1 工程现状的调查分析 1.1基本情况 1.1.1工程概况
永丰闸坝位于长沙市浏阳市文家市镇永丰村，是湘江支流潭水河即南川河上的一处中型水闸。水闸距文家市集镇1km，紧依大文公路。永丰闸坝控制集雨面积约120平方公里，多年平均降雨量1650mm，河道干流长42km，坡降为15%。
永丰闸坝是1957年建设的木闸，三合土闸坝，主要功能是灌溉。1969年冲毁重建，1978年洪灾冲毁后在三合土的基础上，用砼加固，1988、1998年先后进行大修，1982、1985、1992、1996、1997、2002、2004、2005、2006、2007、2008等年份进行了十余次小修。 1.1.1.1枢纽主要建筑及其特性参数
闸坝枢纽工程主要由拦河坝、水闸、电站、灌溉渠系等建筑物组成。闸坝总长53m。
1 工程等级与防洪标准
闸坝原设计下泄流量115m3/s，校核流量216.6 m3/s。根据国家《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL258-2000）等规定，永丰闸坝枢纽工程为III等工程，其主要建筑物工程等级为4级，正常运用洪水校准为10年一遇，非常运用洪水标准为20年一遇。
2 闸坝结构尺寸(具体见永丰闸平面、纵、横断面图) 1）泄洪闸段
泄洪闸分10个闸室，每个闸室2.2m，全长22m。中间设隔墩9个,墩宽0.4 m,墩高1.05 m,总泄水净宽18.4 m,分别布10扇闸门,最大宽度为2 m。8扇布于中间,最小宽度为1.2 m，2扇布于两端,闸门净高为1 m。泄洪闸两端连接非溢流坝。顺流水方向长8.3 m。
泄洪闸坝分三层砌筑，下层为松树桩基夹铺块石；中层为三合土，上层为砼抹面，俗称“金包银”。坝顶高程96.64）m，坝底高程94.64m,最大坝高2m，下游坝底高程93.44 m。坝顶最宽处10m，窄处6m，呈扇形。一般断面:上游垂直，坝顶宽0.78 m,下游坡为1：7.52，坝总
长53 m.坝顶装有10扇四铰水力自动翻板木闸门。闸室闸门宽2—1.2m两种，门高1.0m，厚0.07m；闸门顶高程96.76闸墩间距为2—1.2m，墩高为1.05m，宽为0.4m。
水闸下游未设消力池和护坦。
2）冲砂闸段（现无，原有。在1997年上游桥梁恢复过程中，为保桥墩稳定，用砼筑实，由于洪水过大，桥梁在1997年恢复后，2000年又被水毁，后移位至坝下游新建一座桥梁）
3）拦河坝段
拦河坝总长53 m,其中溢流坝段宽(泄水闸门)22 m,
拦河坝非溢流坝段为折线形，位于闸坝两端，坝段左侧宽24.5m，坝顶宽0.6 m, 沿踏步而下至斜坡连接溢流南面 ,右侧宽6.5m，坝顶宽0.4 m，沿踏步而下至溢流坝断面。非溢流坝总宽31 m。坝顶高程97.64m，坝基高程93.44m，最大坝高4.2m（不包括坝松基）。拦河坝上游面垂直，闸坝面坡度为垂直，下游边坡1：7.52。
4）灌溉分水闸
灌溉分水闸位于坝左端, 进口底宽4m,由于基础不牢固，1997年大洪水中被冲毁。分水闸流量为50m3/s，灌溉面积0.35万亩。同时，水闸下游在2006年新建一所电站，装机容量为2组×125kw，实际发电量为30kwh。闸门现尚末恢复,上游渠道出现险情.故必须尽快恢复。
1.1.1.2主要效益
水闸主要功能以灌溉为主，兼防洪、发电。
1 灌溉：原设计灌溉面积1万亩，全部为自流灌溉，现实际灌溉面积3500亩。
2 防洪：保护清江水库渡槽、大文公路、桥梁、文市集镇等，保护人口3.3万人。
3 发电：电站装机2×125kw，年发电量30kwh。 1.1.2设计与施工情况
1.1.2.1工程设计与施工的简要过程
南川河流域是一块红色土地，这里是秋收起义会师地。由南川河哺育发展的文家市镇，既是一个红色旅游集镇，也是一个工业重镇，拥有
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150家乡镇企业，财税过亿元。
永丰闸坝一直以来由乡镇管理，由于辙区并镇搬迁和人事的变动等原因，原水闸资料既无原始设计资料，又无竣工资料，当年的设计及施工情况只能根据施工人员回忆确定。此次的数据均为2008年12月实测数。
综上所述，永丰闸坝的设计与施工总体上共分三个阶段：第一阶段：1957年河道拦水闸及永丰渠进水闸建设，主要材料是松桩和石料、三合土。第二阶段是1969年，由于水闸被洪水冲毁，仍用三合土重建。第三阶段是1978年坝面用砼加固。
1 1957年河道水闸建设情况简介 1）工程审批过程：无
2）工程设计情况：由原文家市公社管理委员会负责组织设计施工(土法设施)。当时设计水闸由泄水闸、冲砂闸、分水闸、渠系组成，其中：泄水闸为10扇1×2.2m（高×宽）(含墩宽0.4 m在内)，冲砂闸1孔1×2.5m（高×宽），坝左分水渠分水闸2扇1×1.5m（高×宽）。
3）河道拦水闸的施工正值大跃进时期，受当时条件的影响 工程施工采用大兵团作战、日夜施工的方法；砌筑材料主要采用三合土（石灰、黄泥、砂子、青砖）；由于河床深达10余米，无法清基到底，采用松桩固基，把松柴打捆垫底，块石堆砌，再用三合土固定。由于设计和施工均存在问题，永丰闸坝非常不牢固，存在着严重的工程隐患，其中坝体、坝基渗漏问题尤其突出。
2 1969年水闸重建情况简介 1）重建缘由
1969年6月洪水导致25m泄水闸被冲毁，分水渠的分水闸被完全损坏、堤防被冲垮240m。
2）工程设计情况
同年文家市公社组织专家对永丰闸坝水毁原因进行了调查分析，认为永丰闸坝水毁的主要原因是水闸上游湾道过急，成90度直角弯，对坝体形成巨大冲击力。决定将坝稍下移并调整15度方位，分减洪水压力。
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3）施工情况
本阶段工程施工由于材料等原因，仍用上一次方法，用松木桩基、在木基上用块石、三合土填筑坝体，坝面用10厘米砼包裹。采用大兵团作战的方法，一鼓作气砌筑而成的。坝基及坝体一直渗漏严重。
3 1978、1998年砼闸加固情况
1978年洪水将水闸冲毁。在修复水损的基础上，在原闸坝上加辅30cm砼。由于坝基基础不稳，三合土质量差，造成大坝渗漏严重，部分地方出现裂痕和管涌，累坏累补，修修补补直至现在。1998年被洪水冲毁后在原基础上用砼再次加固。
4 灌渠及电站建设情况
电站位于分水闸下游，装机两台，装机容量为250kw。由于水闸关不死水，造成电站正常运行只有4-5个月（丰水期）。渠道灌溉效益只能达到40%左右。
2008年洪水，由于水闸不能自动开启调节，而分水闸与1997年被洪水冲毁后一直未重建，洪水来临时，洪水大量涌入分水渠，冲毁永丰渠道300余米，造成直接经济损失200余万元；导致新建电站挡水墙、护坡等出现裂痕。
5 河床及消力池情况
