我國是一個人均水資源緊缺的國家，加之水資源在時間和空間分布不均。導致水資源供需矛盾更加突出。隨著社會的發展，水利事業在國民經濟中占有越來越重要的作用。

　　《水利電力科技》武漢水利工程期刊，主要面向水利和電力系統的管理部門、設計院、科研院所，制造廠、發電廠、水利水電工程局、電建公司、水電站及大中專院校，兼顧外系統相關機械行業。本刊是國家電力公司、水利部“水利電力機械科技信息網”網長單位，具有行業信息優勢和發行優勢，在全國火電及水利水電行業擁有廣泛的訂戶和讀者。

　　本文對水閘現狀，病險水閘存在的問題，病險水閘除險加固初步設計中的問題進行了闡述，結合實際案例，給出病險水閘除險加固初步設計中個人的看法建議，對水閘除險加固工程初步設計參考。

　　1 現階段水閘狀況

　　1.1 水閘除險加固背景

　　在國家十二五規劃中，更是提出要大力發展水利事業，加強水利基礎設施建設。

　　1.2水閘病險情況

　　水利樞紐工程對保障國民經濟各行業用水發揮了重要作用，水閘作為水利工程的重要組成部分，其安全關系到工程的安全運行和效益的發揮。但是水閘大部分建成于上世紀50~70年代，經過幾十年運行，一些建筑物、金屬結構等已接近折舊年限，同時由于歷史原因，大部分水閘存在工程標準偏低、建設質量較差、老化失修嚴重、工程管理落后、配套設施不全、缺乏良性的管理體制與機制等一系列問題，致使水閘安全隱患嚴重，制約著工程效益的發揮。

　　(1)建設先天不足，工程質量差

　　現有的水閘，絕大多數修建于“大躍進”、“文革”和“農業學大寨”期間，據統計，大型水閘的84%、中型水閘的82.6%，是在1990年以前建成的。限于當時的經濟條件、技術水平，水閘工程設計標準普遍偏低，有不少水閘是“邊勘測、邊設計、邊施工”的“三邊”工程，施工質量較差。有些水閘的建設甚至沒有設計。加之，當時的施工設備簡陋，水泥、鋼材等建筑材料短缺、大量使用替代材料等，致使許多水閘建設質量先天不足，隱患較多。

　　(2)管理后天失調，老化失修嚴重

　　受水閘管理體制不順、機制不活、管理人員素質低等因素的制約，水閘管理投入長期不足，管理水平低。由于缺乏維修加固資金，管理單位難以完成必要的維修加固工作，或搞限額設計，應急處理，致使水閘的維修加固不及時或不徹底，久而久之，工程“積病成險”。除工程本身存在病險問題外，水閘的管理設施非常落后，絕大部分水閘缺少必要的雨水情和工情觀測設施。

　　(3)安全標準偏低

　　部分水閘修建時，實測水文系列較短，隨著水文系列的延長，以及極端天氣現象的頻繁發生，按照現行規范重新進行設計洪水復核，很多水閘的洪水標準低于部頒標準。同時，隨著國民經濟和科學技術的發展，與水閘建設有關的技術標準不斷得到修訂、完善，很多水閘的安全標準偏低，亟待提高。

　　(4)病險水閘的病險問題主要表現為：

　　防洪標準偏低;不均勻沉降引起的損壞普遍;滲漏導致的破壞嚴重;閘室結構混凝土老化導致的破損嚴重;閘下游消能防沖設施損壞嚴重;泥沙淤積問題突出;閘門及啟閉設備老損嚴重。

　　2 病險水閘除險加固初步設計中應注意的問題

　　病險水閘除險加固是按照“安全鑒定”和“初步設計”兩個階段開展工作。初步設計是嚴格按照相關報告編制大綱的要求編制的，其中水文、工程地質、樞紐總體布置以及除險加固內容是初步設計的核心內容。

　　2.1 水文

　　水文資料是水閘工程設計的基礎。就病險水閘而言，在進行除險加固初步設計時，洪水數據的選擇不能再采用原水閘設計時閘址處洪水計算成果，而應采用延長至近期水文系列數據，必須編制專題的工程水文報告。報告中要概括以下內容：

