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1、湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 目录 1 目 录 常宁市长江堰水闸地理位置图 长江堰水闸工程特性表长江堰水闸工程特性表.1 1 水闸安全综合评价水闸安全综合评价.2 1.1 基本情况.2 1.1.1 工程概况.2 1.1.2 评价工作概况2 1.2 工程现状调查分析.3 1.2.1 主要建筑物及其特性参数3 1.2.2 设计与施工情况3 1.2.3 技术管理情况3 1.2.4 工程安全状态初步分析4 1.3 现场安全检测与结果分析.4 1.3.1 基本情况4 1.3.2 原有检查观测资料成果摘要5 1.3.3 检测内容5 1.3.4 工程地质勘察.5 1.4 工程复核计算.6 1.4.1
2、洪水复核.6 1.4.2 消能防冲能力复核.7 1.4.3 抗震能力复核.8 1.4.4 建筑物稳定复核.8 1.4.5 防渗复核计算.8 1.4.6 金属结构.9 1.4.7 观测设施.9 1.5 安全复核结论与建议9 1.5.1 安全复核结论.9 1.5.2 建议10 2 工程现状调查分析工程现状调查分析11 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 目录 2 2.1 工程概况.11 2.2 工程等级及防洪标准.11 2.3 主要建筑物及其特性参数.12 2.4 设计与施工情况.13 2.4.1 设计和施工情况简介13 2.5 技术管理情况.13 2.6 工程运行现状13 2.6.1 闸坝及闸门
3、和交通(工作)桥运行现状.13 2.6.2 闸门及启闭设备运行现状.14 2.6.3 岸坡安全状态.14 2.7 结论与建议14 2.7.1 结论14 2.7.2 建议14 3 现场安全检测与结果分析现场安全检测与结果分析.16 3.1 基本情况.16 3.2 原有检查观测资料成果摘要.16 3.3 检测内容.16 3.4 地质勘察17 3.4.1 地质勘察主要工作17 3.4.2 工程区工程地质条件17 3.4.3 工程地质评价.20 3.5 现场安全检测.21 3.5.1 闸坝外观检测结果21 3.5.2 金属结构外观检测结果22 3.5.3 结论与建议22 4 工程复核计算工程复核计算.
4、24 4.1 工程概述.24 4.2 复核依据.24 4.3 工程等级和洪水标准复核.25 4.4 洪水复核.26 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 目录 3 4.4.1 水文气象26 4.4.2 洪峰流量的推求26 4.4.3 水闸过水能力复核计算成果32 4.4.4 建筑物防洪能力复核34 4.4.5 消能工复核34 4.4.6 结论35 4.5 防渗复核计算.35 4.6 结构安全复核.36 4.6.1 复核计算过程36 4.6.2 结构安全复核结论.39 4.7 抗震安全复核.39 4.8 金属结构安全复核.39 4.9 水闸安全状态综合评价和建议.39 4.9.1 复核结论39 4
5、.9.2 加固措施等建议41 5 水闸安全状态综合评价和建议水闸安全状态综合评价和建议.43 5.1 安全状态综合评价.43 5.1.1 工程防洪能力评价43 5.1.2 消能防冲评价43 5.1.3 渗流安全评价43 5.1.4 结构安全评价44 5.1.5 抗震性能评价44 5.1.6 金属结构安全评价44 5.1.7 水闸安全状态综合评价44 5.2 加固措施等建议.45 附图附图 附图一 常宁市长江堰枢纽布置示意图 附图二 常宁市长江堰坝断面示意图 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程特性表 1 长江堰水闸工程特性表长江堰水闸工程特性表 数量 序号指标名称单位 原设计本次复核 备注
6、 一水文 1控制流域面积km2246246 2坝址以上干流长度km35.9835.98 3河流坡降 2626 4坝址多年平均流量m3/s2828 5设计洪水频率 P5 6设计洪峰流量m3/s781.1 7校核洪水频率 P2 8校核洪峰流量m3/s976.9 二水位 1正常蓄水位m97.597.5 2下游正常水位m96.896.8 3上游设计洪水位m99.3 4下游设计洪水位m98.241 5上游校核洪水位m99.95 6下游校核洪水位m98.79 三闸坝 2坝轴总长m5050 3闸段长度m4040 4坝基高程m94.694.6 5堰型 冲砂闸段实用堰实用堰 翻板闸门段实用堰实用堰 6堰顶高程m
