水闸安全评价总报告.doc

*县*河*渠首水闸安全评价总报告 *市水利水电勘测设计院二oo八年十二月24目 录1综合说明111工程概况112现场安全检测及存在的主要问题42现状水闸工程调查检测621设计、施工情况622技术管理情况823安全检测的内容和结果924安全检测结论113水闸复核计算1231安全复核标准1232抗渗稳定性复核1333水闸断面洪水及引水流量1334结构稳定分析1436水闸过水能力复核2137消能防冲复核2138闸门和启闭机复核2239砼结构复核234水闸安全综合评价2441水闸安全状况综合评价2442结论与建议241综合说明11工程概况*河工农渠首工程位于*峡水库下游东北方向7.5km的出山口阴山坡处河道内，是金昌市区及*灌区（包括金昌市区、*县河西堡、*区宁远、双湾两镇地域）工农业和城乡生活用水引水及分配水量枢纽工程。该工程由*省水利厅设计院设计，省水利厅*峡水利工程处承担施工，资金来源全部由*有色金属公司投资，枢纽工程管理由*县*水利管理处管理。工程于1965年8月开工，1966年5月竣工并投入运行，建筑物由溢流坝、冲沙闸、工农业分水闸等土建和闸门金属结构及启闭设施组成。所有建筑物从左到右（北南方向）依次排列为：第1孔为河西坝干渠分水闸，设计引水流量1.0 m3/s，控制灌溉面积0.5885万亩，由于专用铁路影响和受地形条件限制，进口段采用箱涵建筑结构，设计闸孔尺寸1.251.25m，与铁路交叉段为直径1.25m的钢砼圆管，进口安装平板钢闸门一块，配套启门力50kn手动螺杆式启闭机一台。第2、3孔分别为金化集团公司和*省*发电有限责任公司工业用水进水闸，年均引水量分别为630万m3和1500万m3。为了确保一年四季不间断正常引水，设计为上下两层结构，上层孔用于汛期引水，闸底高出冲沙闸底板1.6m，每孔设计引水流量1.0 m3/s，闸孔宽1.5m，进口安装平板钢闸门2块，配套启闭力50kn手动螺杆式启闭机2台。下层闸孔每孔设计引水流量2.0 m3/s，闸孔宽1.5m，高0.6m。进口安装平板钢闸门2块，配套启闭力50kn手动螺杆式启闭机2台。 第4、5孔为工农总干渠农业进水闸，两孔闸合计最大引水流量15.0 m3/s，控制灌溉面积15.7万亩，每孔闸孔宽2.5m，闸底高出冲沙闸底板1.2m，并设有挡沙板，防止推移质入渠，进口安装平板钢闸门2块，配套启闭力100kn手动螺杆式启闭机2台。 第6、7孔为冲沙泄洪闸，每孔闸孔宽3.0m，后来又把第7孔改为*公司常用进水闸并兼顾冲沙泄洪，设计引水流量2.0 m3/s，进口安装平板钢闸门2块，配套启闭力100kn手动螺杆式启闭机2台。 溢流堰采用曲线型实用堰，过流断面长度为14.4 m，高3.0 m，堰顶1.0 m，下游设反弧段以达到面流消能目的，溢流堰和两孔冲沙闸原设计泄洪能力为185 m3/s。随着工业用水方式的变化，在进水闸后逐步增设了一些大小不等的引水闸工程。引水工程控制下游灌溉面积达16.3万亩，引水流量5120 m3，工业年均用水量达8180万m3。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（sl252-2000）规定，本程为中型等工程，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，防洪标准按30年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。