峽山水庫溢洪閘加固工程關鍵技術探討

于桂云，劉祥高，單既連

（山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250013）

近年來，國家和地方在病險水利工程除險加固方面投入了大量的資金，雖然解決了一些實際問題，但許多水利設施仍然病險嚴重，特別是一些帶病運行多年的大中型水閘還亟待除險加固。如何利用好有限的除險加固工程資金，既要使工程除險，又要達到經濟、省工期、蓄水損失低等目的，是擺在水利技術工作者面前的一項艱巨任務。筆者結合“峽山水庫溢洪閘除險加固應急工程”，對大中型水閘閘室混凝土結構加固工程中復雜的關鍵技術問題提出一些見解，供同類工程參考。

1 工程概況

峽山水庫溢洪閘位于山東半島的濰河中下游，始建于1979年，共15孔，單孔凈寬16.0 m，閘室長26.0 m,閘底板高程28.0 m，堰型為“a型駝峰堰”，堰高0.83 m，堰頂高程28.83 m。采用弧型閘門，ZS2-125型卷揚式啟閉機，閘門高度10.17 m。工程自建成以來，在蓄水、防洪、灌溉等方面發(fā)揮了重要作用。但由于受當時財力、物力及技術等因素的制約，存在諸多病險隱患，影響工程安全運行，因此2001年被國家列為“Ⅲ類壩”。

溢洪閘建筑物等級1級；工程防洪標準為1 000年一遇洪水設計，設計流量12 677 m3/s；10 000年一遇洪水校核，校核流量15 853 m3/s；地震設防烈度為Ⅷ度,地震動峰值加速度取0.20 g，地震動反應譜特征周期為0.4 s。

2 病險分析及對策

根據峽山水庫溢洪道工程總體安全復核結論，溢洪道泄流能力不滿足泄洪要求，究其原因是溢洪閘泄槽下游卡口所致，溢洪閘本身泄流能力較大，不影響泄洪。因此本文只討論閘室混凝土結構除險加固關鍵技術問題。

2.1 閘底板

原溢洪閘閘基大部分坐落在半風化基巖上，閘底板原設計混凝土標號為150#，受力鋼筋為Ⅱ級鋼。根據復核計算結果，閘室小底板根部結構承載能力低于規(guī)范要求，解決方法一般有：1）截面高度加大；2）受力鋼筋面積增加；3）改善結構受力條件。

由于閘室小底板根部斷面受力鋼筋位于底層，在保留原底板的條件下，無法增加受力鋼筋面積。因此，閘室底板加固只有加大截面高度和改善結構受力條件兩條途徑。

2.2 閘墩

峽山水庫溢洪閘邊墩為衡重式鋼筋混凝土結構，經復核計算，結構承載力滿足規(guī)范要求，因此只討論閘室中墩問題。

1）墩墻。閘室中墩墩墻厚2.0 m，原設計混凝土標號為150#，受力鋼筋為Ⅱ級鋼?，F(xiàn)場安全檢測指標為95#，鋼筋截面損失率為5%。

二是職業(yè)病問題。M煤礦的井下工人及部分二線工人飽受職業(yè)病困擾。職業(yè)病是職工未來生活保障的攔路虎?；級m肺和矽肺的員工，身體功能大大減弱，因病返貧的概率大大提升，許多社保繳納不足十五年的員工，出于對未來的擔憂，遲遲不愿與企業(yè)解除勞動關系。職業(yè)病還是工人再就業(yè)的嚴重阻礙，崗前體檢職業(yè)病較嚴重的職工新公司不予錄用。職工無法順利再就業(yè)，企業(yè)又不能給予較好的解決措施，職工自然不肯接受安置。

2）弧形閘門支座。閘墩牛腿原設計混凝土標號為200#，受力鋼筋為Ⅰ級和Ⅱ級鋼兩種；現(xiàn)場安全檢測指標為88#，鋼筋截面損失率為5%。

根據現(xiàn)場安全檢測指標和復核計算結果，閘墩混凝土強度削弱嚴重，使墩墻和閘墩弧門支座承載力不滿足規(guī)范要求；閘墩混凝土存在堿集料反應問題，致使混凝土膨脹開裂；閘墩表面存在較嚴重的凍融剝蝕、碳化和裂縫等老化病害問題。解決峽山水庫溢洪閘閘墩存在的這些問題，首先是要通過適當?shù)墓こ檀胧钄嚅l墩混凝土產生堿集料反應的條件和途徑，然后再考慮采用改善結構受力條件等其他加固措施。

通過數(shù)年來的調研、分析和探索，找出了一種高速機械噴砂與“隔氣閉水技術”相結合的方法。這種技術可抑制混凝土內部的堿骨料反應以及閘墩表面剝蝕、碳化、風化及裂縫等老化病害的進一步加劇，提高混凝土結構耐久性，延長工程使用年限。

3 結構受力條件改善措施

對于閘底板、閘墩及其支座牛腿等鋼筋混凝土結構構件，其內力產生的條件除結構自重和永久設備重荷載之外，主要外荷載是水壓力荷載、地震荷載和啟門力荷載等。因此，要改善結構受力條件，首先是對水推力進行削減，其次是盡可能減低地震慣性力。