7、98.0998.09 7溢流段总净宽m4040 8工作桥面高程m100100 9工作桥面宽m1.51.5 10冲砂闸启闭台面高程m100100 11消力池无无 12消能型式挑流消能挑流消能 13基础地质灰岩灰岩 14调洪闸门 平板闸门(宽高)m1.81.41.81.42 扇 配启闭机台11螺杆启闭机 翻板闸门(宽高)m41.441.48 扇 灌溉面积亩30643064 七两岸护坡 总长m0 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程现状调查分析 2 1 综合综合说明说明 1.1 工作概况工作概况 长江堰水闸工程安全评价内容包括工程现状调查分析、现场安全检测 与结果分析、工程复核计算等。其主要工作
8、过程如下: 2010 年 10 月,常宁市水利局委托我院承担长江堰水闸安全评价工作; 2010 年 9 月,对长江堰水闸进行了工程地质勘察; 2010 年 9 月2010 年 10 月,完成了长江堰水闸的工程复核计算及水 闸的安全评价工作,并于 10 月底编制完成了湖南省常宁市长江堰水闸 工程安全评价报告 。 1.2 工程概况工程概况 1.2.1 基本情况基本情况 常宁市是商品粮生产基地,位于湖南省著名的衡邵干旱走廊和湘中干 旱区。根据常宁市气象站统计资料,常宁市多年平均降雨量 1412.3mm, 其中干旱期 79 月降雨量 311.6mm;多年平均蒸发量 1389.6mm,其中 79 月蒸发
9、量 598.7mm。 长江堰水闸枢纽工程是一处以灌溉为主、结合发电综合利用的水利工 程。坝址位于湘江一级支流宜水支流潭水的中下游罗桥镇茶坪村,距常宁 市 10km,交通便利。该工程建于 1973 年 10 月。灌区范围主要是三角塘 镇,工程设计灌溉面积 3064 亩,设计引水流量 4.2m3/s。 枢纽工程从左至右主要由左岸灌溉渠道、左岸冲砂闸、溢流坝段、右 岸冲砂闸、右岸灌溉渠道组成。在闸坝顶部建有工作桥连通两岸。 长江堰水闸是一处边规划、边设计、边施工的“三边”工程,且由于时 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程现状调查分析 3 间久远,管理疏忽,原有的设计、施工、竣工资料几乎散失殆尽
10、。 长江堰水闸工程规模为中型,水闸等别为等,其永久性主要建筑物 为 3 级,次要建筑物级别为 4 级。本水闸的洪水标准采用:设计洪水重现 期为 20 年,校核洪水重现期为 50 年。 经复核计算,闸址以上干流长度 44.03km,控制集雨面积 270.9km2, 干流平均坡降 4.57,罗桥河坝 20 年一遇的过闸流量为 969.1m3/s;50 年 一遇的过闸流量为 1172.6m3/s。 1.2.2 主要建筑物及其特性参数主要建筑物及其特性参数 水闸枢纽主要建筑物为闸、坝。 坝段共设 10 扇钢筋混凝土翻板闸门,闸门尺寸高宽=41.4m;2 扇 手动螺杆启闭的钢筋混凝土平板闸门,闸门尺寸高
11、宽=1.81.4m。 1.2.3 设计与施工情况设计与施工情况 长江堰水闸是一处边规划、边设计、边施工的“三边”工程。且由于时 间久远,管理疏忽,最初的设计、施工、竣工资料已经完全散失;1973 年 的设计资料也几乎散失殆尽。 区域内周边均为砂、页岩分布区,其出露的地层有:泥盆系锡矿山组 灰岩段(D3x1) 、泥盆系锡矿山组砂岩段(D3x2) 、石炭系岩关阶孟公坳组 灰岩段(C11m) 、石炭系岩关阶孟公坳组砂岩段(C12m) 、第四系冲积残 坡积层、冲积层(Qal) ,长江堰座落在石炭系岩关阶孟公坳组灰岩段岩层 上。 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程现状调查分析 4 1.2.4 存在
12、的主要问题存在的主要问题 1.2.4.1 闸坝及闸门和交通(工作)桥闸坝及闸门和交通(工作)桥 据现场检查,坝体及闸墩外包的护面砼冲刷较严重,局部剥蚀。个别 闸墩与公路桥底板连接处出现裂缝,且闸室混凝土老化露筋。 对闸室、中墩、岸墙等进行检测未发现有异常沉降倾斜和位移现象, 闸底板冲刷磨损较严重,闸门两侧接触部位很多地方被冲刷,有不同程度 的砼缺失,中墩、岸墙有裂缝,裂缝宽度为 0.22mm,长度 1.0m,深度 0.5m 左右。 交通(工作)桥排架及梁、板砼施工质量一般,简支梁端部不规则裂 缝。 1.2.4.2 闸门及启闭设备闸门及启闭设备 闸门及启闭设备存在的主要问题有: 1)闸门表面混凝