本次水闸安全鉴定以现行防洪规范为依据，根据水库下泄洪水30年一遇洪水90 m3/s 和100年一遇洪水149 m3/s ，以及水库至渠首工程区间相应洪水进行过洪复核。工程30年一遇洪水流量140 m3/s ，100年一遇校核洪水流量199 m3/s 。工程区为*峡出山口，地形南西高而北东低，海拔高程1850左右m，残存、级阶地，级阶地多被河水浸没或呈河床，左岸级阶地宽50m，右岸宽5m，右岸级阶地宽45m，级阶地左右岸对称发育，渠首闸室顶部高出级阶地1.5m。河谷呈“u”型谷，现代河床宽50100m，水闸枢纽区出露主要地层为奥陶系变质砂岩和砂砾卵石，基岩出露主要分布在右岸，左岸被松散的砂砾卵石及黄土履盖，砂砾卵石是工程区范围内的主要岩层，普遍堆积在河流两侧和河床内，左岸山前冲洪积及坡积物厚度在1520以上。查阅竣工资料和岸坡出露基岩测定，基岩地基承载力7001000kpa，砂砾卵石地基允许承载力300500 kpa。12现场安全检测及存在的主要问题121现场安全检测内容2008年11月28日*市水电勘测设计院、*县水利局及所属渠首管理处（站）对*河渠首进行了现场安全检测，其具体检测内容如下： 地基土层现状基本工程性质； 防渗导流和消能防冲设施的有效性和完整性； 溢流坝和冲砂闸的安全性； 闸门和启闭机的安全性； 钢筋砼结构的强度和耐久性122存在的主要问题 启闭机台梁、板多处砼脱落露筋，在破损处经测量砼碳化深度已大于保护层2.5cm； 启闭机房为砖砼结构，砖墙下部灰缝脱落，砖体风化浸蚀较重，砼屋面多处掉皮脱落，屋顶砼保温层多处开裂破损，闸室栏杆破损； 闸门及启闭设施运行已达40多年，根据现场检测，闸门锈蚀比较严重，现状启闭机老化陈旧，操作不便。由于闸门阻力变大需较大闭门力，致使大部分螺杆失稳弯曲，影响正常运行。闸门止水橡皮老化、磨损严重影响止水效果。 水闸上游部分岸坡冲毁塌陷； 冲砂泄洪闸无消能设施； 13水闸安全状况评价根据结构稳定复核，水闸闸室整体结构稳定，前后护坡、护岸结构稳定，水闸工程整体处于稳定状态。但由于闸台钢筋砼板、梁砼碳化深度大，砼强度及耐久性降低，影响闸台启闭结构的安全使用，同时水闸闸门及启闭设备，总体老化，超过使用年限，水闸过流量不满足100一遇校核洪水，泄洪闸后未设消能防冲设施，从而影响水闸的安全运行。按水闸安全类别评定标准，被评定为三类闸。2现状水闸工程调查检测21设计、施工情况根据水利水电工程等级划分及洪水标准（sl2522000）的规定，本工程为中型等工程，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。渠首工程主要级建筑物，由河西坝干渠分水闸，金化集团公司和*发电有限责任公司工业用水进水闸，工农总干渠农业进水闸，冲沙泄洪闸，溢流坝组成。引水闸闸墩和截墙均深入基岩12m，闸墩和闸墙均采用150砼装配式结构，闸台启闭梁、板为200钢筋砼预制，溢流坝和闸底板为150水泥砂浆砌粗料石，堆体护面均为干砌块石。为防止渗漏，在溢流坝和冲沙闸上游做有砌石护面，下方填筑平均厚度2m的三合土墙与基岩连接。闸台上部设启闭机房，并在1983年用砖砼结构替代原土木结构形式。水闸引水口根据地形现状，分箱涵式和开敞式两种。河西坝干渠分水闸1孔，设计引水流量1.0 m3/s，由于专用铁路影响和受地形条件限制，进口闸室段采用箱涵建筑结构，进口尺寸1.251.25m，现浇200钢筋砼。与铁路交叉段为直径1.25m的钢砼圆管，壁厚0.1m，预制200钢筋砼，进口安装平板钢闸门一块，配套启闭力50kn手动螺杆式启闭机1台。