水闸安全鉴定复核计算分析报告.docx
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水闸安全鉴定复核计算分析报告
1工程概况
1.1******闸基本情况
***闸位于*****中游xx乡***村西北处,该闸于xx年xx月动工兴建,xx年xx月建成投入使用。
该闸1孔,孔净宽3m,闸墩厚0.8m。
无启闭机房,建闸处控制流域面积12.0km2。
闸室长3m,闸底板基础底面高程为80.00m,闸底板基础顶面高程为81.00m,涵洞为过堤平板型涵洞,洞长13.5米,洞高3米,涵洞的洞身与洞底均用浆砌石砌筑,洞顶为现浇钢筋砼板。
消力池长4.75m,深0.8米,消力池底厚度为0.5米,海漫长7.5米,宽3米。
上下游翼墙为重力墙式浆砌块石。
闸墩顶高程为88.00m,启闭机梁顶高程为88.30米。
该闸设计防洪标准为十年一遇,防洪流量为27.85m3/s,设计除涝标准为五年一遇,除涝流量为14.4m3/s,设计除涝面积为1.8万亩,实际除涝面积为1.8万亩,是一座以排涝、防洪为主的小
(1)型排水闸。
1.2流域特征
******闸闸址以上汇流面积12.0km2,河道长度7.6km,河道平均比降1:
2000。
流域内海拔高程80~104m,地形为平原区,以黄粘土为主,主要农作物为小麦、玉米、红薯。
1.3水文气象特征
******闸流域为暖温度带向亚热带过渡区,属典型的大陆性季风气候,其特征为:
气候温和雨量充沛,四季分明,季风明显。
夏季盛行偏南风,雨水多,冬季多偏北风,比较干燥。
多年平均气温14.9℃,极端最高气温42.3℃,极端最低气温-14.8℃,多年平均无霜期214d,多年均降水量为860mm。
降水量年内分布不均,多集中在6~9月份,约占全年降水量的60~70%;冬季雨雪稀少,约占全年降水量的5%。
由于降水时空分布不均,年际变化大,所以该地区易发生涝灾与旱灾。
2基本情况
2.1建筑物级别
根据《水闸设计规范》(SL265-xx)中平原区水闸枢纽工程分等指标标准划分,******闸过水流量28.0m3/s,为小
(1)型排水闸,属Ⅳ级建筑物。
2.2设计标准
根据《水闸设计规范》(SL265-xx)中平原区水闸洪水标准划分,小
(1)型水闸、Ⅳ级建筑物洪水重现期设计标准为10~20年一遇,校核标准为30~50年一遇,******闸设计标准为10年一遇,除涝标准为5年一遇。
2.3地基情况
根据原参加施工人员访谈资料,兴建时首先进行了清基排水,当清理到设计高程时开始基础施工,地质为黄粘土,承载力较高,透水性一般。
2.4工程现状
该闸的工程结构为涵洞式,闸室总长为3米,该闸共1孔,孔净宽3米,该闸室设有闸底板、闸墩、闸门、工作桥、涵洞、启闭机等。
闸底板与闸墩的连接方式为整体式连接,闸底板的结构形状为宽顶堰式,其闸底板顶面高程为81.00米,其尺寸为底宽3米,长3米,厚1.0米。
闸墩2个,下部采用现浇砼结构,墩宽0.8米;上部采用浆砌石结构,墩宽0.6米。
在闸墩上建有装置启闭设备、工作桥。
工作桥护栏损坏。
该闸门采用平板铸铁闸门。
其尺寸为高3.0米、宽3.0米,厚0.1米。
门槽尺寸深0.2米,宽为0.15米。
闸门有锈蚀现象,没有涂防锈层。
涵洞为过堤平板型涵洞,洞长13.5米,洞高3.0米,洞的洞身与洞底均用浆砌石砌筑,洞顶为现浇平板钢筋砼结构。
工作桥设在闸室顶部两侧,共宽2.5米,长4.2米。
采用钢筋砼板式结构,护拦损坏。
启闭机设备1台,为12T双侧手摇式启闭机。
丝杠锈蚀损坏。
上游翼墙从涵洞边墩以45°角以直墙的方式向上游两侧延伸4.71后以扭曲面与河岸连接,扭曲面长6.0米,上游翼墙上端压顶高程85.00米,翼墙、护坡基础底高程81.00米,翼墙为重力式直墙,压顶宽度为0.4米,底宽为2.4米,边坡1:
0.4。
上游翼墙两侧长度共计9.4米。
上游两侧护坡采用的是1:
1.5的扭曲面浆砌石护坡,长6米,两侧护坡长度共计为12米,其上与河道边坡平顺连接。
上游护底采用浆砌石护底,护底长为10.12米,厚度为0.3米,宽度为3米。
护底下设截水墙两道,深0.5米,宽0.5米。
下游翼墙采用重力式直墙,为浆砌石结构,与下游扭曲面护坡连接。
下游翼墙压顶高程为85.00米渐变为84.00米,翼墙压顶宽度为0.4米,底宽为2.2米。