3.1 削減水推力條件分析及工程措施

1）條件分析。峽山水庫溢洪閘正常蓄水位（水庫興利水位）為37.40 m，單孔閘門凈寬為16.0 m。根據單孔閘門所承受的水平靜水壓力計算公式分析，在水閘設計蓄水位不變的情況下，要降低水推力，唯一的方法是抬高溢洪閘堰頂高程。

經水力計算比較，溢洪閘最高堰頂高程為30.30m，設計蓄水位條件下堰上水深為7.10m；原工程堰頂高程為28.83m，設計蓄水位條件下堰上水深為8.57m。由此可見，峽山溢洪閘具備削減水推力的條件。

2）工程措施。通過反復計算研究，采用了非對稱式駝峰堰，堰體上游段長5.65 m，下游段長6.0 m，堰高2.0 m。上游底部圓弧半徑7.10 m，中部圓弧半徑2.0 m；下游底部圓弧半徑8.0 m，中部圓弧半徑2.10 m。

3）水推力計算比較與分析。堰頂高程加高前后單孔閘門所承受的水平靜水壓力比較計算結果見表1。

表1 單孔閘門所承受的水平靜水壓力比較計算表 kN

由表1看出，堰頂高程加高后單孔閘門所承受的水平靜水壓力比原工程削減1 842.79 kN。閘門水推力的削減，不僅使墩體弧門支座牛腿、弧門支座扇形受拉區(qū)等受力條件得到有效改善，同時閘門高度比原工程減小了2.07 m,相應減少閘門所需鋼材達25%左右。

3.2 減低地震慣性力的條件分析及工程措施

峽山水庫溢洪閘工程地震設防烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.20 g。其閘室結構物所承受的地震荷載是一關鍵性指標，要減小地震對建筑物的破壞力，則應盡可能降低建筑物重心或上部構造采用輕型結構。

3.2.1 閘頂高程復核計算

（1）閘門高程計算。峽山水庫溢洪閘閘門高度有3種控制運行工況。1）經計算在設計蓄水位37.40 m條件下：閘門頂高程為37.90 m；2）20年一遇洪水控泄條件下：閘門頂高程為37.49 m；3）50年一遇洪水控泄條件下：閘門頂高程為38.40 m。

綜合以上3種運行工況計算結果，最小閘門高度取8.1m，閘門頂高程為38.40 m。

（2）條件分析。峽山水庫原溢洪閘閘底板高程28.0 m，堰頂高程28.83 m，閘門高度10.17 m，閘門頂高程為39.0 m，閘頂高程為46.0 m。

經閘室總體布置，新的溢洪閘閘底板高程取28.30 m，堰頂高程為30.30 m，閘門高度為8.10 m，閘門頂高程為38.40 m，閘頂高程為44.50 m。

經計算機架橋墩座可在原來基礎上降低1.50 m，具備減小地震慣性力條件。

3.2.2 地震力計算比較與分析

峽山水庫溢洪閘工程單孔閘室地震力比較計算結果見表2。

從表2可以看出，峽山水庫原溢洪閘閘墩頂高程由原來的46.0 m降低到44.50 m，使機架橋、啟閉機及機座、啟閉機房等上部構造在采用輕型結構的基礎上，均可下移1.50 m。不僅有效縮減了地震慣性力和地震動水壓力，還由于地震力力臂的減小，改善了閘墩、弧門支座牛腿和閘底板等結構的受力條件。

4 結語

4.1 “削減水推力”技術措施

峽山水庫溢洪閘除險加固工程所采用的“削減水推力”技術措施：閘底板在原基礎上增厚0.3 m，新老底板用錨筋連結，面層布設一層鋼筋網；將駝峰堰堰高由原28.83 m增高到30.30 m，閘門高度由10.17 m降低為8.1 m，閘門頂高程為38.4 m。

表2 峽山水庫溢洪閘單孔閘室地震力比較計算結果表

這一技術措施的實施，使單孔閘門所承受的水平靜水壓力比原工程削減1 842.79 kN。閘門水推力的削減，不僅使墩體弧門支座牛腿、弧門支座扇形受拉區(qū)等受力條件得到有效改善，同時閘門高度比原工程減小了2.07 m，相應減少閘門所需鋼材達25%左右。

4.2 隔氣閉水技術措施

閘墩采用高速機械噴砂與“隔氣閉水技術”相結合的方法，可在閘墩表面形成一層與原閘墩體混凝土親和力極強的保護膜，有效阻隔水和大氣進入到墩體內，極大程度地抑制混凝土內部的堿骨料反應以及閘墩表面剝蝕、碳化、風化及裂縫等老化病害的進一步加劇，提高混凝土結構耐久性，延長使用年限。

4.3 抗震技術措施

墩頂高程由原來的46.0 m降低到44.50 m，使機架橋、啟閉機及機座、啟閉機房等上部構造在采用輕型結構的基礎上，均可下移1.50 m；上部構造拆除重建，并采用輕型結構，可大幅度削減地震力，使墩體、弧門支座牛腿、弧門扇形受拉區(qū)等受力條件得到有效改善。

經綜合計算分析，該工程可凈增經濟效益4 366.72萬元，施工工期可縮短4～10個月，由于水庫提前蓄水增加供水量約1.3億m3，為水資源供需矛盾突出的濰坊地區(qū)提供了經濟和社會持續(xù)發(fā)展的水資源保障。