病险水闸除险加固工程设计中相关问题课件.ppt

1、病险水闸除险加固工程设计中的相关问题第一部分第一部分 概述概述病险水闸除险加固工程设计中的相关问题1、我省病险水闸工程概况、我省病险水闸工程概况 我省病险水库共有311座，其中：大型水闸82座，中型水闸229座。311座病险水闸中，4类病险水闸34座，3类病险水闸277座。病险水闸的存在，一是影响了工程效益的发挥，二是由于工程隐患的存在，给人民生命财产的安全及社会稳定造成了重大威胁。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 2、病险水闸存在的主要问题、病险水闸存在的主要问题 2.1 一般工程缺陷一般工程缺陷2.1.1土石结构：裂缝、块石风化、块石塌陷、松动、勾缝脱落等；2.1.2砼结构：裂缝、层离

2、、剥落或露筋、掉棱或缺角、蜂窝麻面、表面侵蚀、冻融破坏等；2.1.3闸门、启闭设施锈蚀；病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 2.2 适用性指标达不到设计标准适用性指标达不到设计标准 2.2.1过流能力不足；2.2.2消能防冲能力不足；2.2.3闸门不能正常使用；2.2.4启闭设备老化；2.2.5胸墙漏水；2.2.6观测设施失效；病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 2.3 影响水闸安全性的病险情影响水闸安全性的病险情 2.3.1防洪能力严重不满足国家防洪标准；2.3.2抗滑稳定安全系数严重不满足规范要求；2.3.3抗渗稳定性严重不满足要求；2.3.4结构强度严重不满足要求；病险水闸除险加固工

3、程设计中的相关问题 3、除险加固工程措施、除险加固工程措施 3.1对于一般性工程缺陷的处理措施对于一般性工程缺陷的处理措施 3.1.1对于土石结构一般性工程缺陷可采取更换、修整修补的办法；3.1.2对砼结构一般工程缺陷可采用修补、化学修补、补强（粘钢、贴碳纤维等）的办法；3.1.3对闸门、启闭机锈蚀采取除锈防锈处理；病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 3.2对于适用性指标达不到设计标准的病险对于适用性指标达不到设计标准的病险情处理措施情处理措施 3.2.1对于过流能力不足的水闸，可采取增加泄流断面（扩孔、加大单孔宽度减少闸孔数），条件允许的话，最好采取降低引流指标的办法。3.2.2对于消能防

4、冲能力不足的问题，可采用改造消力池、加大池深和池长；加长海漫；增设二级消力池。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 3.2.3启闭设备老化，采取大修或更新；3.2.4对于闸门老化锈蚀、不能正常运用，进行检测，根据检测结论决定是否更换或大修。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 3.3对于影响水闸安全性的病险情处理对于影响水闸安全性的病险情处理 3.3.1防洪能力不足 可以考虑加高闸顶高程的办法。但采取工程措施后应对水闸抗滑、抗渗、消能防冲、闸门及闸室各部件是否满足规范要求作复核计算，并作相应处理。上述方案行不通，应考虑拆除重建。（我省有一些拦河闸，洪水期漫顶，只需加高工作桥或启闭机房，但对此类

5、水闸应作抗浮复核。）病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 3.3.2水闸抗滑能力不满足规范要求 3.3.2.1增加高水侧的铺盖长度、作垂直防渗体（帷幕、砼防渗墙等）、或在不影响抗渗安全的前提下将排水设施向水闸底板靠近。上述措施主要目的是减少闸室的渗压力；3.3.2.2加大闸室上部结构重量（加高闸墩、设承重土箱等）。但采取此方案时应对闸室基底应力、基底应力不均匀系数及底板结构强度作相应复核；病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 3.3.2.3利用钢筋砼板作为阻滑板或增设阻滑闸段（阻滑力效果折减系数为0.8）。此方案的前提是闸室自身的抗滑稳定安全系数不小于1.0；3.3.2.4上述方案仍不能解决问

6、题，则应拆除重建水闸。3.3.3水闸的抗渗能力不满足要求 在水闸闸室高水侧作垂直防渗体（砼防渗墙、高喷、帷幕等）、增设水平铺盖板。在位于防渗范围内的永久缝应设置止水。对已造成地基严重渗透破坏的水闸，应拆除重建。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 3.3.4结构强度不满足要求 3.3.4.1采用粘钢、贴碳纤维作结构性补强；3.3.4.2上部结构（工作桥、公路桥、启闭台、胸墙等）结构强度严重不满足要求，可拆除重建。3.3.4.3基础部位（底板）已产生严重破坏，应拆除重建水闸。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题第二部分第二部分 病险水闸除险加固后的复核计算病险水闸除险加固后的复核计算病险水闸除险