下游翼墙长8.5米,两侧翼墙长度共计17米。
消力池与闸底板用1:
3的斜坡段连接,斜坡段长3米,消力池底面高程为80.00米,长5米,深0.8米,消力池底厚度为0.5米,在消力池的下部设置排水孔,并在孔下铺设有反滤层,排水孔间距为1米,孔径为0.05米,呈梅花形布置。
消力池的下游端设齿墙一道,深0.5米,宽0.5米。
海漫长7.5米,宽3米,采用浆砌石铺设,厚度为0.4米,下铺设有碎石粗砂垫层0.1米,海漫末端护坦9米与下游斜坡段、防冲槽平顺连接。
下游防冲槽长为3米,底宽为1.5米,深为1.0米,槽内底层碎石厚度为0.15米,上抛块石。
两侧翼墙下游采用的是1:
1.5的扭曲面浆砌石护坡,护坡长度为16.5米,护坡底宽3.0米,厚0.4米,护坡顶高程84.00米,护底上面高程为80.80米,其下游与河槽边坡相连。
2.5地震设防烈度
根据xx年中国质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图》,查得******闸闸址处地震动峰值加速度为0.05g,相当于地震烈度Ⅵ度,根据《水闸安全鉴定规定》规定,可不进行抗震复核。
2.6安全检测
现场检查中发现的主要问题
2.6.1闸室
(1)闸门闸门有锈蚀现象,没有防锈涂层。
(2)闸墩基本完好。
(3)闸门槽有锈蚀现象,没有防锈涂层。
(4)涵洞基本完好。
(5)工作桥护栏损坏。
(6)启闭机过梁完好。
(7)止水基本完好。
(8)启闭机丝杠损坏。
2.6.2上游连接段
上游两侧翼墙有裂缝、渗水现象。
2.6.3下游连接段
下游护坡块石有脱落现象。
2.6.4管理设施
(1)无管理房。
(2)无通讯设施,靠无线话机,因信号不好影响报汛。
(3)无径流、水位及雨量测报设施,无法采集准确数据。
3复核计算成果及分析评价
3.1水文基本资料
******闸为小
(1)型排水闸,属Ⅳ级建筑物,归属叶县***管理所管理,由于管理经费缺乏,水闸无任何观测设施,无雨量、流量资料。
本次设计暴雨洪水只能依据已批准的1984年《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》(以下简称《84图集》)查算。
3.2防洪、除涝标准
按照水利部《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)和《防洪标准》(GB50201-94)的规定,******闸为小
(1)型水闸工程,等级为Ⅳ等,主要建筑物闸室、上下游连接段为4级建筑物,防洪设计标准为10-20年一遇,校核标准为30-50年一遇,除涝标准为5年一遇,根据水闸的防洪除涝任务和实际规模,本次水文复核采用规范要求,设计洪水标准为10年一遇,除涝标准为5年一遇。
3.3抗滑稳定验算
闸室的抗滑能力主要由闸身自重承担。
根据现有工程尺寸,经计算,闸身自重为108吨(每方2.4吨),砼底板与粘土基础的摩擦系数取0.3,闸身自重能承受的最大水平推力为108×0.3=32.4吨,最大水平推力为18.4吨,滑动安全系数k=32.4÷18.4=1.76>1·2故安全。
上下游翼墙和闸墙,闸墩机架桥,涵洞,启闭设备、闸门等结构,根据图纸计算符合安全要求。
3.4水力验算
******闸以上总控制流域面积为12.0km2,上游河道长7.6km,属平原区,由于流域内缺少水文观测及流量实测资料,本次计算按照设计防洪十年一遇,除涝五年一遇的标准进行验算,采用1984河南省水利勘测设计院编制的《河南省中小流域设计暴雨图集》(以下简称《图集》)及1973年6月河南省革命委员会水利局编制的《河南省水利工程水文计算常用图》(一下简称《常用图》),计算流域设计流量,流域特征值是从万分之一地形图上量的。
3.4.1平原区防洪设计复核
现有闸孔允许最大泄量:
Q=(σεmB√2gH03/2)
式中:
——过闸流量
σ——淹没系数
ε——垂直收缩系数
m——流量系数
B——堰顶宽度
H0——堰上水深
Q=1.0×0.837×0.385×3×4.427×6.55=28.0m3/s
按十年一遇设计洪水标准计算,平原区设计洪水采用经验公式:
M=KRmF-n
Q=MF
式中:
K—综合系数,取0.03
M—设计排涝模数(m3/s·km2);
F—平原流域面积(km2);
