǎn)生的水斷面積。對于沖砂閘的閘門(mén)，一般為平板鋼閘門(mén)，并利用手搖螺桿方式進(jìn)行啟動(dòng)、關(guān)閉。沖砂閘的閘門(mén)在頂部一般分為兩層，下層閘門(mén)是專(zhuān)門(mén)檢修平臺，能夠實(shí)現人行通道。而上層閘門(mén)一般為開(kāi)關(guān)相關(guān)設備平臺，不僅能夠對開(kāi)關(guān)設備進(jìn)行布置，還能檢查出閘門(mén)的層高要求。
2.3進(jìn)水閘除險
在原攔河閘實(shí)施復核計算形式上，如果出現較大洪水變化，原進(jìn)水閘就不能保持正常運行形式，所以就要對進(jìn)水閘進(jìn)行增高。因為進(jìn)水閘為金屬結構，原進(jìn)水閘在墩的厚度上根本不能滿(mǎn)足該金屬的相關(guān)結構。原進(jìn)水閘在不斷利用其間，經(jīng)過(guò)長(cháng)期間的運行，它表面的混凝土以及粗骨料都已經(jīng)滑落，在閘墩以及閘墻上都出現混凝土裂縫現象。盡管利用水毀進(jìn)行修復，但內部結構還無(wú)法消除。其次，混凝土本身就具有較大強度以及抗凍性，進(jìn)水閘混凝土結構根本不能實(shí)現。所以在設計期間，就要對拆除掉進(jìn)水閘的啟閉機以及閘墩。進(jìn)水閘的結構設計，為了使基地應力能夠滿(mǎn)足一定條件，實(shí)施的除險加固行為一般是增加水閘底部中水流的流向長(cháng)度，首先將水閘底板進(jìn)行鑿除，然后增加混凝土的高程變化，在新形成的進(jìn)水閘底板處，要保證石底板與基巖之間的接觸形式，并保證底板的組合厚度。一般在進(jìn)水閘頂部也設計兩層平臺，下層為人員檢修平臺，上層為開(kāi)關(guān)設備平臺。
3結論
實(shí)施除險加固設計主要能夠保障原工程在建設期間實(shí)現安全性，并能夠以最小的經(jīng)濟成本獲得最大經(jīng)濟效益。所以在原工程建設中，不僅要做出該設計的深度研究，還要找出水閘在變化中存在的問(wèn)題，對存在的問(wèn)題進(jìn)行解決，這樣才能保障水閘除險加固行為的有效實(shí)施。
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