四女寺樞紐北進(jìn)洪閘工程防洪分析

1主5北進(jìn)洪閘四關(guān)寺樞紐工程位于山東省武城縣魏運(yùn)河下游，是控制魏運(yùn)河洪水和瀝水的水利工程。該樞紐包括北進(jìn)洪閘、南進(jìn)洪閘、南運(yùn)河節(jié)制閘和船閘,其中北進(jìn)洪閘位于該樞紐節(jié)制閘與南進(jìn)洪閘之間的岔河進(jìn)口處,右側(cè)與南進(jìn)洪閘相聯(lián),左側(cè)與節(jié)制閘相接。北進(jìn)洪閘為二級(jí)建筑物,完建于1973年,設(shè)計(jì)行洪流量2080m3/s,強(qiáng)迫行洪流量2880m3/s,設(shè)計(jì)排澇流量835m3/s。共12孔,每孔凈寬10m,總凈寬120m,總寬137.4m。其中,閘中間8孔采用反拱底板,為等截面圓拱,拱厚1.0m,半徑6.216m.矢高0.932m,矢跨比1/7。整體式底板厚1.8m,兩孔一聯(lián)。反拱底板與整體式底板間設(shè)有伸縫縫用縫墩分開。底板順?biāo)飨蛉L22m,中墩厚1.4m,縫墩厚2.4m,邊墩厚底部2.0m,頂部1.2m。2閘室底板及斜坡段過流面表層混凝土裂縫該閘建于1973年,至今已運(yùn)行了近30年。其間,由于閘底板淤積嚴(yán)重,水下部分未進(jìn)行過徹底的檢查。1999年3月31日,漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局對(duì)該閘底板及上游鋪蓋進(jìn)行了檢查,發(fā)現(xiàn)底板表面有26條裂縫。同年5月,又對(duì)該閘進(jìn)行了清淤檢查,發(fā)現(xiàn)閘室底板及斜坡段過流面表層混凝土有裂縫各14條,主要為順?biāo)鞣较虻目v向縫,以第5、6、7孔閘室的底板較為嚴(yán)重。在所有的裂縫中,均發(fā)現(xiàn)有冒水、滲水現(xiàn)象。為此,1999年4月13日至5月13日委托天津勘測設(shè)計(jì)研究院對(duì)鋪蓋及閘底板進(jìn)行了物探檢測。結(jié)果表明,除表面原來存在的裂縫外,還有新的裂縫,且推斷反拱底板內(nèi)部有裂縫存在。為了更深入地了解反拱底板的裂縫情況,2000年3月初漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局對(duì)該閘底板再次進(jìn)行清淤檢查,發(fā)現(xiàn)底板水平段裂縫增至14條,總長8lm;斜坡段裂縫也增至14條,總長71.13m。其中,第6孔與第10孔未發(fā)現(xiàn)裂縫,第5孔與第7孔在反拱底板中間部位有順?biāo)飨蛄芽p,縫長約22m,裂縫中有水冒出。3原因分析3.1混凝土裂縫發(fā)育深度經(jīng)檢查,該閘中間8孔底板均不同程度開裂。通過對(duì)閘底板混凝土裂縫分布及開展情況的勘察、檢測,發(fā)現(xiàn)有如下特點(diǎn):(l)從整個(gè)12孔閘室看,表層混凝土裂縫有近似對(duì)稱分布的規(guī)律。中部第5孔與第7孔閘室底板裂縫最明顯,向兩側(cè)漸弱。(2)從孔內(nèi)及地面不同方法的聲波探測結(jié)果看,表層混凝土裂縫的發(fā)育深度應(yīng)大于10cm;物探結(jié)果表明,反拱底板下部混凝土波速值較低,混凝土質(zhì)量相對(duì)上部較差。(3)從閘室鉆探情況看,裂縫在表層0.18～0.26m厚的混凝土板中是貫通的。