13、土冲刷严重,出现蜂窝、麻面现象。 2)闸门止水破损漏水严重。 1.2.4.3 岸坡岸坡 近坝上游已出现大范围坍塌区;且上游导流墙已破损不堪。 1.2.5 技术管理情况技术管理情况 工程建成初期由常宁县水电局主管,配有 4 名管理人员。70 年代经县 革委会批准,将工程移交镇里,性质转为企业。90 年代中期移交县水利局 管理,目前正在实行水利工程管理体制改革。按照市委市政府的改革要求, 实行公益性事业与经营性企业分开,核定全额拨款事业编制 2 人。 管理所根据有关规定,结合实际情况,完善了水闸运行、维修、巡视 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程现状调查分析 5 检查的规章制度,专人负责实施
14、。 2 工程现状调查分析工程现状调查分析 2.1 工程概况工程概况 长江堰水闸枢纽工程是一处以灌溉为主的水利工程。坝址位于湘江宜 水支流潭水的中下游,地处常宁市三角塘镇,交通便利。该工程始建于 1973 年 10 月。长江堰水闸是一处边规划、边设计、边施工的“三边”工程, 且由于时间久远,管理疏忽,原有的设计、施工、竣工资料几乎散失殆尽。 工程设计灌溉面积 3064 亩,设计引水流量 4.2m3/s。 2.2 工程等级及防洪标准工程等级及防洪标准 根据水闸设计规范 (SL265-2001)的规定,水闸枢纽工程等级及 建筑物级别应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分。其等别 应按水闸设计
15、规范 (SL265-2001)表 2.1.1 平原区水闸枢纽工程分等指 标确定。平原区水闸枢纽工程分等指标见表 2.2.1。 表 2.2.1 平原区水闸枢纽工程分等指标 工程等别 规模大(1)型大(2)型中型小(1)型小(2)型 最大过闸流量50005000100010001001002020 防护对象的重要性特别重要重要中等一般 洪水复核结果为:长江堰水闸 20 年一遇的过闸流量为 781.1m3/s;50 年一遇的过闸流量为 976.9m3/s。根据流量查上表,确定该水闸枢纽工程规 模为中型,其工程等别为等。 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程现状调查分析 6 水闸枢纽中的水工建筑物
16、应根据其所属枢纽工程等别、作用和重要性 按水闸设计规范 (SL265-2001)表 2.1.2 规定划分级别。水闸枢纽建筑 物级别划分见表 2.2.2。按表 2.2.2 的规定,该水闸的主要建筑物级别为 3 级,次要建筑物级别为 4 级。 表 2.2.2 水闸枢纽建筑物级别划分 工程等级永久建筑物级别 主要建筑物次要建筑物临时性建筑物级别 134 234 345 455 55 平原区水闸的洪水标准应根据所在河流流域防洪规划规定的防洪任务, 以近期防洪目标为主,并考虑远景发展要求,按表 2.2.3 所列标准综合分 析确定。规范 2.2.7 条还规定:平原区水闸下游消能防冲的洪水标准应与 该水闸洪
17、水标准相一致,并应考虑泄放小于消能防冲设计洪水标准的流量 时可能出现的不利情况。 因此,该水闸及其下游消能防冲的洪水标准采用:设计洪水重现期为 20 年。 表 2.2.3 平原区水闸的洪水标准 水闸级别12345 设计1005050303020201010洪水重现期 (年)校核3002002001001005050303020 2.3 主要建筑物主要建筑物及其特性参数及其特性参数 水闸枢纽主要建筑物为闸、坝。 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程现状调查分析 7 坝段共设 10 扇钢筋混凝土翻板闸门,闸门尺寸高宽=41.4m;2 扇 手动螺杆启闭的钢筋混凝土平板闸门,闸门尺寸高宽=1.81
18、.4m。 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程现状调查分析 8 2.4 设计与施工情况设计与施工情况 2.4.1 设计和施工情况简介设计和施工情况简介 长江堰水闸是一处边规划、边设计、边施工的“三边”工程。且由于时 间久远,管理疏忽,最初的设计、施工、竣工资料已经完全散失;1973 年 的设计资料也几乎散失殆尽。 区域内周边均为砂、页岩分布区,其出露的地层有:泥盆系锡矿山组 灰岩段(D3x1) 、泥盆系锡矿山组砂岩段(D3x2) 、石炭系岩关阶孟公坳组 灰岩段(C11m) 、石炭系岩关阶孟公坳组砂岩段(C12m) 、第四系冲积残 坡积层、冲积层(Qal) ,长江堰座落在泥盆系锡矿山组砂岩段