金化集团分司和*发电有限责任公司工业用水进水闸2孔，设计为上下两层结构，上层孔用于夏季引水，闸底高出冲沙闸底板1.6m，每孔设计引水流量1.0 m3/s，闸孔宽1.5m，闸孔高1.6m，进口安装平板钢闸门2块，配套启闭力50kn手动螺杆式启闭机2台。下层闸孔每孔设计引水流量2.0 m3/s，闸孔宽1.5m，闸孔高0.6m，闸室高5.6m，进口安装平板钢闸门2块，配套启闭力50kn手动螺杆式启闭机2台，闸墩宽分别为1.3m、0.8m、1.2 m，闸墩长8.0 m。工农总干渠农业进水闸2孔，两孔闸合计最大引水流量15.0 m3/s，每孔闸孔宽2.5m，闸孔高1.8m，闸室高4.8m，闸台顶部高程1851.00m，闸室底板高程1846.20m，闸底高出冲沙闸底板1.2m，并设有挡沙板，防止推移质入渠，进口安装平板钢闸门2块，配套启闭力100kn手动螺杆式启闭机2台，闸墩宽分别为1.2m、0.8m、2.1 m，闸墩长8.0 m。冲沙泄洪闸2孔，每孔闸孔宽3m，闸孔高6.0m，闸台顶部高程1851.00m，闸室底板高程1845.00m，其中1孔改为*公司常用进水闸并兼顾冲沙泄洪，设计引水流量2.0 m3/s，配套启闭力100kn手动螺杆式启闭机2台， 闸墩宽分别为2.1m、1.2m、2.5 m，闸墩长8.0 m。溢流坝采用曲线型实用堰，过流断面长度为14.4 m，堰顶高程1848.00 m，堰顶1.0 m，边墙高程1851.0 0m，下游设反弧段以达到面流消能目的，溢流坝和两孔冲沙闸原设计泄洪能力为185 m3/s。渠首引水工程在施工中的特点是施工工期短，场面狭小，工程量大，加之汛期及下游工农业用水等问题，施工干扰大。针对现状，工程人员在施工中合理安排施工计划，集中力量分部、分项施工，为了加快工程进展，在保证质量的前提下采用了预制空箱构件吊装拚合的施工方法，在施工中加强质量监督，不放过每一个环节，在较短的时间内保质保量按期完成了全部工程任务。22技术管理情况渠首工程隶属*县*水利管理处管理，根据大中型水闸工程管理单位定岗标准（试点）测算定员，现设运行观测人员5名，实行“四班两倒，不分节假日，常年二十四小时值班制”。其主要职责是根据需求按时准确调配水量，定期对金属结构进行维修，严格执行三小时巡视制度，确保渠首建筑物和设备遭人为破坏。引水渠首枢纽兼顾工农业和城乡居民生活用水的供水调配和泄洪任务，水量调节频繁，工业和城乡居民生活用水四季常流，昼夜变化大，上游来水未知因素多，下游管道、渠道错综复杂，互通关联，水量调节是“动一发而牵全身”，稳定调节工作程序多，费时多操作难度大。根据多年的实践总结，目前渠首调节水量的方法是：充分依托*公司蓄水池，使其进水闸始终处在完全开启状态，其它工业进水闸处在半节制状态，其流量由下游二级水闸控制；根据农业进水闸启闭程度调节农业用水。渠首水量调配的原则是：以“稳、准、均、灵”为总要求，以确保供水安全为出发点，严格执行既定的供水计划和指今，准确极时加闭水量，严格按规章制度和程序办事。在长期的运行管理中，结合实际，修整完善了渠首水量调配工作制度、渠首闸门启闭工作程序、渠首启闭设施维修保养制度、渠首计量设施管理办法、渠首水量调度应急预案、渠首工作人员岗位职责等行之有效的规章制度。23安全检测的内容和结果231水闸地基渗流观测闸室及截水墙地基为奥陶系变质砂岩和砂砾卵石地基，查阅竣工资料和岸坡出露基岩测定，基岩地基承载力7001000 kpa，砂砾卵石地基允许承载力300500kpa。