河床为U型，全部为红岩，U型槽底部与闸坝顶高差大于11.8米，（高差推算如下：坝高4.2m，在下游中心曾开挖桥墩（1998年），挖深6米，再用2米炮钎未探到底，故高差大于12m。因高差无法探到，设计的平板桥改为石拱桥。）
因地形地质与资金的限制，未设置消力池。
经测量和推算，冲刷至坝踵坑宽41m，顺水流长30m，最大深度为3m。
闸坝维修重建情况 维修 年份
损损毁部分 毁水闸数 - 4 -
处理措施 存在问题
1957 1969 1978 1982 1985 1988 1992 1996 在原柴坝的基础上改建 全部冲毁只留左右两翼 水毁严重、闸道全毁 坝冲刷悬空 右侧护坡塌方 腐蚀并被冲毁 坝渗漏严重 木闸门腐蚀、渗漏 0 1改建三合土坝 重建调整角度 砼加固扩建 闸坝基础加固 松桩、块石护砌 由于资金限制，闸坝一直靠修修补补，没有彻问题： 1、基础不牢； 2、坝体严重渗漏； 3、无消力池造成闸坝基脚悬空； 4、闸门为木质闸门，易腐蚀易失效。 9 0 0 10 1 全部重建 底解决四个坝面全面砼加厚 更换8扇闸2 门、坝体部分加固 黄泥袋拦水灌溉（因上游9 修桥闸坝在第二年重建）冲砂闸被毁 1997 大水冲毁桥梁、坝、闸门 1998 2002 2004 2005
洪水全冲毁 面板破烂不堪，渗漏 闸坝踵部部分受损 闸坝踵部又毁 - 5 -
重建 面板加固 部分加固 加固
2006 2007 2008 闸门腐蚀 闸坝渗水 闸门不能打开 10 1 全部更新 面板加固、防渗处理 修墩、轴 1.1.3技术管理情况
1.1.3.1技术管理制度执行情况
永丰闸坝技术管理原由文家市镇永丰坝管理领导小组负责管理；现在由文家市镇水管站负责管理。目前建立有工程管理制度、防汛值班制度、电站运行管理制度、抗旱水源调配制度等各项规章制度。由于技术力量薄弱、资金短缺，永丰闸坝管理较差。
1.1.3.2水闸运行情况 表1.1-1
永丰闸坝遭遇较大洪水时水闸调度情况统计表 时间 日） 1979 1980 1981 1982 19
开启闸数（扇） 上下游水闸门开游水位 位 度 （m） - 6 -
水位差 (m备注 ) 闸顶高程96.76m 闸坝高程95.76m 闸坝踵部高程（年月门(m) 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开
83 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 19
93.76m 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 0 不能开启 - 7 -
10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开
98 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 10 全开 0 不能开启 原建水闸和重建水闸的设计和施工都存在一定的质量问题，加上水闸经常在超标准洪水情况下运行，在五十多年运行中，水闸出现了不同程度的安全隐患，有些安全隐患得到了应急处理，但由于资金缺乏，水闸还存在较多隐患没有得到彻底处理，致使永丰闸坝处于带病运行状态。
1 水闸运行
1978年至2008年上下游水位见表1.1-1。
从上表可知，永丰闸坝在30年中有25年超标准运行。两次闸门无法启动。由于修坝加高，水位逐渐升高，上游农田受淹越来越大，2008
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年有100余亩农田受淹（洪水）。
2 分水闸运行
1997被洪水冲毁后一直未重建。 3 渠道及电站运行(引水渠下游出险)
渠道由于多种原因，现有效灌溉面积只有3500亩。2008年洪水，由于分水闸未恢复，导致洪水灌入渠道，使渠道上下受到洪水无情侵袭，完全损毁渠道达256米，电站挡墙及护坡出现裂缝，直接经济损失达200余万元。由于新建电站挡水墙、护坡等出现裂痕，2008年发电量仅为30kwh，只有设计功率的12%。
1.1.3.3水闸运行期中出现的问题及处理措施 1 水闸水毁与重建
闸门修复情况统计表 维修 年份 损毁部分 损毁闸门 处理措施 修复后问题 195在大原柴坝的基础上7 改建 改建三合土闸坝 10 196全部冲毁只留左右两9 1978 1988 1992 1996 1997 199
翼 水毁严重、闸道全毁 重建调整角度 由于资金限制，闸坝一直靠修修补补，没有彻底解决四个问题： 1、基础不牢； 2、坝体严重渗漏； 3、无消力池造成9 砼加固扩建 10 腐蚀并被冲毁 全部重建 坝渗漏严重 1 坝面全面砼加厚 闸门腐蚀、渗漏 2 更换8扇闸门、坝体闸坝基脚悬空； 部分加固 4、闸门为木质闸易腐蚀易失效。 黄泥袋拦水灌溉（因上门，大水冲毁桥梁、坝、闸门 洪水全部冲毁 9 游修桥闸坝在第二年重建）冲砂闸被毁 - 9 -
重建 8 2006 2007 2008 闸门腐蚀 10 1 全部更新 面板加固、防渗处理 修墩、轴 闸坝渗水 闸门不能打开
1957年建设，1969年水毁重建（三合土），1978年水毁重建（在三合土基础上砼加固），1998年水毁修复。通过重建和修补，保障了3000余亩农田灌溉，保护了清江水库渡槽、下游桥梁、公路等基础设施。
但由于水闸的设计和施工均存在一定问题，未进行闸坝安全及下游消力池防冲设计，同时施工中无法全部清基到岩基，基础落在松树墩上,闸坝采用三合土砌砖块石砌筑，致使水闸多年运行中出现闸体、闸基渗漏等现象。由于修补加固累积，坝体逐年加高，河道两岸又无任何防护措施，致使两岸农田受洪水影响加大，受淹面积逐年增多。
2闸门 1）泄水闸门
1957年原建水闸和1969年重建水闸泄洪闸拦水设施为木质插板闸门，由于木质插板数量较多，操作不方便。1978年改为自动翻板木质闸门。自动翻板闸门的特点是：闸门能根据上游水位变化自动开启和关闭，水闸的运行及管理较以前大为方便。木质闸门成本低，但存在易腐蚀，使用寿命短；易漏水，干旱季节分水闸入水量不足；支铰易锈蚀，造成无法自动翻板。
3）分水闸门
1969、1978、1998三次被冲坏，三次修复。 3 下游冲刷
经水管站检测，水闸下游受洪水冲刷形成冲刷坑，冲刷坑平均深度约2m，最大深度约3.5m，冲坑离坝踵距离约2米，冲刷坑最长约30m，
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宽约41m。由于缺乏资金，未对冲刷坑采取任何措施，严重危及闸坝安全。
4 闸体、闸基渗漏情况
虽经多次翻修，但仍有闸基落在松柴上、坝体填筑材料仍为三合土石块基础，坝基渗漏不断。1998年修复后，当年无集中渗漏现象，2000年又出现管渗1处，最大渗流量达1.5L/s，2008年渗流量加大至3L/S,现在坝前采取黄泥土铺盖等方法阻渗,但效果不明显.