19、岩层上。 2.5 技术管理情况技术管理情况 工程建成初期由常宁县水电局主管,配有 4 名管理人员。70 年代经县 革委会批准,将工程移交镇里,性质转为企业。90 年代中期移交县水利局 管理,目前正在实行水利工程管理体制改革。按照市委市政府的改革要求, 实行公益性事业与经营性企业分开,核定全额拨款事业编制 2 人。 管理所根据有关规定,结合实际情况,完善了水闸运行、维修、巡视 检查的规章制度,专人负责实施。 2.6 工程运行现状工程运行现状 2.6.1 闸坝及闸门和交通(工作)桥运行现状闸坝及闸门和交通(工作)桥运行现状 据现场检查,坝体及闸墩外包的护面砼冲刷较严重,局部剥蚀。个别 闸墩与公路桥
20、底板连接处出现裂缝,且闸室混凝土老化露筋。 对闸室、中墩、岸墙等进行检测未发现有异常沉降倾斜和位移现象, 闸底板冲刷磨损较严重,闸门两侧接触部位很多地方被冲刷,有不同程度 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程现状调查分析 9 的砼缺失,中墩、岸墙有裂缝,裂缝宽度为 0.22mm,长度 1.0m,深度 0.5m 左右。 交通(工作)桥排架及梁、板砼施工质量一般,简支梁端部不规则裂 缝。 2.6.2 闸门及启闭设备运行现状闸门及启闭设备运行现状 闸门及启闭设备存在的主要问题有: 1)闸门表面混凝土冲刷严重,出现蜂窝、麻面现象。 2)闸门止水破损漏水严重。 2.6.3 岸坡安全状态岸坡安全状态
21、近坝上游已出现大范围坍塌区;且上游导流墙已破损不堪。 2.7 结论与建议结论与建议 2.7.1 结论结论 工程安全状态初步分析结果表明,长江堰水闸在多年运行中存在的病 险隐患如:砼结构老化破损、裂缝严重;闸门冲刷严重,启闭机设备陈旧 落后、启闭困难;近坝上游侧出现大范围库岸坍塌区,且上游导流墙已破 损不堪;未设观测设备、无有效的观测措施;水闸管理设施破损或缺乏、 管理制度执行情况差等,工程处于带病运行状态。 根据水闸安全鉴定规定SL214-98,长江堰水闸工程不安全。 2.7.2 建议建议 根据对工程安全状况的初步分析,提出以下建议: 1)需对砼结构进行现场安全检测。 2)需对启闭机等金属结构
22、进行现场安全检测。 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程现状调查分析 10 3)需对工程地质进行补充勘测。 4)需进行防洪标准及洪水复核计算。 5)需进行结构安全复核计算。 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 现场安全检测与结果分析 11 3 现场安全检测与结果分析现场安全检测与结果分析 3.1 基本情况基本情况 长江堰水闸枢纽工程主要由闸坝组成。该工程于 1973 年 10 月动工兴 建。水闸经多年运行,年久失修,工程老化、破损相当严重,主要表现为: 闸墩混凝土开裂严重,部分翻板闸与闸墩之间漏水严重,翼墙存在裂缝, 上下游岸墙较短且破损严重等,严重威胁着水闸安全运行。 为确保长江堰水闸工
23、程的安全运行,及时发现影响安全运行的隐患, 2008 年 9 月长江堰水闸管理单位委托我院对水闸进行安全评价,并提交 安全评价报告。 3.2 原有检查观测资料成果摘要原有检查观测资料成果摘要 长江堰水闸未布置观测设备,也无水、雨情检测设施,基本上未进行 观测,也就无观测成果资料。由于管理单位技术管理制度执行情况较差, 水闸运行资料缺乏。水闸实际运行状况只能通过本次现场安全检测获得。 3.3 检测内容检测内容 长江堰水闸溢流堰、闸墩、启闭螺杆、工作桥、上、下游岸坡防护岸 墙等所存在的结构老化破损等问题,需进行现场安全检测,以确定这些结 构产生问题的原因,存在问题的严重程度和对水闸结构安全的危害程
24、度。 而对于金属结构和启闭设备则进行金属结构检测,查明存在的隐患。由于 原设计及施工资料缺乏,水闸施工及基础处理情况不明,则应对水闸基础 及两岸岸坡进行地质勘探,查明基础处理情况。 现场安全检测内容如下: 1)对闸基及两岸河堤进行地质勘探,确定闸基基岩及河堤岸坡土料 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 现场安全检测与结果分析 12 的基本物理性质,为闸室、河堤的稳定及渗流情况分析提供有关数据; 2)对水闸各主要建筑物砼结构(含砌体结构)的强度、变形、耐久 性、碳化深度进行检测; 3)检测水闸防渗、导渗和消能防冲设施的有效性和完整性; 4)检测闸门及启闭设备、电气设备的安全性。 3.4 地质勘察
