《病险水闸除险加固工程设计中的相关问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《病险水闸除险加固工程设计中的相关问题（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、病险水闸除险加固工程设计病险水闸除险加固工程设计 中的相关问题中的相关问题 第一部分 概述 1 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 2 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 2 1 2砼结构 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 2 1 3闸门 启闭设施锈
2、蚀 2 2 适用性指标达不到设计标准 2 2 1过流能力不足 2 2 2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 2 2 5胸墙漏水 2 2 6观测设施失效 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 2 3 2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 3 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对砼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 3 1 3对
3、闸门 启闭机锈蚀采取除锈防锈处 理 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 3 2 2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 3 2 3启闭设备老化 采取大修或更新 3 2 4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 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
4、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 3 3 2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 砼防渗墙等 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 3 2 2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 3 3 2 3利用钢筋砼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
5、是 闸室自身的抗滑稳定安全系数不小于1 0 3 3 2 4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 砼防渗墙 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 3 3 4结构强度不满足要求 3 3 4 1采用粘钢 贴碳纤维作结构性补强 3 3 4 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 第二部分 病险水闸除险加固后的复核计算 第一节 防洪标准复核 一 闸顶高程
6、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 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 0 65时为堰流 a H0 0 65时为孔流 实用堰式水闸 a H0 0 75时为堰流 a H0 0 75 时为孔流 H0 闸孔堰上总水头 a 堰顶以上开门高度 2 计算条件 一般指设计工况时的上 下 游水位 3 按堰流或孔流的相关计算公式计算过流
7、 能力 二 涵洞式水闸 分闸室段和涵洞段分别计算 1 闸室段计算同开敞式水闸 2 将闸室段算出的下游水位高度 作为涵 洞入口处水位高度来判别涵洞的流态 3 当涵洞处于半有压流和有压流之间时 应判断涵洞底坡缓 陡 分别计算对应的 界限值 并判断涵洞流态 涵洞流态可分 为无压涵洞 半有压涵洞和有压涵洞三种 流态 4 对无压涵洞 应判断长 短洞 5 分别按照不同情况 计算涵洞流量 第三节 消能防冲复核 水闸消能方式有挑流消能 底流消能和戽 流消能等 一般采用底流消能方式为多 底流消能主要是复核消力池深度 长度 海漫长度 海漫末端河床冲刷深度 上述计算公式可参照 水闸设计规范 SL265 2001采用
8、 3 当涵洞处于半有压流和有压流之间时 应判断涵洞底坡缓 陡 分别计算对应的 界限值 并判断涵洞流态 涵洞流态可分 为无压涵洞 半有压涵洞和有压涵洞三种 流态 4 对无压涵洞 应判断长 短洞 5 分别按照不同情况 计算涵洞流量 第四节 渗径长度 土质闸基的防渗长度 又称渗径长度 常采用勃 莱系数法按下式复核 L C H 式中 L 为闸基防渗长度 即闸基轮廓线防渗 部分水平段和垂直段总和 m C 勃莱渗径系数 取值见 水闸设计规范 表4 3 2 H 水闸承受的最大上 下游水位差 m 第五节 防渗排水 1 根据防渗排水布置 计算渗径长度 见上节 2 计算渗透压力 当水闸为岩基 可采用全截面等直线分
9、布 法计算渗透压力 当水闸地基为土基可采 用改进阻力系数法计算渗透压力 其计算 方法参见 水闸设计规范 SL265 2001之 附录C 3 抗渗稳定性 水闸抗渗稳定性主要是对出口段渗透坡降 值J进行判断 计算公式见 水闸设计规范 附录C 4 渗流允许坡降值 1 水闸地基为土基时 水平段和出口段 允许坡降值 J 见 水闸设计规范 表6 0 4 2 水闸地基为砂砾面地基时 应先判断 可能发生的渗流破坏形式是流土破坏还是 管涌破坏 当4Pf 1 n 1 0时为流土破 坏 当4Pf 1 n 1 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
10、见 水闸设计规范 公式 6 0 5 1 6 0 5 2 5 当J J 时水闸抗渗稳定性满足规范要求 当J J 水闸抗渗稳定性不满足规范要求 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 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 性力等 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
11、位 地震烈度为6 以上地区 尚需对 水闸进行抗震能力复核 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 对于未作分段的水闸 则以整个闸室作为计算单 元 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 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
12、4 1 或 7 3 4 2 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 此外 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 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 7 3 6 2 计算 粘性土宜按公式 7 3 6 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 2 闸室抗
13、浮稳定性 按 水闸设计规范 公式7 3 16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7 3 2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 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 第七节 结
14、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 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
15、按结构稳定计算中的公 式进行 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 yb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 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 二 弹性地基梁法 当
16、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 25 2 0时 可按有限深弹性地 基梁计算 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 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