7、加固工程设计中的相关问题 第一节 防洪标准复核 一、闸顶高程可满足防洪标准的高度计算方法（一）挡水：闸顶高程等于正常蓄水位（或最高挡水位）与相应安全超高之和；（二）泄水：闸顶高程等于设计洪水位（校核洪水位）与相应安全超高之和。二、应根据水闸不同类型，区分挡水闸和泄水闸，通过对比分析闸顶高程与对应水位的关系进行判断。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 第二节 过流能力复核 一、开敞式水闸一、开敞式水闸 1、水闸过闸流态及判定 宽顶堰式的平底水闸：a/H00.65时为堰流，a/H00.65时为孔流 实用堰式水闸：a/H00.75时为堰流，a/H00.75时为孔流 H0闸孔堰上总水头 a堰顶以上开

8、门高度病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 2、计算条件：一般指设计工况时的上、下游水位。3、按堰流或孔流的相关计算公式计算过流能力。二、涵洞式水闸二、涵洞式水闸 分闸室段和涵洞段分别计算。1、闸室段计算同开敞式水闸。2、将闸室段算出的下游水位高度，作为涵洞入口处水位高度来判别涵洞的流态。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 3、当涵洞处于半有压流和有压流之间时，应判断涵洞底坡缓、陡，分别计算对应的界限值，并判断涵洞流态。涵洞流态可分为无压涵洞、半有压涵洞和有压涵洞三种流态。4、对无压涵洞，应判断长、短洞。5、分别按照不同情况，计算涵洞流量。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 第三节 消能防

9、冲复核 水闸消能方式有挑流消能、底流消能和戽流消能等。一般采用底流消能方式为多。底流消能主要是复核消力池深度、长度、海漫长度、海漫末端河床冲刷深度。上述计算公式可参照水闸设计规范SL265-2001采用。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 3、当涵洞处于半有压流和有压流之间时，应判断涵洞底坡缓、陡，分别计算对应的界限值，并判断涵洞流态。涵洞流态可分为无压涵洞、半有压涵洞和有压涵洞三种流态。4、对无压涵洞，应判断长、短洞。5、分别按照不同情况，计算涵洞流量。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 第四节 渗径长度 土质闸基的防渗长度（又称渗径长度）常采用勃莱系数法按下式复核：L=CH 式中：L为

10、闸基防渗长度，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段总和（m）。C勃莱渗径系数。取值见水闸设计规范表4.3.2。H水闸承受的最大上、下游水位差（m）。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 第五节 防渗排水 1、根据防渗排水布置，计算渗径长度。（见上节）2、计算渗透压力。当水闸为岩基，可采用全截面等直线分布法计算渗透压力；当水闸地基为土基可采用改进阻力系数法计算渗透压力。其计算方法参见水闸设计规范SL265-2001之附录C。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 3、抗渗稳定性 水闸抗渗稳定性主要是对出口段渗透坡降值J进行判断。计算公式见水闸设计规范附录C。4、渗流允许坡降值（1）水闸地基为土基时，

11、水平段和出口段允许坡降值J见水闸设计规范表6.0.4。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题（2）水闸地基为砂砾面地基时，应先判断可能发生的渗流破坏形式是流土破坏还是管涌破坏，当4Pf（1-n）1.0时为流土破坏；当4Pf（1-n）1.0时，为管涌破坏。流土破坏允许坡降值J仍采用水闸设计规范表6.0.4数值，管涌破坏允许坡降值J见水闸设计规范公式（6.0.5-1）（6.0.5-2）。5、当JJ时水闸抗渗稳定性满足规范要求；当JJ水闸抗渗稳定性不满足规范要求。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题第六节 结构稳定复核 水闸结构稳定复核包括闸室地基承载力、抗滑和抗浮复核，岸墙地基承载力和抗滑复核，翼墙

12、地基承载力、抗滑和抗倾复核。水闸结构稳定计算采用单一安全系数法，荷载采用标准值。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 一、荷载计算和组合一、荷载计算和组合 1、荷载计算：自重、水重及静水压力、扬压力、土压力、淤沙压力、浪压及地震惯性力等。2、荷载组合：荷载组合可参考水闸设计规范表7.2.11。设计水位时期、闸上游为设计水位、下游为相应低水位；校核水位时期、闸上游为非常挡水位、下游为相应最低水位。地震烈度为6以上地区，尚需对水闸进行抗震能力复核。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 1、根据水闸结构型式，划分合理的计算单元。（1）闸室：一般来说，宜取两相邻顺水流向永久缝之间的闸段作为一个计算单元

13、，对于有多个闸段的水闸，由于中孔闸段与边孔闸段的结构边界条件及受力状况有所不同，因此应将边孔闸段和中孔闸段分别作为计算单元。对于未作分段的水闸，则以整个闸室作为计算单元。（2）岸墙、翼墙：可取单位长度作为计算单元。对于设有横向永久缝的岸墙、翼墙，取分段墙体作为稳定计算单元。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 2、基底应力计算 闸室、岸墙和翼墙基底应力应根据结构布置及受力情况，分结构对称和不对称情况分别计算。计算公式参见水闸设计规范公式（7.3.4-1）或（7.3.4-2）。3、稳定性计算 水闸闸室应计算抗滑稳定性和抗浮稳定性，岸墙和翼墙应计算抗滑稳定和抗倾稳定。此外，还应划分地基和基础的不同