25、地质勘察 3.4.1 地质勘察主要工作地质勘察主要工作 长江堰水闸工程经过 30 多年的运行,出现了较多险情隐患,为查明 其产生原因,对该水闸进行了较详细的工程地质勘查。为进一步查清本工 程的运行实况,并分析地质原因,常宁市水利局委托地质工作人员深入本 工程现场进行工程勘察,其主要工作内容包括: 工程地质测绘,包括闸坝上、下游及两岸坝肩; 对原施工人员进行回访,收集运行过程资料,包括运行期坝体、坝基 的渗漏资料、岸坡的不利变形等; 对坝体坝基及坝肩进行工程地质钻探。 3.4.2 工程区工程地质工程区工程地质条件条件 3.4.2.1 闸址地貌闸址地貌 工程区地处常宁市的南部,为宜水支流潭水的上游
26、。南面为常宁市与 桂阳县分界线,即宜水流域与舂陵水流域的分水岭。其高山有泗洲山 (峰 顶 1428 m)、狮形岭(峰顶 1088m)和狮子岭(峰顶 809 m)。河流流向为 SSENNW。工程区山峰低矮,为低山丘陵区。山顶浑圆,山坡平缓, 固下伏基岩泥质页岩、砂质页岩强烈风化。山坡土层厚,是经济作物油菜 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 现场安全检测与结果分析 13 和花生的良好基地。潭水河两岸分布有广阔的级冲积堆积阶地,主要为 粉质粘土、粘土和粉细砂,是水稻生产区,也是本工程的受益区。 3.4.2.2 地层岩性地层岩性 区域内周边均为砂、页岩分布区,其出露的地层有:泥盆系锡矿山组 灰岩段(
27、D3x1) 、泥盆系锡矿山组砂岩段(D3x2) 、石炭系岩关阶孟公坳组 灰岩段(C11m) 、石炭系岩关阶孟公坳组砂岩段(C12m) 、第四系冲积残 坡积层、冲积层(Qal) ,长江堰座落在石炭系岩关阶孟公坳组灰岩段岩层 上。 a)泥盆系锡矿山组灰岩段(D3x1) 黄褐色、黄绿色泥质页岩夹薄层泥灰岩,表部多已强全风化成黄 色黄褐色或灰色的含砾粘土或粉质粘土。 b)泥盆系锡矿山组砂岩段(D3x2) 上部为杂色页岩、砂质页岩夹黄色粉砂岩;下部为灰黄色细砂石英砂 岩夹砂质页岩、粉砂岩。分布于库区下游。 c)石炭系岩关阶孟公坳组灰岩段(C11m) 黑色灰岩、白云岩及癞痢状白云质灰岩。 d)石炭系岩关阶
28、孟公坳组砂岩段(C12m) 黄色粘土页岩、砂质页岩、灰色钙质页岩夹薄层粉砂层、灰层,是本 水库枢纽工程的下伏基岩。 e)第四系冲积残坡积层 坡积层(Qel+dl):黄色、褐黄色,局部灰色团块的含少量砾的粘土 和砾质粘土,表层多为粘土,下部砾石含量增多。 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 现场安全检测与结果分析 14 f)冲积层(Qal) 黄色灰黄色淤泥质粉土和粉质粘土,少量为粉细砂。 3.4.2.3 地质构造地质构造及地震及地震 区内主要构造线方向为 NE 向,较大断层常宁罗家桥庙前断裂从 库区东侧通过,该断层走向 3103200,倾向北东,倾角 35450,长度 达 30-35km,使两侧
29、岩层发生挤压变形而破碎。印支期大义山花岗岩体的 侵入使其近区岩层发生热力变质,灰岩大理石化,并在边缘有侵入高温热 液矿源。区内岩层产状为 NNW 向。 据地震历史记录和“中国地震动参数区划图” (GB183062001)查 证,区内无孕震构造,近期亦为强震记录,其地震动峰值加速度为小于 0.05g 地区,其相应地震烈度为小于度区。 3.4.2.4 水文地质条件水文地质条件 区内地下水类型主要为基岩裂隙水和孔隙水,均为潜水。水量贫乏, 受大气降水补给,以基岩裂隙和残坡积、冲积层的孔隙为迳流通道,向溪 沟和河流排泄,其动态变化大。灰岩区的岩性多为泥质灰岩,岩溶不发育, 地下水仍为岩溶裂隙水。 地下
30、水化学类型以重碳酸钙型或重碳酸钙钠型,中性或弱碱性,对普 通硅酸盐拌制的混凝土无溶出性侵蚀。 3.4.2.5 岩土物理力学特性岩土物理力学特性 处理设计时,其岩土的物理力学特性,建议采用如下值: 残坡积冲积的粘土、粉质粘土开挖边坡坡比: 临时边坡:1:0.5, 永久边坡:1:0.751:1.0; 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 现场安全检测与结果分析 15 灰岩(新鲜,无岩溶) 1)饱和容重: rw=2.52.55t/m3 2)饱和极限抗压强度:Ry=5565Mpa 3)抗剪(断)强度: f(砼/岩石)=1.1,C=35kg/cm2 4)抗剪强度: f(砼/岩石)=0.520.55,C=0