引水闸闸墩和截墙均深入基岩12m，在溢流堰上游设有浆砌石护面，护面下方填筑平均厚2m的三合土墙与基岩连接。根据现场检测，截水墙防渗有效，在水闸下游未发现集中渗漏通道，仅在引洪河道右岸下游铁路桥基底部有0.1l/s的渗水，初步判定是河床砂砾石层渗水，溢流堰和冲沙闸下游末端未发现冲塌陷现象。232水闸工程位移检测*河工农渠首工程由河西坝干渠分水闸、金化集团公司和*发电有限责任公司工业用水进水闸、工农总干渠农业进水闸、冲沙泄洪闸及溢流堰组成。设计形式分箱涵和开敞式两种，水闸闸墩和截墙均深入基岩12m，闸墩和截墙采用150砼预制件内浇钢筋砼结构，闸台为200钢筋砼预制板，启闭机梁为现浇200钢筋砼简支梁结构，溢流堰和闸底板为100水泥砂浆砌粗料石，堆体护面均为干砌块石。为防止渗漏，在溢流堰和冲沙闸上游设砌石护面，下方填筑平均厚度2m的三合土墙与基岩连接。现场调查及初步分析，*河工农渠首工程结构整体结构稳定，未发现整体位移、明显沉降和不均匀沉陷。23，3水闸砼结构检测根据现场检测，闸墩为150砼构件装配式结构，外观质量较好，未发现裂缝，但表面砼水位变幅区冻融破坏范围0.30.5m；闸台启闭机梁多处砼脱落露筋，经测量砼碳化深度已大于保护层2.5cm，回弹仪检测其表面强度降低为10mpa；闸台表面大部分砼碳化深度大，表面龟裂、外观酥松，强度和抗冻融能力明显降低；闸墩及溢流坝侧墙砼局部出现反碱已出现表面结晶性破坏现象，影响该部位砼结构耐久性；工程结构水位变幅区普遍存在表面冻融破坏现象，影响砼结构的耐久性；5号闸后浆砌石护坡开裂相邻砼预制块踏步冻胀、冻融损坏严重，处于不稳定状态；第6、7号冲沙闸无消能设施，大流量泄水会造成对下游引水、泄水设施基础构成威胁；水闸工程上游右岸无护坡高程较低，正常应用中存在浸没农田间题，遇较大洪水会出现冲蚀岸坡、淹没农田情况；闸房年久失修、墙皮部分脱，砖墙表面有风化现象，操作空间小，通风、采光条件差，不利管理运行。234闸门和启闭机安全检测闸门及启闭设施运行已达40多年，根据现场检测，闸门门叶厚度10mm，锈蚀比较严重，7块钢闸门普遍锈蚀严重，在水位变动部位锈蚀厚度达24mm，且整体闸板挠角变形，变差20mm。现状启闭机老化陈旧，螺杆全部磨损，螺纹起皮掉角，齿轮间隙加大咬合力差，由于闸门阻力大需较大闭门力，致使大部分螺杆失稳弯曲，影响正常运行。闸门止水橡皮老化、磨损严重影响止水效果，门槽预埋钢结构锈蚀深达23mm，平整度差。 24安全检测结论 闸前截水墙防渗有效，闸室下游未发现集中渗漏通道； 水闸闸墩和截墙均深入基岩12m，未发现整体位移、明显沉降和不均匀沉陷，水闸整体结构稳定； 闸台启闭机梁多处砼脱落露筋，经测量砼碳化深度已大于保护层2.5cm，影响安全运行。闸墩及溢流坝侧墙砼局部出现反碱已出现表面结晶性破坏现象，影响该部位砼结构耐久性； 第6、7号冲沙闸无消能设施，大流量泄水会造成对下游引水、泄水设施基础构成威胁； 闸门及启闭设施运行已达40多年，闸门变形、锈蚀严重，现状启闭机老化陈旧，螺杆全部磨损失稳弯曲，影响正常运行；3水闸复核计算31安全复核标准根据水利水电工程等级划分标准sl2522000、水闸设计规范sl2652001、灌溉与排水工程设计规范gb5028899、中国地震动参数区划图gb183062001、水工建筑物抗震设计规范sl20397、工程建设标准强制性条文水利工程部分（2004年版）、防洪标准gb5020194等相关规定，确定水闸工程规模、工程等级、防洪标准、建筑物级别、抗震设防标准、结构安全系数。