5 闸坝砼构件裂缝破损及加固
闸坝砼构件裂缝、破损、砼脱落剥蚀严重。严重威胁着水闸安全运行。
2008及最近几年洪水又对闸门有些损坏，目前泄洪闸门存在的问题逐年增多。
② 冲砂闸门
冲砂闸原建于1958年，共2孔，其闸门原为木质插板闸门，采用人工启闭，运行中存在下面几块插板无法开启等问题，不仅影响水闸正常泄洪，而且还导致冲砂闸上游淤积严重。后被洪水冲毁，一直未重建，闸门所在坝段改为非溢流坝段。
3）下游冲刷
1986年冬季检查发现非溢流坝段（左边）护坦砼被冲毁，浆砌石部分也部分毁坏。1986年11月，对该处护坦水毁进行局部修复，当时对冲坑部位采用浆砌石回填后，再用30cm砼护面。
1989年6月水闸下游河床受洪水冲刷形成冲刷坑，冲刷坑平均深度约1m，最大深度约2.0m，冲坑离坝踵距离约5m，冲刷坑最长约6m，宽度约90m。同年12月管理处对闸下游冲刷坑进行了加固，但由于资金缺乏，当时只对非溢流坝段（右边）下游(26.2×4m)范围进行了加固，加固措施还是先对冲坑采用浆砌石回填，然后采用30cm厚砼护面。第二闸段则未作处理，经多年运行，水闸冲刷坑面积及深度逐年增加，2003年冬季检查发现冲刷坑长度已达12米以上m，宽度40～70m，冲坑距坝踵距离仅3m，危及闸坝安全。
4）闸体、闸基渗漏情况
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1999年，非溢流坝段及1#、3#、4#、5#、7#闸段下游侧发现有集中渗流现象。2003年9月12日下午3时发现4#闸下游侧存在集中渗漏现象，南川河闸现管理处派技术人员对渗漏情况进行了仔细观测，发现水闸下游存在5处集中渗漏点：非溢流坝坝脚（桩号0+05.25）坝脚集中渗漏点1处，渗漏量目估值约3L/S；2#溢流闸（桩号0+09.25）闸脚集中渗漏点1处，渗流量约4L/S；4#溢流闸（桩号0+013.45）闸脚集中渗漏点1处，渗流量约6L/S；5#溢流闸（桩号0+16.64）闸脚集中渗漏点1处，渗漏量约5L/S；7#溢流闸（桩号0+22.45）闸身集中渗漏点1处，渗漏量约4L/S（观测时上游水位为96.76m，下游水位为95.59m）。通过对不同的上下游水位情况进行了多次观测，发现闸坝上下游水位差为1.2m时，下游开始出现集中渗漏，渗漏量随上下游水位差的增减而增大或减少。当时采取上游抛填粘土铺盖的方法的防渗措施处理，但效果不太理想。
表1.1-2 永丰水闸渗流观测成果统计表
渗漏点 序 号 1 2 3 4 5 合计 位置 非溢流坝段 溢流闸3# 溢流闸4# 溢流闸5# 溢流闸7# 桩号 0+05.25 0+09.25 0+13.45 0+16.64 0+22.45 部位 坝脚 闸脚 闸脚 闸脚 闸身 渗漏出现时上 下游水位差 (m) 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 渗流量(L/S) 2003年 3 4 6 5 4 22 备注 渗漏量随上、 下游水位差增大而增大 经过多年运行，闸坝集中渗漏处数逐年增多，渗流量也逐年增大。由于资金缺乏，1999年至今未对永丰水闸渗漏问题进行处理。2003年9月，管理处对永丰水闸的渗漏量进行了观测，观测时水闸上游水位96.76m，下游水位95.59m，观测成果详见表1.1-2。
5）闸坝砼构件裂缝破损及加固
2003年9月15日，发现坝身溢流面板存在裂缝，主要为：纵向裂缝6条，长0.6-2.8m，宽6-8mm；横向裂缝7条，长0.8-2.5m，宽6-7mm。同年12月对出现闸墩裂缝的部位进行加固。但从运行效果来看，以前多次加固处理并没有彻底解决问题。1999年以来，陆续发现闸坝砼结构件裂缝、破损、砼脱落剥蚀严重。严重威胁着水闸安全
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运行。
6）水闸左岸分水渠道土堤滑坡治理
1 水闸左岸上游分水渠道堤防滑坡及处理 ○
永丰水闸左岸河堤上游有一分水渠道，该渠道主要作用为发电及灌溉，堤顶高程96.80m，堤高94.0m，堤顶宽约1m，堤外坡1∶1.5, 渠道护砌为浆砌石挡墙。该段渠道挡墙在多年运行中堤外坡局部存在散浸，而且滑坡险情时有发生。其中2008年7月，挡墙全部被洪水冲毁造成土堤塌方，面积约200m2，方量500m3，同时造成发电站前护坡出现裂痕。由于抢险及时，该次险情未给人民群众生命财产造成大的损失。
由于资金缺乏，管理处没有对上游分水渠道塌方部位进行相应处理，也未对堤防挡墙进行重建，土堤安全隐患未能彻底根除。
1.1.4 工程安全状态初步分析 1.1.4.1 工程安全状态现状
永丰闸坝位于长沙市浏阳市文家市镇永丰村，是湘江支流潭水河即
南川河上的一处中型水闸。水闸距文家市集镇1km，紧依大文公路。永丰闸坝控制集雨面积约120平方公里，多年平均降雨量1650mm，河道干流长42km，坡降为15%。
永丰闸坝是1957年建设的木闸，三合土闸坝，主要功能是灌溉。1969年冲毁重建，1978年洪灾冲毁后在三合土的基础上，用砼加固，1988、1998年先后进行大修，1982、1985、1992、1996、1997、2002、2004、2005、2006、2007、2008等年份进行了十余次小修。
永丰水闸是“大跃进”和文革年代的产物，由于当时资金少，材料短缺，设计不尽合理，施工土法上马，造成先天不足。进入八十年代，永丰闸坝一直以来由乡镇管理，由于辙区并镇搬迁和人事的变动等原因，对水闸进行维修加固的投入日益减少，致使工程年久失修。1998年被洪水冲毁后，虽然南川河水利工程管理处针对水闸中出现的部分问题采取了一定的应急处理措施，但由于资金短缺，水闸存在的大部分病险隐患未得到彻底治理，因而未能从根本上根除水闸的病险隐患。水闸存在的病险隐患严重威胁着水闸的安全及水闸效益的发挥，目前永丰水
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闸处于控制运行状态。目前水闸存在的主要问题有：
a）水闸泄洪能力不够
水闸原设计下泄流量115m3/s，校核下泄流量216.6m3/s。根据1991年以来的水闸调度运行情况分析，原设计采用的洪水频率标准偏低，采用的资料精度不高，致使水闸泄流孔口设计尺寸偏小，几乎每年出现洪水漫顶现象。由于堤顶高程偏低，每年洪水季节左岸河堤均出现漫顶现象，长500m，淹没农田面积达3000亩，给附近群众造成了较大的经济损失。据测算，2002年该处河堤漫顶造成直接经济损失约120万元。
b）砼结构老化破损、裂缝严重 1）闸门破损严重
① 泄洪冲砂闸闸门：原有，后被洪水冲毁，一直未重建。因无原始资料，不能查明详细尺寸。
② 木质水力自动翻板门：共10扇，存在的主要问题有：闸门砼破损严重，10扇闸门中左上角缺损的有2扇、左右上角均缺损的有4扇、左右上角及门叶中部破损的有1扇、此外1～6＃闸门支墩表面砼剥蚀严重；所有闸门铰支座均锈蚀严重，部分铰支座锈蚀卡死，无法正常启闭；大部分闸门止水橡皮老化脱落，闸门关闭不严，漏水严重；闸门支墩缓冲橡胶均脱落，给闸门安全运行带来严重威胁。25孔自动翻板闸门为预制钢筋砼板拼装结构，多年运行导致金属构件锈蚀严重，特别是主钢轴严重锈蚀，强度降低而变形，已严重影响到自动启闭和自身的稳定。由于维护费用缺乏，水力自动翻板门存在的问题日益严重，1998年6月13日，就有5扇自动翻板闸门被洪水冲毁，导致“双抢”抗旱时不能正常供水。
c）闸体、闸基渗漏严重
1999年，非溢流坝段及8#、9#、15#、16#闸段下游发现有集中渗流，总渗流量19.5L/s。通过对不同的上下游水位情况进行了多次观测，发现闸坝上下游水位差为1.5m时，下游开始出现集中渗漏，渗漏量随上下游水位差的增减而增大或减少。经过多年运行，闸坝集中渗漏处数逐年增多，渗流量也逐年增大。由于资金缺乏，1999年至今未对
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永丰水闸渗漏问题进行处理。2003年7月观测，渗漏点增致7处，总渗流量达27.5L/s。