31、 5)弹性模量(E): 810Gpa 6)开挖坡度(I): 1:0.31:0 7)抗冲流速(V): 810m/s 3.4.2.6 不良地质现象不良地质现象 区内不良地质现象主要为河岸冲刷失稳。 闸坝右坝肩上下游均为第四系冲积堆积的粘土、粉质粘土、粉土、粉 细砂和砂卵砾石,结构松散,粘聚力和内摩擦角均小,在水浪和水流冲刷 下,库岸滑坡,坍塌变形,连续出现,已使上游农田面积减少,河床淤积 加快,使下游挡墙块石被冲毁下沉、错落,严重影响河岸稳定。 3.4.3 工程地质评价工程地质评价 3.4.3.1 坝基因砂浆垫层缺失,产生接触面渗漏坝基因砂浆垫层缺失,产生接触面渗漏 本工程地基持力层为较为坚硬的中
32、厚层厚层状灰岩,开挖时表层砂、 卵砾石层已全部清除,但因表部岩石沿节理裂隙溶蚀,形成溶沟溶槽而不 平整,因此砌石体砂浆填层厚度不均,并有部分内未见垫层砂浆,成为抗 滑控制的弱势面。 3.4.3.2 库岸土层松散,变形失稳库岸土层松散,变形失稳 库岸(特别是右岸) 、闸坝的上下游均为第四系冲积堆积的粉土、粉 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 现场安全检测与结果分析 16 质粘土、粘土和砂卵砾石,厚度大,结构松散,上游已坍岸数百米,农田 被毁,河床被淤,下游只有十几米长的浆砌石挡土墙,但由于砌体单薄, 内水压力大,土体抗剪强度低,加上泄洪水流冲刷,已下沉、裂缝或滑移, 急需加固处理。 3.5 现
33、场安全检测现场安全检测 3.5.1 闸坝外观检测结果闸坝外观检测结果 1)闸墩 闸墩普测中发现有孔洞漏水现象、蜂窝、麻面,且发现砼裂缝剥落露 筋现象。 2)启闭台及工作桥 闸墩与工作桥底板相交处也发现有裂缝,裂缝宽度为 0.22mm,长度 1.0m,深度 0.5m 左右。 闸坝外观检测照片见照片 1、2、3、4。 照片 1:闸坝上游视图 照片 2:闸坝下游视图 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 现场安全检测与结果分析 17 照片 3:冲砂闸操作平台老化开裂 照片 4:上游导流墙破烂不堪 3.5.2 金属结构外观检测结果金属结构外观检测结果 长江堰金属结构仅冲砂闸启闭螺杆及启闭机,通过现场检查
34、,发现启 闭螺杆锈蚀严重、启闭困难。 3.5.3 结论与建议结论与建议 3.5.3.1 结论结论 1)长江堰水闸枢纽工程砼结构存在的主要问题是砼存在多处裂缝。 且裂缝已影响裂缝所在部位的砼耐久性能,危及各结构部位的安全运行。 2)通过外观检测,该工程的各结构砼破损较严重。特别是主要受力 构件及部位,如闸墩、启闭机启闭台梁及柱、工作桥梁及排架等。 3)经采用无损检测方法表明,所测各构件的砼强度满足原设计要求。 4)金属结构存在的主要问题是锈蚀严重,翻板门焊接质量不合格且 严重变形,启闭机螺杆锈蚀、扭曲变形,不符合使用要求。 3.5.3.2 建议建议 根据以上检测结果分析,该水闸枢纽工程属于病险工
35、程,建议有关部 门据此对大坝及附属工程结构进行全面的安全论证,并尽快采取有效的加 固措施,以确保工程安全,建议如下: 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 现场安全检测与结果分析 18 1)对混凝土结构加固处理建议如下: a) 采用水泥浆材、环氧浆材、高强水溶性聚氨酯浆材修补裂缝。 b) 对闸坝坝体、坝基渗漏采用沿坝轴线的全线帷幕灌浆。必要时上 游加设粘土水平铺盖,但铺盖应直接与岩面接触。 c) 采用用原混凝土配合比(去石子)砂浆修补闸墩的蜂窝、麻面、 钢筋锈蚀。 d) 启闭台(工作桥及排架):采用高性能复合砂浆钢筋网加固。 2)对金属结构处理方案建议如下: a)更换冲砂闸的启闭机及螺杆。 b)
36、对附在闸门上的杂物和泥土应及时处理,减少对闸门的腐蚀。 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程复核计算 19 4 工程复核计算工程复核计算 4.1 工程概述工程概述 长江堰水闸枢纽工程是一处以灌溉为主的水利工程。坝址位于湘江宜 水支流潭水的中下游,地处常宁市三角塘镇,交通便利。 受当时经济及历史条件的制约,工程建设未按基本建设程序进行,而 是采用边设计、边施工、边调整的方式进行,施工过程中为赶进度忽视了 施工质量,给工程运行留下许多问题,水闸目前存在诸如闸门破损、混凝 土结构损坏严重等病害,严重威胁着水闸的安全。为了对长江堰水闸进行 安全鉴定和日后的维修加固提供依据,根据对水闸现状调查资料和
