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摘要:水闸除险加固具有重要的经济、社会价值，为提高某病险水闸安全性，通过现场调查，查明水闸现状，分析水闸主要存在的问题，准确获取水闸控制流域水位线，为水闸除险加固设计提供参数;通过分析计算文章提出的水闸闸室加固方案满足水闸高程、过流以及防渗需求，可提高水闸安全性。
关键词:水闸除险加固;水位线推求;工程设计;水闸过流能力
0引言
水闸枢纽具有调蓄洪水、改善灌溉条件的作用，20世纪以来，修建的水闸在长期使用及维护不当造成水闸安全系数下降，针对这种水闸则需要进行除险加固治理。邵杰等［1］认为高压喷射灌浆在水闸加固工程中，治理效果较好;刘振等［2］以张公桥工程为例，研究泄洪建筑物布置方式，认为采用9孔泄洪闸方案除险加固效益突出;徐瑞荣［3］从工程实例出发，分析水闸设计中计算结构稳定性的要点;王玉琼［4］通过监测数据，拟合出不同工况条件下，水闸的过闸流量;应春婷［5］、李新国［6］认为水闸渗漏是影响其性能的一个重要因素，应当重视水闸防渗设计。基于以上研究，探讨某水闸除险加固工程设计。
1水闸概况及主要存在的问题
1.1水闸现状
通过现场调查，东闸闸底高程－1.0m，共3个净宽15.6m的闸孔，西闸闸底高程－1.1m，共4个净宽16.25m的闸孔。东、西两水闸净宽111.8m，属Ⅱ等大(2)型工程。水闸枢纽工程设计灌溉农田面积3533.3hm2，防洪工程保护人口25万，工农业总值30.50亿元。
1.2主要问题
(1)闸室底板、闸墩等部位混凝土碳化明显，牛腿碳化深度达13.0mm。(2)闸墩下游面高度不足，当100a一遇洪水时，闸门全开，闸门大部分脱离闸墩。(3)闸底板与闸门接触处混凝土撞损较为严重，形成不规则的锯齿状，最大空隙高5cm，漏水严重。(4)闸门高程不足，混凝土脱落，钢筋锈蚀，面板渗漏，闸门支臂均出现不规则小裂缝。(5)工作桥大梁上游面出现多条不同程度的裂缝，中间孔大梁有贯穿性裂缝。(6)工作桥桥面预制板混凝土局部脱落、混凝土开裂，钢筋锈蚀严重。(7)闸墩上螺旋楼梯存在裂缝。(8)右岸上、下游护岸被洪水冲刷，造成严重塌方。(9)上游铺盖、下游消力池和海漫被水冲毁，且下游河床下切深度很大，严重威胁闸室安全。(10)水闸管理房墙体有裂缝，已成危房;(11)闸门启闭机破旧，齿轮接触面倾斜，局部磨损严重，钢丝绳磨损较为严重。(12)电气设备老化，部分接触器烧灼严重。(14)东泄洪闸由橡胶坝改造而成，现闸室边墩背水侧原橡胶坝充水泵房未回填，存在安全隐患。
2水位推算
根据实测的水深地形图，从桩号0+000(水闸处)向下游依次取典型断面，直至桩号23+091处，全长约23.1km，本次共选取68个断面进行计算，以最下游第一个断面，即桩号23+091)作为水面线推求的起推断面，河道糙率为0.024进行计算。
3水闸工程设计
3.1闸顶高程设计
根据规范要求，设计水闸闸顶高程，计算结果见表2。
3.2水闸加固设计
3.2.1东闸加固设计
本次除险加固设计闸室下部结构均维持不变，中墩和边墩上部原工作桥支墩分别拆除到8.00m和7.00m高程，然后原墩顶面凿毛，采用C25混凝土加高闸墩，闸墩上、下游端均加高到10.10m高程，中部工作桥下闸墩加高到12.70m高程，中后部闸墩最大加高到14.60m高程，并设踏步做为从工作桥下到下游闸墩顶部的交通道。为方便闸门检修，下游闸墩顶设0.2m厚的预制板平台，中墩向两侧、边墩向内侧各飘出1m，并设钢爬梯与牛腿连接，预制平台周围和闸墩踏步两侧均设不锈钢栏杆。原闸门侧轨埋件均拆除更换，闸室底板增设闸门底坎埋件。中墩牛腿受拉区采用黏贴碳纤维加固，边墩牛腿受拉区增设两条受拉扁钢，并统一做除锈防锈处理。原闸墩侧面和闸室底板顶面均做防碳化处理。工作桥为C25混凝土连续梁桥，单跨净长15.6m，总长度53.9m，右端挑出边墩0.7m，桥面宽6.3m，桥面顶高程为14.60m，梁高1.8m，梁宽0.3m;启闭机室宽6.0m，长53.2m，高4.80，启机室楼面高程14.60m。为方便工作桥与右岸连接，在原右侧桥台顶部新设C25混凝土桥帽，由桥台到工作桥大梁悬臂设C25混凝土人行桥，人行桥顶高程14.60m，宽4.50m。闸室两侧原充水泵室采用C20埋石混凝土回填，原左侧水池采用石渣回填，两侧地面均整平到7.50m高程，并采用C20混凝土护面0.1m厚，护面下设粗砂垫层。