d）水闸下游河床及岸坡冲刷
1989年6月洪水，致使非溢流坝段（左）与泻洪闸段下游形成冲刷坑，因一直未作处理，冲刷面积不断扩大，冲坑深度不断增加。到2003年冲刷坑最长达10m，宽度40～70m，平均深度达1.0m，冲刷坑距坝踵距离仅3米，严重危及水闸安全。
e）闸上游左岸分水渠渠堤存在较严重的稳定安全问题
闸上游左岸有一分水渠道，当时设计采用重力式浆砌挡墙护坡，由于多次被洪水冲刷冲毁，虽即使修复，但渠堤局部出现渗漏，渠堤顶部土方曾多次出现滑坡。1999年7月6日，分水渠渠堤出现塌方，塌方面积100m2，方量约300m3。由于原滑坡未能完全修复，目前该段河堤堤身凹凸不平，存在较严重的稳定安全问题。
f）水闸由于冲砂闸被冲毁，一直未重建，造成水闸上下游游砂石滞留堆积严重，影响行洪，直接影响到水闸安全。。 1.1.4.2 成因分析
永丰水闸在多年运行中出现上述问题的原因主要分析如下：
1）闸坝砼老化破损及裂缝
闸坝砼构件出现裂缝主要原因有：闸坝的建设标准太低，施工时大量采用的时三合土砌块石，根本不符合现代建筑的要求，且施工中存在座浆不实的问题；砼施工质量较差，加上三十多年运行致使砼老化破损，裂缝露筋锈蚀；基础处理不彻底，致使闸坝产生不均匀沉陷而产生局部拉应力集中，形成裂缝；另外，闸坝（包括闸墩）拉应力区配筋不够，也是部分裂缝产生的原因之一。
2）坝体和坝基渗漏原因分析
主要原因是因施工质量较差引起：一是因坝体为三合土砌石结构，经多年运行，在渗压水头长期作用下，砌体胶结材料（三合泥）已不复存在，砌体等同于干砌块石体，而且坝体内部存在渗流通道；二是因筑坝时未做彻底清基处理，也未做防渗处理，闸坝直接建在砂卵石基础上，多年运行中，在渗压水有作用下致使闸坝基础出现渗漏通道。
3）水闸下游河床及岸坡冲刷成因分析
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水闸采用底流消能，因未做消力池等消能设施，不同的泄洪流量，产生不稳定的远离水跃，加之河势变化复杂，导致下游河床产生冲刷，形成冲刷坑。
由于水闸下游河床为U行断面，行洪断面较上游大为缩小，且下游300处为河道90。大弯，下游行洪效率大为降低。在未经消能的泄洪水流冲刷作用下，造成对堤脚的冲刷是导致下游岸坡发生垮塌事故的主要原因。
此外，原设计洪水频率标准偏低，致使水闸泄流孔口设计尺寸偏小，水闸长期处于超标准洪水运行状态，也是造成下游严重冲刷的主要原因之一。
4）闸上游左岸分水渠道
闸上游左岸有一分水渠道，当时该段渠堤设计采用重力式浆砌挡墙护坡，由于多次被洪水冲刷冲毁，虽即使修复，但渠堤局部出现渗漏，渠堤顶部土方曾多次出现滑坡。由于资金缺乏，仅对1995年冲毁部分进行了相应处理，其余段未进行加宽加固处理，也未对堤体及堤基进行防渗加固。由于原滑坡未能完全修复，堤身凹凸不平，堤安全隐患未能彻底根除。 1.1.5 结论与建议
1.1.5.1 结论
针对永丰水闸在多年运行中存在的问题及工程安全状态分析成果，永丰水闸处于非正常运行状态，其工程安全状态为C级。 1.1.5.2 建议
建议安全鉴定项目及加固措施如下： a) 现场安全检测项目
1）对闸基及两岸河堤进行地质勘探，确定闸基及河堤土料的基本物理性质，为闸室、河堤的稳定及渗流情况分析提供有关数据；
2）对闸坝各部位砼结构进行砼强度和碳化深度检测。 b) 工程复核计算项目
1）工程等级规模及设计洪水标准复核，洪水复核计算；
2）闸顶和堤顶高程复核计算；
3）对溢流闸段及非溢流闸段闸基及右岸河堤进行渗流复核计算； 4）对溢流闸段及非溢流闸段及右岸河堤进行稳定复核计算；
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5）对闸墩及其他主要结构进行强度及稳定验算； 6）闸下游消能防冲复核计算 c)加固项目
1）对闸基进行灌浆防渗处理，对闸坝体进行充填灌浆处理。 2）新建闸下游消力池及护坦。
3）对闸下游右岸堤防垮塌部分进行浆砌石挡土墙加固（长80m）。 4）对电站前池进行清淤处理，对闸下游河床中砂洲进行疏竣处理。 5）对闸上游分水渠道（桩号D0+000～D0+300）进行加固处理并修筑压浸平台，并进行堤体及堤基防渗处理。
7）老化砼补强、溢流面及溢流闸闸墩修补，闸门更换，更换闸门止水等。
8）拆除重建冲砂闸排架，重建闸门及启闭设备。
11）建立和完善大坝位移、渗漏、裂缝等安全监测设施，加强安全监测，更新水文测报和通讯设施，完善各项规章制度等。 2.4.2 区域地质概况
受永丰灌溉工程管理所委托，我院承担了永丰闸坝安全评价地质勘察工作，主要通过现场钻孔勘探（包括钻孔水文地质试验）、地质测绘，综合利用施工地质资料，从而查明枢纽工程的工程、水文地质条件及存在的问题，综合分析作出永丰闸坝大坝工程质量评价。
本次勘察主要进行了钻探、地质调查与测绘、现场注水、压水试验，于2009年1月3日进场，至1月7日完成了全部野外工作。完成的勘察工作量见表1-1。
勘 察 工 作 量 一 览 表 表1-1 序 号 项 目 名 称 1 1/500大坝地质平面测绘 2 3 1/200大坝工程地质横剖面图 1/200大坝水文地质横剖面图 - 17 -
单 位 km2 工 作 量 0.02 1 1 备 注 条 条
4 5 6 7
钻 孔 注水试验 压水试验 病险情况调查 m/孔 段 段 组日 36.8/3 3 6 5 2 工程区工程地质条件
2.1地形地貌
永丰闸坝坝址位于浏阳市文家市镇永丰村境内,是湘江流域的二级支流谭水河中上游的一处中型河坝，河谷呈V形。河床宽约42m。右岸为农田，地势较平缓,地形高程为154.6m～162.50m,植被发育，坡度较陡, 左岸山地，坡度较陡, 地形高程为166.83m～256.40m, 植被发育，水土保持完好。
2.2地层岩性
坝址区笫四系覆盖较厚, 基岩出露较少, 仅在河床和附近山坡有零星出露, 其岩性为三迭系（E）的紫红色含砾砂岩、紫红色砂岩和青灰色石英砂岩及第四系的冲积层，按地层顺序从新到老描述如下：
a）第四系冲积层（Q4a1）
①分布于大坝左右坝肩少量的人工填土（Qs）：，人工堆积物为褐黄色、紫红色碎石、砂质粘性土, 结构松散。
②分布于河床中的淤泥质粘土: 灰黑色、深灰色淤泥质粘土含少量粉细砂, 见少量有机物, 有臭味, 结构松散。
③分布于大坝左右坝肩粉质粘土：为褐黄色、紫红色粉质粘土,结构稍密, 天然含水量较高。
④分布于河床中的砂卵石层：为紫红色、灰白色,主要成分为石英,最大粒径为6cm, 最小粒径为0.7cm, 分选性差。
b）第四系残坡积物（Qed1）
分布在两岸山坡上的残坡积层, 残坡积层为紫红色、桔黄色含碎石
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砂质粘土, 天然含水量较高。
C) 三迭系（E）：
由钻孔揭露及地面露头观测，闸坝基础及左、右坝肩均为紫红色粉砂质砂岩。较坚硬，厚层状。
2.3地质构造
工程区受新华夏系构造运动影响，有一大型构造带通过工程区,深切河谷, 产状为336°/NE∠57°, 其节理裂隙极为复杂，主要有两组节理, 节理产状为306°/NE∠37°～40°、262°/NW∠61°～65°；岩层产状为32°/NW∠29°～32°。
2.4大坝抗滑稳定地质参数
该大坝存在深层抗滑稳定问题，根据《浆砌石坝设计规范》（SL25-91）和《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999）的有关规定，推荐坝基岩体及建基面抗剪断强度（见表2.6-1）, 土的物理力学指标推荐值(见表2.6-2), 岩石力学指标推荐值(见表2.6-3)
大坝结构复核岩体力学参数推荐值 表2.6-1 滑移面 岩 体 建基面 2.5 水文地质条件 2.5.1地下水类型
坝址区地下水有两种赋存方式：
①孔隙水：发育于第四系砂砾石及粘性土层、松堆积物中，受雨水和地表水控制, 流向河床。