　　(1)水系、水利工程及計算斷面的簡介;

　　(2)基本資料搜集、分析;

　　(3)徑流分析計算;

　　(4)洪水分析計算;

　　(5)水位流量關系分析和復核計算;

　　(6)河流泥沙情況分析;

　　(7)說明水體主要離子含量;

　　(8)閘前現狀冰情分析。

　　2.2 工程地質

　　地質勘察工作是水閘工程建設中的重要環節，它能夠查明地質病害和隱患部位的范圍和類型、分析其產生原因，評價其危害程度，為樞紐工程除險加固初步設計提供設計依據。水閘除險加固工程地質勘察工作，重點應查明下列內容：

　　(1)復核工程區地震動峰值加速度，并附工程區及外圍的地震動參數區劃圖。

　　(2)調查分析水閘病險成因，評價其危害程度。

　　(3)復核原地質圖，如果無前期勘察資料應補充進行工程地質測繪，測繪范圍包括整個閘樞紐布置區和近閘區，比例尺可選用1：2000。

　　(4)查明河床覆蓋層的埋深與厚度、分層情況，特別要注意查明河床覆蓋層中有無沙層、粉細沙層、軟土、淤泥等不良工程地質土層的分布和厚度。

　　(5)沿閘基應有足夠的勘探剖面(垂直和平行閘基)，勘探剖面上應有鉆孔控制，鉆孔深度應深入現灌注樁基以下。

　　(6)如無前期勘察資料，應補充閘基和閘肩與岸坡接合部位的土層物理力學性質試驗，每區試驗組數不宜少于6組。

　　(7)對可液化沙層應進行標準貫入試驗，進行液化判別。

　　(8)對河水、地下水和土體應取樣進行腐蝕性評價，試件數不應少于3件。

　　(9)對天然建筑材料應根據設計所需材料和數量進行詳查，并對其儲量、質量進行評價。勘察方法和勘察工作量應滿足《中小型水利水電工程地質勘察規范》(SL55-2005)的要求。

　　2.3 病險水閘除險加固內容

　　病險水閘除險加固內容包括：

　　2.3.1 等級劃分及洪水標準

　　病險水閘除險加固設計時，首先應復核建筑物等別與級別。目前需要除險加固設計的水閘，多修建于20 世紀 90 年代之前。在不同時期，國家有不同的相關規范來確定工程的等別。因此，水閘除險加固應以滿足水閘正常使用功能和自身防洪安全為原則。目前，復核水閘建筑物等別與建筑物級別時，主要以《水閘設計規范》(SL265-2001)為依據確定建筑物的等別與級別。山區、丘陵區水利樞紐工程等別應按國家現行的《水利水電工程等別劃分及洪水標準》(SL252-2000)確定。

　　2.3.2 工程布置

　　安全鑒定中需要除險加固的三類閘，除險加固設計原則上一般不改變原閘的工程總體布置和主要建筑物型式。需要延長滲徑和消能防沖段的水閘，應按原閘軸線進行布置，并符合《水閘設計規范》(SL265-2001)的相關規定。

　　2.3.3 水力設計

　　水力設計一般包括：過流能力驗算、擬定閘門控制運行方式和消能防沖設計計算。病險水閘除險加固設計時，影響水閘過流能力的主要因素包括設計水位的變化、孔口斷面尺寸和型式的變化、過水涵洞斷面尺寸以及涵洞長度的變化、消能防沖設施變化等。

　　2.3.4 防滲排水設計

　　水閘的防滲排水設計主要是根據閘基地質情況及上下游水位條件等進行設計計算，其內容包括：進行水閘的地下輪廓布置，設計防滲、排水型式、布置、構造和尺寸;滲流壓力計算;滲流坡降計算，驗算地基抗滲穩定性;濾層設計;防滲帷幕及排水孔設計;永久縫止水設計等。