37、现场检 测资料所初步分析的建议,特对水闸的工程等级和洪水标准、水闸的消能 防冲、泄洪闸的稳定、闸墩稳定及强度分析、闸顶及上游连接段高程等内 容进行复核计算。 4.2 复核依据复核依据 1)水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000; 2)防洪标准GB50201-94; 3)水闸设计规范SL265-2001; 4)溢洪道设计规范SL253-2000; 5)堤防工程设计规范GB50286-98; 6)水闸安全鉴定规定SL214-98; 7)水闸技术管理规程SL 75-94; 8) 长江堰水闸工程的有关图纸及资料。 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程复核计算 20 4.3 工程等级和洪
38、水标准复核工程等级和洪水标准复核 根据水闸设计规范 (SL265-2001)的规定,水闸枢纽工程等级及 建筑物级别应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分。其等别 应按水闸设计规范 (SL265-2001)表 2.1.1 平原区水闸枢纽工程分等指 标确定。平原区水闸枢纽工程分等指标见表 4.3.1。 表 4.3.1 平原区水闸枢纽工程分等指标 工程等别 规模大(1)型大(2)型中型小(1)型小(2)型 最大过闸流量50005000100010001001002020 防护对象的重要性特别重要重要中等一般 洪水复核结果为:长江堰水闸 20 年一遇的过闸流量为 781.1m3/s;50 年一
39、遇的过闸流量为 976.9m3/s。根据流量查上表,确定该水闸枢纽工程 规模为中型,其工程等别为等。 表 4.3.2 水闸枢纽建筑物级别划分 工程等级永久建筑物级别 主要建筑物次要建筑物临时性建筑物级别 134 234 345 455 55 水闸枢纽中的水工建筑物应根据其所属枢纽工程等别、作用和重要性 按水闸设计规范 (SL265-2001)表 2.1.2 规定划分级别。水闸枢纽建筑 物级别划分见表 4.3.2。 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程复核计算 21 按表 4.3.2 的规定,该水闸的主要建筑物级别为 3 级,次要建筑物级 别为 4 级。 平原区水闸的洪水标准应根据所在河流流
40、域防洪规划规定的防洪任务, 以近期防洪目标为主,并考虑远景发展要求,按表 4.3.3 所列标准综合分 析确定。 表 4.3.3 平原区水闸的洪水标准 水闸级别12345 设计1005050303020201010洪水重现期 (年)校核3002002001001005050303020 按照以上规定,该水闸的洪水标准采用:设计洪水重现期为 20 年, 校核洪水重现期为 50 年。 下游消能防冲工程的设计洪水重现期为 20 年。 4.4 洪水复核洪水复核 4.4.1 水文气象水文气象 工程所在地属亚热带季风气候区,气候温和,多年平均气温 18.1, 多年平均降雨量 1387mm,水土保持及环境保护
41、状况良好。 闸址控制流域面积 246km2,干流长度 35.98km,干流平均比降 26。20 年一遇洪峰流量 781.1 m3/s,50 年一遇洪峰流量为 976.9m3/s。 闸坝正常蓄水位为 97.5m,上游坝基高程 94.6m。 4.4.2 洪峰流量的推求洪峰流量的推求 对于有实测洪水系列资料和历时洪水调查资料的工程,应采用原设计 阶段入库洪水或坝址洪水资料,再加入运行期入库洪水或坝址洪水资料, 延长洪峰流量和选定时段洪水总量的系列,进行理论频率计算的方法推求 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程复核计算 22 洪水;对于缺乏流量资料的中小型水闸,可以用雨量资料推求洪水。因此, 本
42、次设计的洪水复核采用由暴雨推求洪水的方法来推算设计洪水,根据 湖南省暴雨洪水查算手册 (1984 年 9 月,湖南省水利水电厅出版,以 下简称查算手册 )所介绍的经验单位线法计算。 4.4.2.1 暴雨与洪峰流量的查算暴雨与洪峰流量的查算 从查算手册中可知:工程位于湖南省暴雨一致区第八区,其所在 流域的产流分区第区:(I0=30mm) 坝址以上的主河道特征为:集雨面积:246km2,干流长度: 35.98km,干流平均比降:20。 4.4.2.2 设计点暴雨量设计点暴雨量 根据工程的地理位置查查算手册中的图(三)得该流域中心最大 24 小时点雨量为 H24 点=95mm,查图(四)得变差系数