②基岩裂隙水：埋藏于基岩的节理裂隙中, 基岩裂隙水与第四系孔隙水连通性较好,枯水季节地下水补给河水,雨季河水补给地下水2.5.2坝基岩石透水性
坝基裂隙是基岩漏水的主要通道，孔内压水试验透水率q>10Lu, 6段； 透水率q<5Lu, 3段（详见下表2-1），不满足规范坝基透水率q<5Lu的要求。
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f 0.65 抗 剪 断 f’ 0.75 0.65 C’(MPa) 0.30 0.30
永丰闸坝坝体及坝基压水(注水)试验成果表 表2.4-1 钻孔 编号 ZK1 ZK2 ZK3 2.6 地震
根据国家地震局编制的《中国地震动参数区划图》GB18306-2001，坝址区地震动峰值加速度为0.05g的地区，即《中国地震烈度区划图（1990版）》（1:400万）划定的地震基本烈度值<Ⅵ度区。
3 闸坝施工质量及评价 3.1闸坝坝体施工质量及评价 3.1-1大坝基础开挖及处理
a）坝基开挖符合原设计要求，但按现行设计、施工规程规范和主要技术要求，尚有不足。
大坝基础采用树桩至淤泥质粘土层(层厚5.2m)，树桩上面块石铺垫用三合土充填, 但充填不密实, 长期超负荷运行, 渗漏水流将其充填三合土浆液带走而形成管涌, 左右坝肩开挖至粉质粘土层, 坝基渗漏严重, 水平渗透系数为3.0E-4, 垂直渗透系数为2.5E-4。
b）基础开挖处理不满足现行设计、施工规程规范和主要技术要求。黄棠水闸于1957年兴建，1978年重建都是在无详细地质资料的情况
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钻孔 位置 左坝肩 坝顶中部 右坝肩 孔口高程（m） 试段位置 （m） 透水率 （lu） 注水试验 压水试验 注水试验 压水试验 注水试验 压水试验 备 注
下设计施工的。也未对基础进行防渗及固结处理,经30余年运行坝基铺垫层中三合土浆液被渗漏水流带走而形成管涌,涌水量高达15.6L/s。
3.1-2闸坝坝体施工及处理
坝体为堆石坝体(砌筑材料三迭系的紫红色含砾砂岩及青灰色砂岩, 浆液为三合土)表层为砼防渗面板，由于缺乏必要的施工经验和技术，施工质量很差，堆石体三合土浆液不饱满, 堆石三合土充填不密实，强度较低，不能达到设计的要求。在本次勘察工作中钻孔时发现埋石充填浆液不密实，结构较松散，正常钻进时，孔内不返水，往孔内注入机油作指示剂，可发现下游河面很快浮上机油,坝体经30余年运行三合土浆液被带走而形成管涌,表层砼面板出现多条裂缝, 涌水量大于55Lu,因此永丰闸坝坝体需进行固结及帷幕灌浆。
3.2 消力池抗冲刷施工质量及评价
消力池原设计采用综合式消力池，长35m、深0.8m，砼护底厚0.12m，消力槛高0.15m。但由于资金困难，消力池设计方案未实施。造成下游河床由于受洪水冲刷消损严重, 至今大坝实际采用的面流消能方式，大坝下游已形成深达5.2m的冲刷坑(长35.0m, 宽8.0m, 深5.2m的大坑)，冲刷坑已深至坝脚及闸肩基础，严重威胁到大坝的稳定。
3.3 灌溉分水闸施工质量及评价
分水闸兴建于1978年, 位于闸坝左肩部,闸长6.0m, 闸室净宽4.4m,闸顶部高程 96.0 m, 底板高程 94.0m 。闸侧墙墙体为浆(三合土)砌石, 表层为3.0cm的砼防渗面板, 俗称“金包银”结构,底板为15cm的砼砂浆(底板砼砂浆标号低, 且浇注厚度较薄),因施工清基不到基岩,且无垫层,1998年被洪水冲毁,因资金困难,无力重建。
3.4 灌溉明渠施工质量及评价
该段明渠位于灌溉分水闸左岸下游约60m处, 灌溉明渠为一矩形, 宽1.3m, 深2.0m,外用浆砌石0.6m(砼浆标号<100#), 内为砼防渗面板加钢筋砼拉梁,该段明渠修建在大文公路外坡,坡高16m,下临潭水河,渠道修建在松散的堆积填土层上,基础产生不均匀下沉和大文公路边坡的挤压作用,造成明渠墙体和底板开裂,2008年特大洪水,因泄洪闸无法开启,灌溉明渠是唯一的泄洪通道,造成长达256m灌溉明渠全毁,直接经
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济损失高达200余万元。
3.5 闸坝质量检测结果及评价
4 结论及建议
1）根据国家地震局编制的《中国地震动参数区划图》GB18306-2001，坝址区地震动峰值加速度为0.05g的地区，即《中国地震烈度区划图（1990版）》（1:400万）划定的地震基本烈度值<Ⅵ度区。
2）闸坝坝基系闸坝基础及左、右坝肩均为紫红色粉砂质砂岩，由于节理裂隙发育，基岩其中等透水层厚度为 m，特别是沿节理裂隙漏水更严重，闸坝坝体由于运行时间久远, 清缝三合土浆液随渗漏水流带走而形成渗漏通道,建议对其进行防渗处理。
3）受构造的影响，其节理裂隙极为发育, 闸坝下游河床冲刷严重，大部已淘空坝脚，已严重危及闸坝安全运行。建议对其进行加固处理。
4)坝体施工质量很差，浆砌石浆为三合土, 而充填不饱满，砂浆标号低于100#；砌石为三迭系含砾砂岩，该岩石抗风化, 抗冲刷能力差, 强度较低，且施工清不到基岩, 坝体产生不均一下沉, 而坝体出多条裂缝, 坝体现已达不到10一遇洪水设计的要求, 建议对其进行加固及防渗灌浆处理。
5)消力池因资金困难, 砼砂浆标号太低, 加之清基未到基岩, 产生不均一下沉而将消力池底板拉裂, 因施工质量太差,虽经1969年和1978年两次重建, 由于资金困难改造不彻底, 经1996年、1998年两次特大洪水冲刷, 消力池现已全部冲损, 建议重建消力池。
6) 灌溉分水闸因资金困难, 砼砂浆标号太低, 加之清基未到基岩, 产生不均一沉降而将水闸闸墩及底板拉裂, 因施工质量太差,虽经多次修补, 由于资金困难改造不彻底, 被2008年洪水全部冲损, 建议重建灌溉分水闸。
7) 灌溉明渠因资金和施工质量等问题, 加之灌溉明渠基础座落在笫四系松散堆积层上, 产生不均一沉降而将灌溉明渠侧墙及底板拉裂, 被2008年洪水冲毁长达256m, 建议重建该段灌溉明渠。
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综上所述，该工程存在坝体、坝基渗漏及左右坝肩绕坝渗漏和坝体抗滑稳定等问题, 急需对该工程进行整治和配套设施的修复。
2.5 砼结构安全检测
2.5.1工程概况及现状
永丰水闸工程为浆砌石低水头溢流坝，全长约53m。其中：非溢流坝段31m，泄水闸段22m。
永丰水闸工程自1958年竣工以来，一直带病运行，虽然经过多次维修改造，但未能从根本上解决问题。
永丰水闸砼结构存在的问题主要有：
1）闸体施工质量较差，浆砌石体多处被水掏空形成裂缝和孔洞，混凝土强度低，经几十年运行和水流冲刷，其砼表面剥蚀严重，存在较多裂缝及剥落现象。
2）闸门经几十年运行，目前大部分不能正常使用。泄水闸闸门破损严重，铰支座严重锈蚀，大部分不能自动启闭，止水橡皮老化、脱落，大部分失去止水功能，漏水严重， 闸门砼支墩表面剥蚀严重，支墩上缓冲橡皮垫所剩无几。
2.5.2 检测方案与测试方法
2.1检测目的
为确保永丰水闸工程的安全运行，掌握泄洪闸以及相关设施的运行性态，及时发现影响安全运行的隐患，为安全评价提供依据。受浏阳市水利局委托，中南大学土木工程检测中心于2009年1月对永丰水闸泄洪闸以及相关设施进行了检测。
2.2检测范围
永丰水闸枢纽工程主要建筑物有：泄洪闸、溢流坝等。本次检测主要针对该水闸运行中存在的问题，对以下建筑物混凝土结构（含砌体结构、木结构）进行现场检测，查明问题，检测范围如下：
a）泄洪闸：闸门、溢流坝； b）消能设施；
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c）护坡。
2.3检测内容
2.3.1混凝土结构检测（含砌体结构、木结构）
a）混凝土外观检测：①裂缝分布及裂缝长度、宽度、深度和数量；②混凝土剥蚀、空蚀、磨损、孔洞（蜂窝、麻面）、钢筋锈蚀；
b）钢筋保护层厚度及混凝土强度检测：①碳化深度；②混凝土强度；③钢筋保护层厚度。