根据1990年版国家地震局1：603*省地震烈度区划分图圈定，*峡水库距地震区为12km，渠首枢纽距水库7.5km应在范围之内，地震基本烈度标准值为7度，32抗渗稳定性复核验算闸室抗渗稳定性,主要是为了防止地下渗流冲蚀闸室地基并造成渗流变形,因而闸室地下轮廓线必须具有足够的防渗长度,以减小闸室底板下的渗流坡降值。通过闸室的地下轮廓线防渗长度和水头的安全比值(即安全渗径系数) l/h来验算。非常运用情况下，闸前水头为h=5.0m，渗径长度l=23 .14m。渗径系数l/h=4.63，渗流坡降j=h/l=0.216。 渠首工程处在基岩上，依据水闸设计规范中规定，粗砾加卵石的地基的安全渗径系数为2.5，允许流坡降为0.22，通过验算，非正常运用情况下的实际渗流坡降小于规范允许值，故闸室抗渗稳定性满足规范要求。33水闸断面洪水及引水流量根据设计渠首设引水闸5孔，其中：第1孔为河西坝干渠分水闸，设计引水流量1.0 m3/s；第2、3孔分别为金化集团公司和*省*发电有限责任公司工业用水进水闸，每孔设计引水流量2.0 m3/s；第4、5孔为工农总干渠农业进水闸，两孔闸合计最大引水流量15.0 m3/s；冲砂闸2孔，溢流坝过水面宽14.4m，根据*峡水库除险加固初步报告资料和对区间洪水计算，该水闸断面30年一遇设计洪140 m3/s，100年一遇校核洪水199 m3/s。34结构稳定分析资料：水闸为3级建筑物，地基主要为砂砾卵石层，地震烈度7度，水平向设计地震加速度代表值0.1g，基底面抗滑安全系数1.05，基底应力最大值与最小值之比允许值2.5,校核洪水199 m3/s，闸前水深5.4m。根据资料及图纸对闸房和闸墩自上而下分别进行稳定计算。计算简图见（图a、图b）。 闸房稳定计算计算范围闸墩以上至房顶，墙高3.6m，房顶厚0.15m，见图a、图b、剖面aabb。房顶重：g159kn砖墙重：g243.2kn风力：按建筑物结构设计实用手册ksz （1）s风荷载标准值1；z风压强度变化系数，按高度10m，b级z1；g基本风压参照兰州，当g3kn/m2；代入(1)式：k3kn/m2总风力p(3.6+0.15)4.20.347.3kn风力力矩:m风4.731.87588.6kn-m水平向地震惯性力：根据水工建筑物设计规范16页公式 （4.5.9）地震作用的效应折减系数取0.25,水平向设计地震加速度， 0.1g按表 (8.1.3)取3，5.94.32102.2kn代入 (4.5.9) 15.3kn地震力矩：m震28.7kn-m重力产生的力矩：m240.2kn-m重力力矩：m240.2(m风m震)240.5(88.628.7)根据计算，由于mm，闸墙不产生拉力，闸房稳定。 闸墩稳定计算计算范围：闸室底板以上，计算简图见（剖面aabb）由上面计算：闸房重力102.2kn闸墩自重：g3=1382.4kn闸墩下部底板重：g4=987.8kn底板上部水总重：闸前静水总压力：扬压力；闸前地震动水压力：依据水工建筑物抗震计算规范，单位宽度闸前地震动水压力作用在水面以下0.54h0处，其代表值(6.1.9-2)式计算 (6.1.9-2)8度地震2g 水体密度标准值10.25闸前地震动力水总压力：fh=8.624.2=362kn着力点在水面以下(0.542.1)=1.13m，距底板下沿1.97m。