43、Cv=0.45,由 Cs=3.5Cv 查皮尔逊型曲线的模比系数 Kp 值表(二)得出各设计频率 的 Kp 值,再由 H24 点=95mm 乘以相应的 Kp 值得各设计频率的 24 小时点 暴雨 H24 点,结果见表 4.4.1。 表 4.4.1 长长江堰最大江堰最大 24 小小时时暴雨量暴雨量 单位:mm P()52 Kp 值 1.882.25 H 点(mm)178.6213.75 H 面(mm)156.1186.8 4.4.2.3 设计暴雨二十四小时的时程分配设计暴雨二十四小时的时程分配 (1)根据各频率的 H24 面面暴雨量,F=246km2,查图三十八得各设 湖南省常宁市长江堰水闸安全评
44、价报告 工程复核计算 23 计频率的 n2值,查图三十九得各设计频率的 n3值。 (见表 4.4.2) (2)已知 n2、n3,代入以下公式,分别求出各设计频率 1、3、6、12 小时的面暴雨,Ht=H24 面24n3-16n2-n3t1-n2(1t1.0 时,为流土破坏;当 4Pf(1-n)1.0 时,为管涌破坏。 砂砾石闸基出口段防止管涌破坏的允许渗流坡降值可按下式计算: 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程复核计算 31 2 5 )1 (4 7 nP Kd d J f f df=1.3 8515d d 防止管涌破坏的允许渗流坡降值; J df闸基土的粗细颗粒分界粒径(mm) ; Pf
45、小于 df的土粒百分数含量(%) ; n闸基土的空隙率; d5、d15、d85闸基土颗粒级配曲线上小于含量 5%、15%、85%的粒 径(mm) ; K防止管涌破坏的安全系数,可采用 1.52.0。 经过计算长江堰水闸有发生管涌破坏的隐患,渗流坡降大于规范要求 的允许渗流坡降。 综上所述,长江堰渗流评价为不安全。 4.6 结构安全复核结构安全复核 4.6.1 复核计算过程复核计算过程 根据水闸设计规范 (SL2652001)计算如下: 1、荷载计算及组合 根据规范,水闸设计的荷载分为 基本荷载和特殊荷载两类 。 基本荷载主要有下列各项: 1)水闸结构及其上部填料和永久设备的自重; 2)相应于正
46、常蓄水位或设计洪水位情况下水闸底板上的水重; 3)相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的静水压力; 4)相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的扬压力(即浮托力与 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程复核计算 32 渗透压力之和); 5)土压力; 6)淤沙压力; 7)风压力; 8)相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的浪压力; 9)冰压力; 10)土的冻胀力; 11)其他出现机会较多的荷载等。 2、特殊荷载主要有下列各项: 1)相应于校核洪水位情况下水闸底板上的水重; 2)相应于校核洪水位情况下的静水压力; 3)相应于校核洪水位情况下的扬压力; 4)相应于校核洪水位情况下的浪压力; 5)地震荷载;
47、 6)其他出现机会较少的荷载等。 闸坝的持力层均为基岩,较为完整,属刚性地基, 故本次复核仅 进行整体抗滑稳定复核,可不做抗倾覆稳定复核,不做地基应力复核。 复核计算中,砌体与地基间的摩擦系数采用原设计中的取值,即 f=0.5。闸室整体抗滑稳定计算中堰顶外包的混凝土容重按砌体容重取 值,这是偏于安全的考虑。 计算工况如下:上游正常水位 97.5m,下游水位为最枯水位 湖南省常宁市长江堰水闸安全评价报告 工程复核计算 33 94.6m;上游设计洪水位 99.3m,下游水位为 98.241;上游校核洪水位 99.95m,下游水位为 98.79m。 4.6.1.1 闸坝抗滑稳定计算闸坝抗滑稳定计算 岩基上沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数,应按下式计算: H ACGf Kc f闸室基底面与岩石地基之间的抗剪断摩擦系数; C闸室基底面与岩石地基之间的抗剪断粘结力(kPa) 。 经过计算,计算工况下长江堰沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数见表 4.6.1。 表 4.6.1 长江堰抗滑稳定安全系数结果表长江堰抗滑稳定安全系数结果表 计算工况Kc(计算值)Kc(规
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