3检测依据
a）《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23-2001； b）《水闸安全鉴定规定》SL214-98；
c）《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002； d）《混凝土坝养护修理规程》SL230－98； e）《混凝土结构设计规范》GB50010-2002； f）永丰水闸工程的有关图纸及资料。
4检测方法
a）混凝土缺陷；
①裂缝宽度：采用读数放大镜测读。
②裂缝深度：通过结合构件形状、裂缝分布、构件受力情况判断；采用跨缝钻孔法；采用非金属超声波检测分析仪检测；
③剥蚀/空蚀：深度采用深度卡尺测量；面积采用钢尺检测； b）混凝土强度：采用回弹法或钻芯法检测； c）碳化深度：采用钻孔法，利用酚酞试剂检测；
5检测结果
本中心现场对永丰水闸相关设施进行检测，检测结果主要包括: 混凝土结构检测结果（混凝土外观检测结果、混凝土强度检测结果、钢筋保护层厚度检测结果）。
5.1混凝土结构外观检测结果
永丰水闸混凝土结构（含砌体结构、木结构）包括泄洪闸、消能设施和护坡。对油榨滩水闸混凝土结构外观（含砌体结构）裂缝、渗漏、剥蚀、磨损、空蚀数量、分布和几何
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尺寸情况进行普查，检测结果如表5.1-1～表5.1-6。
a）泄洪闸外观检测结果
永丰水闸个泄洪闸由闸门、溢流坝构成。共有10扇木闸门，闸门包括门体、止水、及连接件，溢流坝为木桩三合土外包混凝土结构，对泄洪闸外观进行检测，检测结果如表5.1-1。
①闸门
表5.1-1 闸门外观检测结果 闸门编号 门体 检查项目 检查情况记录 原因分析 闸门体 柔性止水 螺栓 腐蚀严重，底部射流严重 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 砼老老，水流冲刷 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 1# 止水 老化、破损严重 锈蚀严重，已发生锈损 锈蚀严重，已发生锈损，无法启、闭 4处孔洞，最大孔洞尺寸为60×60×20㎜ 支承轴 连接件 支墩 门体 闸门体 柔性止水 螺栓 腐蚀严重，底部射流严重 2# 止水 老化、破损严重 锈蚀严重，已发生锈损 锈蚀严重，已发生锈损，无法启、闭 连接件 3# 门体 支承轴 闸门体 腐蚀严重见附图1 - 25 -
表5.1-1 闸门外观检测结果 闸门编号 检查项目 检查情况记录 原因分析 止水 柔性止水 螺栓 老化、破损严重，底部射流超出使用寿命，严重， 结构老化，河水浸蚀 锈蚀严重，已发生锈损 锈蚀严重，已发生锈损，无法启、闭 7处孔洞，最大孔洞尺寸为50×40×20㎜ 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 砼老老，水流冲刷 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 支承轴 连接件 支墩 门体 闸门体 柔性止水 螺栓 腐蚀严重 4# 止水 老化、破损严重，底部射流超出使用寿命，严重，见附图2 结构老化，河水浸蚀 锈蚀严重，已发生锈损 锈蚀严重，已发生锈损，无法启、闭 6处孔洞，最大孔洞尺寸为70×60×20㎜ 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 砼老老，水流冲刷 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 支承轴 连接件 支墩 门体 闸门体 柔性止水 螺栓 腐蚀严重 5# 止水 老化、破损严重，底部射流超出使用寿命，严重 结构老化，河水浸蚀 锈蚀严重，已发生锈损 锈蚀严重，已发生锈损，无法启、闭 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 连接件 支承轴 - 26 -
表5.1-1 闸门外观检测结果 闸门编号 检查项目 检查情况记录 原因分析 支墩 5处孔洞，最大孔洞尺寸为70×60×20㎜ 砼老老，水流冲刷 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 门体 闸门体 柔性止水 腐蚀严重 止水 6# 螺栓 老化、破损严重，底部射流超出使用寿命，严重 结构老化，河水浸蚀 锈蚀严重，已发生锈损 锈蚀严重，已发生锈损，无法启、闭 3处孔洞，最大孔洞尺寸为60×50×20㎜ 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 砼老老，水流冲刷 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 砼老老，水流冲刷 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 支承轴 连接件 支墩 门体 闸门体 柔性止水 腐蚀严重，底部射流严重 老化、破损严重 止水 7# 螺栓 锈蚀严重，已发生锈损 锈蚀严重，已发生锈损，无法启、闭 6处孔洞，最大孔洞尺寸为70×60×20㎜ 支承轴 连接件 支墩 门体 8# 止水 闸门体 柔性止水 腐蚀严重，底部射流严重 老化、破损严重 - 27 -
表5.1-1 闸门外观检测结果 闸门编号 检查项目 检查情况记录 原因分析 螺栓 锈蚀严重，已发生锈损 锈蚀严重，已发生锈损，无法启、闭 5处孔洞，最大孔洞尺寸为60×40×10㎜ 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 砼老老，水流冲刷 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 砼老老，水流冲刷 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀 砼老老，水流冲刷 支承轴 连接件 支墩 门体 闸门体 柔性止水 腐蚀严重，底部射流严重 老化、破损严重 止水 9# 螺栓 锈蚀严重，已发生锈损 锈蚀严重，已发生锈损，无法启、闭 5处孔洞，最大孔洞尺寸为60×50×30㎜ 支承轴 连接件 支墩 门体 闸门体 柔性止水 腐蚀严重，底部射流严重 老化、破损严重 止水 10# 螺栓 锈蚀严重，已发生锈损 锈蚀严重，已发生锈损，无法启、闭 5处孔洞，最大孔洞尺寸为50×30×20㎜ 支承轴 连接件 支墩 - 28 -
由于泄洪闸10扇闸门已运行了30多年，因闸门超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀等原因，所有闸门腐蚀严重，见附图1，闸门止水老化、破损严重，见附图2，支承轴、螺栓锈蚀严重，已发生锈损,无法操作。所有闸门支墩由于砼老老，水流冲刷导致存在孔洞，最大孔洞尺寸为70×60×20㎜。
②溢流面
永丰水闸泄洪闸溢流坝为木桩加沙石构成，表面包有有一层200㎜的混凝土。对溢流坝外观进行检测，检测结果如表5.1-2。
表5.1-2 溢流坝外观检测成果表
检查项目 检查情况记录 原因分析 13条裂缝，最大裂缝尺寸为2800×8㎜，见附图3、附图4 12处破损，最大破损面积为3000×溢流面1000㎜ 板 ㎜ 12处射流，16处渗漏，最大射流尺寸为90㎜，最大渗漏面积为560×240㎜，见附图5 37处孔洞，最大尺寸为250×150×100原施工质量差、混凝土老化、收缩、坝趾被淘空使坝体产生不均匀沉降 混凝土老化、水流冲刷 混凝土老化、水流冲刷 裂缝、孔洞产生射流、渗漏 永丰水闸泄洪闸溢流坝由于原施工质量差、混凝土老化、收缩、坝趾被淘空使坝体产生不均匀沉降，导至溢流面出现多条裂缝，见附图3、附图4；混凝土老化、水流冲刷使得溢流面产生多处破损、孔洞。溢流坝底部、中部产生多处射流、渗漏，见附图5。