14、情况进行复核，一般分为土基、粘性土地基和岩基。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题（1）抗滑稳定性计算 土基上水闸闸室、岸墙和翼墙基底面的抗滑稳定安全系数可按水闸设计规范公式（7.3.6-1）或（7.3.6-2）计算。粘性土宜按公式（7.3.6-2）计算；对于土基上采用灌注桩基础的水闸，验算沿闸室底板底面的抗滑稳定性，应计入桩体材料的抗剪断能力；岩基上的水闸闸室、岸墙和翼墙基底面的抗滑稳定安全系数按水闸设计规范公式（7.3.6-1）或（7.3.8）计算。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题（2）闸室抗浮稳定性 按水闸设计规范公式7.3.16计算。（3）翼墙抗倾稳定性 岩基上翼墙的抗倾稳定安全系

15、数，按水闸设计规范公式（7.4.8）计算。三、成果判断与分析三、成果判断与分析 1、土基上的闸室基底应力及抗滑稳定安全系数应满足水闸设计规范第7.3.2条之规定。2、岩基上的闸室基底应力和抗滑稳定安全系数应满足水闸设计规范第7.3.3条之规定。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 3、闸室的抗浮稳定安全系数应满足水闸设计规范第7.3.16条之规定。4、岸墙和翼墙的基底应力、抗滑稳定、抗倾稳定性判别：当其地基为土基时要满足水闸设计规范第7.4.2条之规定；当其地基为岩基时应满足水闸设计规范第7.4.3条之规定。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题第七节 结构计算 水闸工程包括结构构件种类较多，如

16、闸底板、闸墩、胸墙、涵洞、工作桥、交通桥、启闭机房、翼墙、岸墙等。各类构件的计算方法可参照水闸设计规范及其他相关规程规范进行复核计算。其中闸底板内力计算较为复杂，要考虑地基的不同情况分别采用不同的地基反力假设进行计算。本部分重点对闸底板内力的计算方法进行说明。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 一、反力直线法一、反力直线法 假设底板下的地基反力沿顺水流向呈梯形分布，在垂直水流方向呈均匀分布。该方法的优点是计算简单，缺点是未考虑底板与地基的变形协调，不计边荷载对底板内力的影响，不适宜于大、中型水闸。其计算步骤为：1、确定荷载组合：设计洪水、校核洪水、检修情况。2、计算闸基的地基反力：按结构稳定

17、计算中的公式进行。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 3、计算不平衡剪力分配：不平衡剪力的产生是由于截取单宽后，基底上的荷载与地基反力之间存在着差值所致。不平衡剪力的平衡是由脱离体两侧闸墩和底板截面的剪力差来平衡，剪应力之和的差值即为不平衡剪力。不平衡剪力如按S-Y剪力曲线（或称yb剪力曲线）的方法分配，比较麻烦，一般情况下，可按底板分配10%15%不平衡剪力、闸墩分配85%90%不平衡剪力直接进行分配。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 4、确定作用于板条上的荷载：包括作用于板条上的底板自重、水重、扬压力及分配配给底板的不平衡剪力、闸墩传给底板的集中力（包括分配给闸墩的不平衡剪力）。5、

18、按照材料力学方法求解底板内力。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 二、弹性地基梁法二、弹性地基梁法 当水闸地基为粘性土地基或相对密度大于0.5的砂土地基，可采用弹性地基梁法。当采用弹性地基梁法计算闸室底板应力时，应考虑可压缩土层厚度与弹性地基梁半长之比值的影响，当比值小于0.25时，可按基床系数法计算，当比值大于2.0时，可按半无限深的弹性地基梁法计算，当比值为0.252.0时，可按有限深弹性地基梁计算。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 岩基上的闸室底板应力分析可按基床系数法（文克尔假定）计算。弹性地基梁的计算步骤：（1）确定荷载组合；（2）计算地板地基反力；（3）计算板条上的不平衡剪力

19、分配值；（4）确定板带上的计算荷载。作用在板带上的荷载一种为均布荷载，包括底板自重、水重、扬压力及分配给底板的不平衡剪力；另一种为闸墩传给底板的集中荷载（包括分配给闸墩的不平衡剪力）。此外，应计算边荷载。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题 与设计时的情况不同的是，水闸经过长期运用后，地基沉降和变形已基本稳定，底板自重与地基之间已形成平衡，因此，一般情况下板带的荷载不考虑底板自重。但如果计算出来的均布荷载为负值时，但仍应计及底板自重的影响，考虑底板自重比例的大小以基底面上的均布荷载等于零为限度。（5）计算底板内力：由于链杆法计算比较麻烦，一般可采用华东水利学院等编制的郭尔布诺夫波萨多夫法计算表格进行查算。病险水闸除险加固工程设计中的相关问题