　　2.3.5 閘室結構布置及穩定性分析

　　水閘除險加固時，首先需根據新的設計條件對原結構進行分析計算，然后結合安全鑒定中結構存在的問題，采取必要的工程措施進行加固，同時按加固后的結構尺寸重新進行結構分析和穩定驗算。驗算時應盡可能考慮工程措施中新老材料之間的差異性，以及這些差異將對工程安全運行帶來的影響。

　　2.3.6 地基處理及設計

　　當水閘發生不均勻沉降或者地基總體沉降量較大時，需根據地質情況重新復核地基承載力。閘室加固、防滲措施改變時都需要重新驗算地基承載力。

　　3 除險加固實例

　　水閘布置應根據閘址地形、地質、水流等條件以及引水樞紐中各建筑物的功能、特點、運用要求等來確定，做到各建筑物緊湊合理、協調美觀，組成的整體能夠取得最大的效益。本文以某大中型引水樞紐水閘的除險加固為例，加以說明。

　　該樞紐工程建于1959年，由進水閘、泄洪沖砂閘、上下游整治段、引水彎道、泄洪閘、溢流側堰等部分組成。進水閘4孔，單孔凈寬5.5m，設計過水流量105 m3/s，校核流量140m3/s，閘底板高程611.5 m，墩高4 m。泄洪閘沖砂閘7孔，單孔凈寬5 m，閘底板高程610.5 m，墩高5 m，原設計過水流量420 m3/s，校核流量545 m3/s。上游河道整治段包括喇叭口300 m，溢流側堰直線段250 m，閘前人工彎道245 m，全長800 m，設計縱坡0.00758。溢流側堰以上整治河道底寬65 m，溢流側堰以下整治河道底寬40 m。溢流側堰以下引水彎道設計流量為650 m3/s。

　　工程自運行以來，曾多次發生事故，特別是泥沙淤積嚴重，直接威脅工程安全，給運行管理帶來了極大困難。在50年的工程運行實踐中，工程管理人員不斷摸索研究，總結出了一套適應于水情和工程特點的管理制度和管理辦法，及時進行了水毀工程修復，在泄洪沖沙閘下游采用束水沖沙，成功解決了泥沙淤積問題，保證了樞紐工程的正常運行。

　　經安全鑒定樞紐工程水閘定為三類閘。從運行管理中發現的問題來看，初步設計中應優化引水彎道平面布置，以改善樞紐工程運行條件，保證水閘樞紐工程安全運行。

　　(1)拆除泄洪沖砂閘、進水閘，可以按要求在原閘址范圍進行重建。初步設計中，應優化泄洪沖沙閘和進水閘的平面布置，并合理確定兩閘之間夾角。

　　(2)拆除溢流側堰末端3孔泄洪閘。泄洪閘引水角度偏大，設置位置遠離河道主流，無法滿足正常泄洪排沙功能。初步設計中，建議泄洪閘布置在原溢流側堰上游、河道水流主向位置，這有利于充分發揮其泄洪排沙功能。

　　(3)初步設計時，優化引水彎道平面布置，原引水彎道設計流量偏大，彎道底寬40m，應適當收窄。根據自治區彎道引水樞紐工程建設經驗，合理作好平面布置。在縮小彎道寬度時，保持右岸堤防維持不動，左岸堤防內移，比較合理。

　　(4)建議拆除重建已嚴重破壞的溢流側堰，應合理分析確定溢流側堰的泄洪流量及堰頂高程。

　　(5)認真檢查泄洪沖沙閘下游束水沖沙槽的岸墻和中墩，要進行必要的加固處理，還應與新建泄洪沖砂閘相配套，平順連接。水閘通過除險加固后，可以改變病險狀況，充分發揮引水灌溉、泄洪排沙的作用，更好地為經濟建設服務。

　　4 總結

　　在水利工程中，水閘除險加固設計是一項重要工作，影響水閘設計的因素多種多樣，包括水文、工程地質等方面，在實際的設計施工中，一定要做到首先對地質工程進行詳細的勘察，結合建筑物的功能特點，嚴格按照水閘設計規范要求進行規劃設計，對水閘等級及洪水標準的核定、總體布置、水力設計、防滲排水設計、結構設計、地基處理設計、觀測設計等進行全面的綜合分析計算，保證整體設計質量。

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