b）护坡外观检测成果
永丰水闸护坡仅下游左岸为浆砌石结构，下游右岸及上游无护坡，护坡外观检测结果如表5.3-4。
表5.1-3 护坡外观检测成果表 检查项目
检查情况记录 原因分析 - 29 -
上游护坡 左岸 右岸 左下岸 游护坡 右岸 无护坡 无护坡 存在29处孔洞、4处空蚀，最大孔洞尺寸为200×200×10㎜，最大空蚀面积为4300×400㎜ 存在37处孔洞，最大孔洞尺寸为300×200×80㎜，见附图6 施工质量差，砂浆老化，水流冲刷所 施工质量差，砂浆老化，水流冲刷所 永丰水闸护坡由于施工质量差，砂浆老化，水流冲刷导致存在多处孔洞，最大孔洞尺寸为300×200×80㎜（见附图6），影响护坡结构安全。
5.2钢筋保护层厚度、混凝土碳化深度及强度检测结果
采用DJGW钢筋位置测定仪、电锤及HT225型回弹仪对泄洪闸闸门支墩保护层厚度、碳化深度、混凝土强度及溢流面碳化深度、混凝土强度进行检测，检测结果如表5.1-5、表5.1-6。
a）泄洪闸闸门支墩钢筋保护层厚度、碳化深度检测结果
表5.1-4 泄洪闸闸门支墩钢筋保护层厚度、碳化深度检测结果
构序件名称 号及位置 1#1闸墩 规范值 （㎜） 检测值 （㎜） 36 33 40 28 39 2#2闸墩 45 28 36 25 33 3#3支墩 45 35 42
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碳化深度 （㎜） 碳化深度是否超过保护层厚度 是 45 43.5 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 41.0 42.5
表5.1-4 泄洪闸闸门支墩钢筋保护层厚度、碳化深度检测结果
构序件名称 号及位置 规范值 （㎜） 检测值 （㎜） 31 36 4#4支墩 45 42 25 38 38 35 5#5支墩 45 30 36 41 66#支墩 45 28 34 42 38 77#支墩 45 33 36 39 37 88#支墩 45 26 24 25 32 99#支墩 45 27 29 35 26 1100 #支墩 45 40 30 31 43.5 39 40.5 41.5 44.5 43.5 43.5 碳化深度 （㎜） 碳化深度是否超过保护层厚度 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 - 31 -
b）闸门支墩混凝土强度检测结果
表5.1-5 闸门支墩混凝土强度检测结果
构件名序称 号及位置 11#支墩 22#支墩 33#支墩 44#支墩 55#支墩 66#支墩 77#支墩 88#支墩 99#支墩 110#支0 墩 混凝土抗压强度换算值（MPa） 平均值 18.2 18.6 18.5 18.9 17.6 18.2 19.7 17.8 18.5 18.6 标准差 2.51 2.35 2.12 1.96 2.34 1.98 1.50 2.09 2.08 2.42 最小值 14.8 15.0 15.9 15.6 15.0 14.9 17.0 15.1 15.5 15.0 15.0 15.5 200 15.1 200 17.0 200 14.9 200 15.0 200 15.6 200 15.9 200 15.0 200 14.8 200 现龄凝土强 度推定值 （MPa） 原设计值 （kg/cm2） 200 规 范 值 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 C20 结 论 不合格 不合格 不合格 不合格 不合格 不合格 不合格 不合格 不合格 不合格 泄洪闸支墩混凝土碳化深度为39～44.5㎜，钢筋保护层厚度为25～41㎜，所有支墩碳化深度超过钢筋保护层厚度，使混凝土对钢筋的保护作用降低；支墩砼强度推定值为14.8～17.0MPa，无大于原设计值20 MPa。由于支墩混凝土碳化深度大于钢筋保护层厚度，混凝土强度小于原设计强度，支墩存在安全隐患。
c）溢流面碳化深度及混凝土强度检测结果
- 32 -
表5.1-9 溢流面碳化深度及混凝土强度检测结果
构化 碳件名序深称 号及度 （位置 ㎜） 溢1流面 溢2流面 溢3流面 溢4流面 溢5流面 溢6流面 溢7流面 溢8流面 溢9流面 1溢流面 38.0 36.0 34.5 35.0 38.0 34.5 33.0 39.5 38.5 31.0 混凝土抗压强度换算值（MPa） 平均值 12.3 11.4 11.5 12.6 11.4 11.8 13.5 12.4 13.4 12.2 标准差 2.04 1.98 1.99 1.75 1.24 2.32 2.35 1.84 1.90 2.48 最小值 9.4 9.2 9.0 9.7 9.1 9.6 9.2 9.9 10.4 9.1 8.1 10.2 150 9.4 150 9.7 150 8.0 150 9.4 150 9.7 150 8.2 150 8.1 150 9.0 150 现龄凝土强度 推定值（MPa） 原设计值 （kg/cm2） 150 规 范 值 结 论 C不15 合格 C不15 合格 C不15 合格 C不15 合格 C不15 合格 C不15 合格 C不15 合格 C不15 合格 C不15 合格 C不15 合格 0 溢流面砼碳化深度为31～39.5㎜，混凝土强度推定值为8.1～10.2MPa，其中无大于原设计值15MPa，混凝土强度低，小于原设计强度导致混凝土老化、破损现象严重，严重威溢流坝安全。
6 检测结论及建议
根据检测结果5.1、5.2及相关规范，永丰水闸砼结构、金属结构检测结论如下。
- 33 -
a）闸门
由于泄洪闸10扇闸门已运行了10多年，因闸门超出使用寿命，结构老化，河水浸蚀等原因，所有闸门腐蚀严重，见附图1，闸门止水老化、破损严重，见附图2，支承轴、螺栓锈蚀严重，已发生锈损,无法操作，根据相关规程，现有泄洪闸闸门必须报废更新。
b）支墩
所有闸门支墩由于砼老化、碳化，水流冲刷导致存在孔洞，最大孔洞尺寸为70×60×20㎜，泄洪闸支墩混凝土碳化深度为39～44.5㎜，钢筋保护层厚度为25～41㎜，所有支墩碳化深度超过钢筋保护层厚度，使混凝土对钢筋的保护作用降低；支墩砼强度推定值为14.8～17.0MPa，无大于原设计值20 MPa。由于支墩混凝土碳化深度大于钢筋保护层厚度，混凝土强度小于原设计强度，支墩存在安全隐患。建议对支墩采用高性能复合砂浆钢筋网加固。
c）溢流面
永丰水闸泄洪闸溢流坝由于原施工质量差、混凝土老化、收缩、坝趾被淘空使坝体产生不均匀沉降，导至溢流面出现多条裂缝，见附图3、附图4。混凝土老化、水流冲刷使得溢流面产生多处破损、孔洞。溢流坝底部、中部产生多处射流、渗漏，见附图5。溢流面砼碳化深度为31～39.5㎜，混凝土强度推定值为8.1～10.2MPa，其中无大于原设计值15MPa，混凝土强度较低，小于原设计强度导致混凝土老化、破损现象严重，严重威溢流坝安全，建议采用以下措施立即对溢流坝进行加固处理。
①采用灌浆法对坝体进行加固； ②采用原混凝土配合比重作溢流面。
b）护坡
永丰水闸护坡由于施工质量差，砂浆老化，水流冲刷导致存在多处孔洞，最大孔洞尺寸为300×200×80㎜（见附图6），影响护坡结构安全，建议重建护坡。
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3 工程复核计算
3.1 概述
3.1 概述
永丰闸坝位于长沙市浏阳市文家市镇永丰村，是湘江支流潭水河即南川河上的一处中型水闸。水闸距文家市集镇1km，紧依大文公路。永丰闸坝控制集雨面积约120平方公里，多年平均降雨量1650mm，河道干流长42km，坡降为15%。永丰闸坝是1957年建设的木闸，三合土闸坝，主要功能是灌溉。2008年于右岸渠道修建小型电站一座。闸坝枢纽工程主要由拦河坝、水闸、电站、灌溉渠系等建筑物组成。闸坝总长53m。原设计流量115m3/s。乌龙陂水闸由浏阳市文家市镇政府管辖。水闸目前的
