1、对水库除险加固改造工程金属结构设计的探讨【摘要】病险水闸的对水利工程的运行造成了很大的威胁，一旦发生事故，后果不堪设想，为保证水利工程的质量，保护人民群众的生命财产安全，要对病险水闸查明问题，分析原因，根据工程和当地特点，研究病险水闸综合性加固措施。本文主要阐述了水库除险加固改造工程金属结构设计的探讨。 【关键词】水库，除险加固，改造工程，金属结构，设计 中图分类号：S611 文献标识码： A 一.前言 水闸加固施工技术是水利工程施工中的重要组成部分，加固方案要体现先进性、科学性和经水闸加固济性的原则，从勘测、设计、施工、管理等各方面，重视采用病险水闸水闸加固除险加固新技术、新方法、新材料、新
2、工艺。针对水库除险加固改造工程金属结构设计进行深入的研究和探讨。 二.病险水闸的现状分析 1.建筑物结构老化损害严重。混凝土结构设计强度等级低，配筋量不足，造成大量混凝土碳化、开裂、松散、脱落、钢筋锈蚀等损害。 2.闸门锈蚀、启闭设施和电气设施老化。金属闸门和金属结构锈蚀，启闭设施和电气设施老化、失灵或超过安全使用年限，无法正常使用。 3.水闸抗震不满足规范要求。处于地震设防区的水闸，原设计未考虑地震设防或设计烈度偏低，结构不满足抗震要求。 4.上下游淤积及闸室磨蚀严重。多泥沙河流上的部分水闸因选址欠佳或引水冲沙设施设计不当，引起水闸上下游河道严重淤积，影响泄水和引水，闸室结构磨蚀现象突出。
3、5.闸基和两岸渗流破坏。闸基和两岸产生管涌、塌坑、冒水、滑坡等现象，发生渗透破坏。 6.管理设施问题。大多数病险水闸存在安全监测设施缺失，难以满足运行管理需求。 7.防洪标准偏低。防洪标准偏低造成超标准泄流、闸前水位超高甚至洪水漫溢。 8.防渗铺盖、翼墙、堤岸护坡损坏，管理房年久失修房、防汛道路损坏、缺乏备用电源和通除险加固讯工具等问题。 9.闸室稳定不满足规范规定的要求。闸室的抗滑、抗倾、抗浮安全系数以及基底应力不均匀系数不满足规范要求，沉降、不均匀沉陷超标，导致承载能力不足、基础破坏，影响整体稳定。 10.闸下消能防冲设施损坏。闸下消能防冲设施损毁严重，不适应设计过闸流量的要求，或闸下未设
4、消能防冲设施，危及主体工程安全。三.以案例对水库除险加固改造工程金属结构设计进行分析 1.黑河三道湾水电站地处甘肃省肃南裕固族自治县境内，是黑河水能规划的第六座梯级电站，距张掖市约 150km。工程于 2005 年 5 月正式开工建设，2009 年 5 月竣工发电。 工程的主要任务是发电，采用引水式开发。本电站由泄洪系统、引水发电系统及发电厂区三部分建筑物组成。电站总装机容量 112MW，单机容量 24522MW。本工程为中型三等工程。 黑河三道湾水电站在泄洪系统、引水发电系统等建筑物上布置金属结构设备共计有闸门、拦污栅 13 扇，闸、栅槽埋件 14 套，启闭、检修设备 10 台(套)，金属结
5、构设备工程量约 1556t。 本电站水库各特征水位分别为：校核洪水位：2372.41m，设计洪水位：2368.21m，正常蓄水位：2370.00m。 2 泄洪系统金属结构设计 泄洪系统由 1 孔正常溢洪洞、1 孔非常溢洪洞和 1 孔泄洪排沙洞组成。在正常溢洪洞前设工作闸门 1 扇。为运行后维修工作闸门、埋件和水道考虑，工作闸门前设 1 扇叠梁检修闸门；在非常溢洪洞前设工作闸门 1扇。因非常溢洪洞不经常工作，故不设检修闸门，如需检修工作闸门时，将水库水位放至堰顶以下进行检修；在泄洪排沙洞进口设工作闸门 1 扇。为预防工作闸门发生事故时无法闭门，导致水库放空，在工作闸门前设事故检修闸门 1 扇。泄
6、洪系统所有工作闸门均由液压启闭机操作，一门一机；正常溢洪洞叠梁检修闸门由 1 台坝顶单向门机配自动抓梁操作；泄洪排沙洞事故检修闸门由 1 台固定卷扬式启闭机操作。 泄洪系统各闸门均以正常蓄水位 2370.00m 做为设计荷载进行结构设计。各闸门构件强度计算中考虑了地震动水压力荷载，以预留不大于20的强度裕度的方法来保证构件的强度安全。 3.引水发电系统金属结构设计 引水发电系统在大坝右岸，发电洞全长约 9316 m，后接发电厂房。在引水进水口的水道上设一道一字排列的 3 孔潜孔式拦污栅，栅后水道渐收窄，至竖井处设 1 扇潜孔式事故检修门。事故检修门可在洞中有事故时切断水流，避免事故扩大，在检修