风力：闸墩位置低，且一部分水中，为此闸墩前风力省略，只计算闸房的风力，但对闸墩的着力点加大，其看力点(力臂)8.0+1.8=9.8m风力：p=47.3kn水平地震惯性力：按(4.5.9)式计算 (4.5.9)=g1+g2+g3+g4 -pv=834.4kn水平地震惯性力的受力点: =2.92m正常运用情况的荷载及力矩表 表一荷载及力矩分项荷载(kn)力臂(m)力矩(kn-m)备注垂直(kn)水平(kn)+m-m闸房自重102.24.76487.2闸礅及底板2370.24.09480.8闸板上部水6245.663531.8闸前水压力567.80.47407.9扬压力-1747.24.06988.8风压力47.38.25390合计191747.313499.87788.5由上表一可知mm，闸墩和闸基础满足稳定要求。 闸基底面抗滑稳定计算按水闸设计规范第30页(7.3.6-1)f按上述规范表7.3.10砂砾石f为0.5-0.55米用0.55由上表一 闸基底面抗滑安全系数大于规范允许值（1.25），故基地抗滑安全。 闸底面应力p的计算:按水闸设计规范29页(7.3.4-1)式计算。由表一计算： 地基应力大小比值小于规范允许值(2.0)。结论：根据以上计算闸室结构在外力（风力、地震惯性力，动水压力、水压力）条件下结构稳定，闸基抗滑稳定，地基承载安全稳定。特殊情况的荷载及力矩表 表二荷载及力矩分项荷载(kn)力臂(m)力矩(kn-m)备注垂直(kn)水平(kn)+m-m闸房自重102.247.6487.2底板上水重未计入垂直重量闸礅及底板2370.2409480.8闸板上部水62456.63531.8闸前水压力567.84.7407.9扬压力-1747.2406988.8风压力47.382.5390水平地震惯性力125.229.2365.3地震动力压力36213475.4合计1917534.513499.88629.2由上表一可知mm，闸墩和闸基础满足稳定要求。 闸基底面抗滑稳定计算按水闸设计规范第30页(7.3.6-1)f按上述规范表7.3.10砂砾石f为0.6-0.65米用0.6由上表一 闸基底面抗滑安全系数大于规范允许值（1.05），故基地抗滑安全。 闸底面应力p的计算:按水闸设计规范29页(7.3.4-1)式计算。由表一计算： 地基应力大小比值小于规范允许值(2.5)。结论：根据以上计算闸室结构在外力（风力、地震惯性力，动水压力、水压力）条件下结构稳定，闸基抗滑稳定，地基承载安全稳定。36水闸过水能力复核根据水力计算手册(第二版)，水力学上册(第二版)相关公式计算，堰流流量计算公式为：闸孔出流计算公式为：b每孔净宽； n闸孔孔数； h0包括行近流速水头的堰前水头； m自流堰流的流量系数； c侧收缩系数； s淹没系数； 闸孔自由出流的流量系数系数； 垂直收缩系数； 经计算：渠首各引水闸引水流量满足设计要求，合计引水流量20 m3/s。现状冲沙闸最大泄流量68.08 m3/s，溢流坝最大过流量113.22 m3/s，合计最大泄洪流量181.3 m3/s。泄洪流量满足30年一遇洪水设计流量140 m3/s ，不满足100年一遇洪水校核流量199 m3/s 。37消能防冲复核工农渠首冲沙闸最大泄流量68.08 m3/s，溢流堰最大泄流量113.22 m3/s，冲沙闸出口直接与河床连接，未设消能设施；溢流坝横断面形式为实用堰，过流断面宽14.4m，堰高3.0m，堰项宽1.0m，下设反弧挑流，进行面流消能，溢流堰采用浆砌料石砌筑。根据水闸设计规范溢流坝下游跌坎冲刷深度计算为：根据计算溢流坝下游跌坎冲刷深度2.82m，消力坎齿墙埋深5.0m，满足冲刷要求。38闸门和启闭机复核工农渠首闸门及启闭设施运行已达40多年，根据现场检测，闸