中間8孔反拱底板閘室中,第5孔和第7孔閘室底板表面混凝土裂縫均縱貫整個(gè)閘室,規(guī)模、形態(tài)相近;拉梁中部均產(chǎn)生了垂直裂縫,反拱中部裂縫沿水平向縱貫整個(gè)閘室,張裂面寬度在1mm左右,裂縫走向與拉梁及上部混凝土裂縫均基本重合。而其兩側(cè)的第3、4、8、9、10孔閘室,表面混凝土板雖出現(xiàn)了不同程度的裂縫,但下部反拱混凝土部位均未發(fā)現(xiàn)明顯破裂結(jié)構(gòu)面。從第5和第7孔閘室反拱底板的鉆孔混凝土芯看,裂縫垂向延伸至反拱底板混凝土下部,開裂一般都比較深,部分已經(jīng)貫穿。3.2滲透穩(wěn)定性分析與基礎(chǔ)相接觸部位地基土為非管涌性粘性土體,該土層具有較好的滲透穩(wěn)定性。注水試驗(yàn)結(jié)果表明,“混凝土/土基”之間接觸關(guān)系是良好的,且建筑物經(jīng)多年運(yùn)行后地基土得到進(jìn)一步固結(jié)。3.3反拱底板混凝土開裂,鋼模板設(shè)計(jì)中存在的問題根據(jù)地質(zhì)勘察檢測成果、反拱底板復(fù)核計(jì)算成果和管理部門觀測資料分析,導(dǎo)致裂縫的原因主要有如下幾方面:(1)結(jié)構(gòu)分塊尺寸過大。該閘閘室每孔凈寬10m,中墩厚1.4m,縫墩厚2.4m。中間8孔采用反拱底板,與兩側(cè)整體式底板用縫墩分開。中間閘室為8孔一聯(lián)整體式結(jié)構(gòu),沒有分縫,以致該閘室段寬達(dá)92.2m,而閘室長僅為22m,寬長比為4.19。分塊尺寸過大和寬長比偏大,對(duì)溫度應(yīng)力和基礎(chǔ)不均勻沉降適應(yīng)性差,從而在橫向上產(chǎn)生了應(yīng)力向中部集中的現(xiàn)象,這是導(dǎo)致反拱底板混凝土開裂的主要原因。(2)天津水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院復(fù)核計(jì)算的結(jié)果與1972年擴(kuò)建時(shí)的計(jì)算結(jié)果基本一致,盡管拱頂有拉應(yīng)力存在,但僅需配置構(gòu)造鋼筋即可滿足設(shè)計(jì)要求。(3)經(jīng)分析,反拱底板中的溫度應(yīng)力是總應(yīng)力的主要部分。該閘地處黃河以北,氣候寒冷。隨著季節(jié)的變化,當(dāng)反拱底板溫度逐漸降低時(shí),反拱中出現(xiàn)的拉應(yīng)力不可忽視,加之反拱底板未配置構(gòu)造鋼筋,極易造成混凝土開裂。(4)地基土體不均一產(chǎn)生的不均勻沉降亦是導(dǎo)致反拱底板產(chǎn)生裂縫的重要因素。(5)施工過程中,反拱底板混凝土澆筑后兩側(cè)閘墩未能同時(shí)澆筑,形成不均衡加載,也是造成反拱底板出現(xiàn)局部裂縫的原因之一。綜上所述,反拱底板混凝土開裂不是單一因素造成的,而是多種原因綜合作用的結(jié)果。這些裂縫的存在,對(duì)地基的滲流穩(wěn)定將產(chǎn)生較大影響。4加強(qiáng)措施4.1表內(nèi)混凝土板裂縫處理及門前地板裂縫處理沿裂縫頂部鑿槽,形成寬10cm、深5cm的V型槽,采用改性環(huán)氧砂漿封閉。4.2孔距及水泥漿漿將反拱底板上部混凝土與其它填料全部拆除,然后對(duì)反拱底板進(jìn)行基礎(chǔ)接觸灌漿處理,以防地基土體沿裂縫產(chǎn)生滲透破壞。灌漿孔孔距2.0m,排距2.0m,鉆透底板。漿液采用水泥漿液。對(duì)反拱底板裂縫處理