7、期为检查、检修洞身提供条件。 4.金属结构及电气设施更新改造 针对黑河三道湾水库金属结构及电气设施老化严重的问题，更换泄洪洞及灌溉洞进、出 13 共 4 扇钢闸门，配合闸门更换，凿除门槽二期混凝土重新浇筑。更换两洞进口闸门配电及操作设备，增加两洞出口闸门配电及操作设备。主要完成 10kV 架空线路 0.7km，安装 75kVA 变压器 l台，低压配电屏 1 面，动力配电箱 1 面，电力电缆(VV1kV3x25+1xlO)20m，电力电缆(VVlkV2xl0)360m，照明电线(BVV0.5kV2x4)150m 等。5 金属结构设计总结及评价 黑河三道湾水电站工程金属结构设备中的闸门、拦污栅及埋
8、件设计遵循的规范为水利水电钢闸门设计规范(SL7495)。启闭机、清污机要求制造厂按照水利水电工程启闭机设计规范(SL4193)进行设计制造。 承担该工程所有金属结构设备的制造厂具有水利水电工程闸门生产许可证并有多年工程使用的实例。 金属结构设备中的闸门、拦污栅设计已在前面作了介绍，构件设计、校核荷载两种工况均满足规范的要求。按平面结构体系的方法进行计算，闸门的结构设计是安全的，经济合理的。泄洪系统、发电系统的闸门设计考虑了各种泄洪工况，能满足水工建筑物在泄洪时水道控制的各项要求。按规范要求闸门不得承受静冰压力，故泄洪系统的正常溢洪洞、非常溢洪洞工作闸门冬季应采取人工开凿冰沟的方法，使闸门与冰
9、层隔开。正常溢洪洞叠梁检修闸门平时隐藏存放在门机交通桥下专设的门库内，设计构思巧妙、紧凑，节省工程投资。 四.除险加固的对策 综上所述, 为了能进一步了解病险库的现状, 为以后的治理提供可靠的依据, 必须抓住西部大开发、国家支助投入这个良好机遇。按国家的统一布置, 做好如下工作:1.在原始资料方面 主管部门应统揽全局,做好如下几个方面的工作:认真做好水库的安全鉴定工作水库的安全鉴定是水库除险加固的最基础的工作, 是水库进行安全分类的依据。首先, 水库安全鉴定应符合大坝安全鉴定和国家现行有关规范、标准的规定; 其次, 水库的安全鉴定, 应由水库管理单位按上述规定和相关的程序进行鉴定并上报备案。
10、2.做好水库除险加固规划编制工作 在水库安全鉴定的基础上, 针对水库存在的主要问题, 按照先急后缓、重点突出的原则, 做好三、四类水库的除险加固规划, 做到有计划、分期分批进行除险加固。 3.积极筹措资金, 分期分批完成除险加固对中、小型水库进行除险加固, 除积极争取国家支助投资外 , 还应采取 “政府投资, 群众投工, 用足用好水利基金”的方式, 并落实好配套资金。同时, 加强施工管理, 严格落实“三制”, 保工程质量。在目前这种情况下, 一方面要抓住机遇,争取国家支助, 另一方面要加强施工管理, 调动一切尽可能的技术力量, 加大前期工作力度和投入, 建议简化和压缩中间的咨询、审查、审批环节
11、, 为方案实施赢得宝贵的时间。 4.在设计施工方面 应积极采用新技术、新材料、新工艺, 努力提高除险加固科技水平针对拦河坝、溢洪道、放水洞存在的不同问题,采取科学、经济、合理的方法进行除险加固; 积极采用新技术、新材料、新工艺, 努力提高除险加固科技水平。拦河坝上游护坡翻新时, 建议死水位以下采用抛石护坡, 坡比 13.014.0; 死水位以上采用钢砼框格干砌石护坡。 坝体、坝基防渗采用砼、复合土工膜等技术可靠, 防渗效果好的材料和方法防渗。坝体内软弱夹层含水量高、干容重小、抗剪强度低、承载力小, 对坝体稳定不利; 当软弱夹层分布范围不大, 埋藏较浅, 宜全部清除; 当软弱夹层较薄, 能在短时
12、间内固结的, 可不必清除, 坝坡也不一定放缓; 若软弱夹层分布范围较大、埋藏较深, 可用坝体灌水泥粘土浆, 并设置砂井排水, 促使软弱夹层固结。 五.结束语 通过对病险水库进行除险加固，消除了头屯河水库运行中的安全隐患，充分发挥了水库的设计供水效益，为农业生产提供灌溉水源，也为人民生活用水和工业用水提供水源，同时为防御洪水灾害发挥了重要作用，为本区域的经济发展做出了重要贡献。 参考文献： 1刘志林小型水库土石坝的除险加固措施J技术与市场，2011 年 05 期 2满广生.水闸设计及闸室结构设计研究J.科技资讯，2012. 3李红斌浅谈如何做好中小型水库除险加固工程项目建设管理J水利建设与管理，2009 年 10 期 4袁勤国，陈思翌湖北省中小型水库土石坝渗漏原因及防渗处理J长江科学院院报，2009 年 S1 期 5 李高民小型水库除险加固新增溢洪道设计优化技术J水利与建筑工程学报，2011 年 01 期 6杨有贞.边坡稳定性弹塑性大变形有限元分析J.科技创新导报,2011.