R—设计暴雨所产生的径流深(mm),由《图集》中查得;
m—峰量指数:
取1.0;
n—面积指数:
取n=0.25;
Q—设计频率下平原区流量(m3/s)。
经计算M=0.03×1441×12-0.25=2.32m3/s·km2
Q=2.32×12=27.85m3/s
小于允许最大过闸流量28.0m3/s,故满足十年一遇防洪设计标准。
3.4.2排涝流量复核
A.排涝模数计算
根据GB20288-99灌溉与排水工程设计规范,平原区旱地设计排涝模数计算公式:
式中:
qd—旱地设计排涝模数(m3/s·km2);
T—排涝历时(d);
R—设计暴雨产生的径流深(mm)。
按五年一遇除涝标准查得R=104mm。
排涝历时根据规范日暴雨允许1日排出,选取T=1。
qd==104÷(86.4×1)=1.2m3/s·km2
B.排涝流量计算
Q=qd·F
式中:
Q—排涝流量(m3/s);
F=排涝面积(km2);
Q=qd·F=1.2×12=14.4m3/s
经计算,小于允许最大过闸流量28.0m3/s,故满足五年一遇除涝设计标准。
3.4.3闸孔尺寸复核
根据******闸的现场检测尺寸,闸孔实际尺寸为:
3m×3m,按防洪时闸门全闭、除涝时闸门全启进行泄流能力校核。
因闸门全启时起闸高度e和下游设计水位hS一致,按最不利情况下游按发生淹没出流校核,采用闸孔淹没(宽顶堰型)。
Q=σεmBH03/2
式中:
σ-堰流淹没系数;
m-流量系数;
ε-侧收缩系数;
B-闸孔宽度;
H0-计入行近流速水头的闸前堰上水深。
B=Q/(σεmH03/2)=27.85÷(1×0.837×0.385×4.427×6.55)=2.98<3.0满足十年一遇防洪要求和五年一遇除涝要求。
3.4.4消能防冲验算
A.消力池深度验算
消力池现状长5米,深0.8米。
此闸兼有排涝防洪功能,故各项验算均按全启全闭考虑,所发生的流态均按最坏情况作为消能的依据,消能设施各项尺寸与过闸排涝流量,上、下游水头有关,防洪时以闸门全闭不作考虑,只按排涝时验算。
此闸水头较低,基础为粘土,易于开挖,故采用底流式消能。
根据公式:
σ=(t+s+△z)/hc″=1.05-1.1
用试算法消力池深S=0.8m,符合要求。
B.消力池长度验算
闸室与消力池之间用1:
3的斜坡连接,其长度为3m。
消力池长Lk按下列经验公式验算:
Lk=L1+Lj′,
Lk′=(0.7-0.8)Lj,
L1=1.74√H0(P1′+0.24h0)
经验算:
Lk=5m消力池尺寸符合要求。
C.海漫长度复核
海漫现状尺寸为7.5米,宽3米,采用经验公式验算:
L=K√g√△Z
经计算L=7.5m,经复核海漫长度满足要求。
D.防冲复核
防冲槽现状长为3m,底宽为1.5m,深为1.0m,过闸水流经过护坦、海漫消能后,在海漫末端河床连接处,其单宽流量及流速仍有可能超过原天然河床的允许不冲流速,因此过闸水流有可能危及海漫的稳定。
为了防止这种冲刷的危害,在海漫末端设置一道防冲槽,防冲槽做成柔性结构,中间填块石,以适应于河床变形。
防冲槽长度按下列经验公式计算:
T=k√q√△Z-h
经计算得防冲槽深1m,底宽1.5m符合要求。
3.4.5闸室底板型式复核
闸底板现状尺寸为底宽3m,长3m,厚为1.0m。
根据该处土质结构,采用C15砼整体式水平底板,底板厚度的计算:
系把底板作为一个搁置在两个边墙上的板结构,从闸孔中取1米长板条。
计算荷载仅计水重。
闸地板采用C15砼整体式水平地板,经计算,板厚度为1.0m,符合要求。
3.4.6闸门型式复核
根据排涝要求,现状闸孔净宽为3m,采用1孔3×3米的铸铁平板闸门,符合排涝要求。
4.水闸安全状态综合评价和建议
根据******闸建筑物的现状和本次防洪、除涝标准复核计算结果,可以得出以下结论:
(1)水闸现有的防洪标准能满足《防洪标准》(GB50201-94)规定的4级建筑物10年一遇设计;除涝标准能满足《防洪标准》(GB50201-94)规定的4级建筑物5年一遇设计;
(2)主要结构安全性符合要求;
(3)上游翼墙有裂缝渗水现象,下游护坡有块石脱落现象需维修。
(4)闸门、丝杆损坏,启闭不能正常进行;
综上所述,******闸防洪安全性为二类闸。
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