3.2.2西闸加固
本次除险加固闸室下部结构保持不变。所有闸墩均拆除到11.20m高程，闸墩上游9m长范围内采用C20混凝土加高，工作桥下部闸墩加高到12.20m高程，2#、3#、4#闸墩其余部分加高到12.7m高程，1#、5#墩后部5.45m长范围闸墩最大加高到14.20m高程，顶面向后下倾斜做成踏步;闸门侧轨和底坎埋件进行更换;工作桥采用2跨一整体的连续梁桥结构，在3#闸墩顶中部分缝，工作桥总长度78.80m，桥面宽6.70m，梁底高程12.20m，梁顶高程14.20m，梁高2m，梁宽0.3m;启闭机室楼面高程14.20m，总长度78.8m，宽6.0m，高4.80m。现状闸墩后部交通桥为双曲拱桥，共4跨，中间两跨单跨净宽35.50m，两边跨单跨净宽14.0m，总长度114m，桥面宽6m，桥面高程11.20m，分别以1#、3#、5#闸墩为桥墩和两侧桥台连接。本次除险加固下部主拱圈保持不动，桥面高程、长度、宽度保持不变，拆除上部腹拱圈、浆砌石侧墙、路面和部位开裂的腹拱圈支墩重做;侧墙、支墩、腹拱圈均采用C20混凝土;桥上填料采用掺6%水泥粉煤灰，路面结构为C25混凝土，路面厚0.22m，掺6%水泥石粉垫层厚0.2m;桥面两侧设C20混凝土防撞墙高0.8m，上设Φ100mm不锈钢扶手。主拱圈、闸室混凝土底板和牛腿均做防碳化处理。闸墩进行充填灌浆，灌浆材料采用1∶3水泥砂浆，每个闸墩沿中线布置一排孔，孔间距2m，共布置37孔，灌浆压力不大于49kPa。
3.3水闸水力及渗流验算
3.3.1水闸过流能力验算
根据规范公式，计算水闸过流能力见表3。可以看出设计洪水和校核洪水时，闸上、下游水位差分别为0.24m、0.35m，在水闸常用水位差0.1－0.3m范围内或其附近，说明原水闸总净宽度是合理的，不会因为闸孔宽度太小导致不经济的增加上游淹没损失和上游防洪压力。
3.3.2水闸防渗能力验算
根据地质报告，东泄洪闸地基为中风化粉砂岩，西泄洪闸地基2#闸墩以右地基上层为砾石层，再向下为粉质黏土和粉砂岩，2#闸墩以左闸墩下有一层人工填筑的黏土防渗层，黏土防渗层下为粉砂岩地层。本次设计根据不同的地基类型采用不同的方法，强风化岩地基根据其风化土类型(粉质黏土)按渗径系数法确定其防渗长度，中风化岩不计算渗径长度，满足稳定和上部布置要求即可，砾砂层按改进阻力系数法计算其渗流比降。可以看出，砾砂地基防渗计算不满足规范要求，需做防渗处理。本次加固设计采用高喷墙截断砾砂层，加固后防渗即可满足要求。
4结论
现场调查水闸现状，推求水闸控制流域水位线。通过理论计算方法，计算水闸设计高程，并提出东、西两处水闸加固方法，通过验算，加固后的水闸满足过流、防渗要求，文章提出的水闸加固方案可为类似水闸加固工程设计提供参考。
参考文献:
［1］邵杰，孙承坪，周路宝.大中型病险水闸的成因及除险加固措施分析［J］.水利规划与设计，2019(02):112－115.
［2］刘振，白斌.张公桥除险加固工程泄洪建筑物布置与设计［J］.水利规划与设计，2018(11):183－186.
［3］徐瑞荣.水闸除险加固设计结构稳定计算注意事项［J］.东北水利水电，2019，37(03):15－17.
［4］王玉琼，林立峰.胡家岸引黄水闸过闸流量计算分析［J］.山东水利，2019(02):8－10.
［5］应春婷.水闸渗透及防渗设施分析［J］.治淮，2019(02):41－42.
［6］李新国.耿楼枢纽节制闸渗流场数值模拟分析［J］.治淮，2018(02):15－16.
作者:杨婷婷 单位:广东省江门市科禹水利规划设计咨询有限公司