主要效益为：原设计灌溉面积1万亩，全部为自流灌溉，现实际灌溉面积
3500亩；保护清江水库渡槽、大文公路、桥梁、文市集镇等，保护人口3.3万人；电站装机2×125kw，年实际发电量30kwh。
永丰水闸是“大跃进”和文革年代的产物，由于当时投资少，建材短缺，设计不尽合理，施工土法上马，造成工程先天不足。文家市政府对水闸进行维修加固费用不够，致使工程年久失修。撤乡并镇后，虽然针对水闸运行中出现的问题采取了一定的处理措施，但由于经费紧缺，未从根本上根除水闸的隐患，水闸目前存在诸如过流能力不够、闸室各部位结构破坏严重、闸基出现渗透破坏、河床与岸坡严重冲刷等病害，严重威胁着水闸的安全。为了对永丰水闸进行安全鉴定和日后的维修加
- 35 -
固提供依据，根据对永丰水闸现状调查资料和现场检测资料所初步分析的建议，特对水闸的设计洪水标准、闸室与河堤的抗滑与搞渗稳定、水闸的消能防冲、闸室和分水渠道重力挡墙稳定等内容进行复核计算 3.2 工程等级与设计洪水标准复核 3.3 洪水复核
闸坝原设计下泄流量115m3/s，校核流量216.6 m3/s。根据国家《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL258-2000）等规定，永丰闸坝枢纽工程为III等工程，其主要建筑物工程等级为4级，正常运用洪水校准为10年一遇，非常运用洪水标准为20年一遇。 3.3.1 设计暴雨
永丰水闸缺乏水文实测资料，此次洪水复核采用《湖南省暴雨洪水查算手册》查算。
查《查算手册》，永丰水闸属湖南暴雨分区第一区，最大24小时点雨量平均值为110mm，最大24小时点雨量变差系数Cv为0.27，偏太系数Cs为3.5Cv，产流分区为第1区，降雨初损为30mm，点面折算系统为0.954。
根据上述有关参数求得永丰水闸20年一遇24小时面雨量为157.41mm，50年一遇24小时面雨量为176.30mm，永丰水闸设计暴雨计算成果见表3.3-1。
表3.3-1 永丰水闸暴雨洪水计算表 项目 Kp H24点 H24面 n2 n3 H1 H3 H6
P=2% 1.68 184.8 176.30 0.626 0.7785 66.35 33.72 29.62 P=5% 1.5 165 157.41 0.637 0.7814 60.67 29.73 25.86 - 36 -
备注 F=120km2 L=42km J=1.5‰ H24点=110mm Cv=0.27 Cs=3.5Cv Io=30mm α=0.954
H12 ψ R上 R下 ∑Qi τ Qm面 Qm地 Qm W 21.52 0.70 102.41 73.89 3413.65 6 491.57 11.31 502.88 19.02 0.70 89.19 68.22 2973.90 6.52 428.10 10.44 438.54 21155904 18889200 3.3.2 设计洪峰流量
根据地形参数θ、汇流系数m及Rt/t关系曲线，推求各频度洪峰流量及汇流时间，地形参数θ=110.86，汇流参数m=3.46。
经过试算，求得各频度洪峰及汇流时间如表3.3-1所示。 3.4 消能防冲复核 3.4.1 基本情况
永丰水闸从左岸至右岸分为三段，第一段为非溢流坝段，净宽33.4m，第二段为泻洪闸段。泄洪闸分10个闸室，每个闸室2.2m，全长22m。中间设隔墩9个,墩宽0.4 m,墩高1.05 m,总泄水净宽18.4 m,分别布10扇闸门,最大宽度为2 m。孔口净宽60m；第三段为非溢流坝段，净宽24m。水闸下游未设置护坦和消力池。永丰水闸的现状调查资料表明，该闸在长期运用中，过闸水流对下游河床造成严重冲刷，第二闸段下游的冲刷尤其严重，其冲刷坑最大深度达到5.8m。 3.4.2 消能防冲复核水位组合
本次消能防冲复核，取第二闸段单位宽（lm）进行复核计算。第三闸段的溢流堰为梯形低堰，其消能防冲处长核计算的水位组合考虑两种情况，即：闸门自动开启：上游水位96.76m，下游水位95.59m，单宽流量1.86m3/s·m；水闸通过设计洪水：上游水位98.31m，下游水位97.16m，单宽流量8.27m3/s·m；水闸通过校核洪水：上游水位98.53m，下游水位97.26m，单宽流量9.29m3/s·m。
- 37 -
3.4.3 消能防冲复核计算 3.4.3.1 计算公式
（1）是否设置消能池判别 若hc11＞hs，需设置消能池 式中：hc11—跃后水深（m）； hs—下游水深（m）。
跃后水深hc11可按式（3-1）和（3-2）计算：
218Frc1 （3-1） hc11hc2
q2Tohc2ghc2 （3-2）
上两式中：Frc—跃前断面水流的佛劳德数； hc—跃前水深，按（3-2）式推求；
To—以跃前断面处消能池底水平面为基准面的水闸上游总水头；
q—跃前断面处的单宽流量； φ—流速系数。 （2）护坦长度校核
水闸下游若不设置消能池，则护坦要满足的条件为：
L≥Lj
式中：L—护坦长度；
Lj—自由水跃，按（3-3）式度算。
Lj=6.9(hc〃-hc) （3-3）
3.4.3.2 消能防冲计算
闸门自动开启和水闸通过设计流量两种情况的消能防冲计算结果列于表3.4-1中。
表3.4-1 永丰水闸消能防冲复核成果表
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工况 校核水位 设计洪水 上游水位 下游水位 流量 跃前水深 跃后水深 下游水深 自由水跃 需消力长度 (m) 98.53 98.31 (m) (m3/s) (m) 0.94 0.13 (m) 3.71 3.41 0.91 (m) 3.5 3.4 1.3 (m) 18.42 17.04 5.38 (m) —— —— 4.04 97.26 502.87 1.04 97.16 438.5 95.06 41 闸门自动开启 96.76 3.4.4 结论
消能防冲复核计算结果表明：当遭遇的洪水较小时，需设置消能池以促成水跃，但已建工程未予考虑：闸下需设置护坦以保护河床免遭冲刷，但水闸下游未设置的护坦及消力池，从而导致下游河床严重冲刷。 3.5 闸基抗渗稳定复核计算 3.5.1 基本资料
（1）水位组合
本次渗流计算的水位组合见表3.5-1。 （2）闸基工程地质条件
根据浏阳市水利水电勘测设计研究院《浏阳市南川河永丰水闸除险加固工程地质勘察报告》，浏阳市永丰水闸闸基由石英砂岩组成，
3.6 泄洪闸稳定复核计算
泄洪闸段为第二段，闸孔净宽均为4m，总净宽5.2m。闸孔均采用折线型实用堰和自动翻板闸门；堰顶高程95.76m，堰底高程93.76m；翻板闸门采用单铰形式，每扇门高1.0m。由于10个闸门的结构形式、尺寸基本相同，故本次闸室稳定复核取一个闸孔段（第二扇闸）作为计算单元。
3.6.1 复核计算基本资料与要求 3.6.1.1 复核依据
（1）湖南省大型、重点中型病险水闸除险加固情况专项报告（永丰水闸），2008年11月。
（2）湖南省浏阳市永丰水闸现状调查分析报告，2000年9月。 （3）浏阳市南川河永丰水闸除险加固工程地质勘察报告，2000
- 39 -
年8月。
（4）《水闸设计规范》SL265-2001。 （5）《水闸安全鉴定规定》SL214-98。 3.6.1.2 复核水位组合
正常蓄水位：上游水位96.76m，下游水位95.06m。 校核水位：上游水位98.53m，下游水位97.26m。 3.6.1.3 地基物理力学指标
粉质粘土的内摩擦角12.6o，凝聚力14KPa，允许承载力为350KPa。
3.6.1.4 稳定复核计算要求
（1）水闸抗滑稳定安全系数计算要求
水闸沿基础底面的抗滑稳定安全系数Kc要求为： 基本组合（正常挡水）：Kc≥1.08 特殊组合（校核洪水）：Kc≥1.03 （2）水闸基底压力计算要求 水闸基底压力计算要求：
基本组合和特殊组合两种情况下的平均基底压力不大于地基允许承载力。
基本组合和特殊组合两种情况下基底压力的最大值与最小值之比不大于规定的容许值，即基本组合时比值不大于2.0，特殊组合时比值不大于2.5。
3.6.2 荷载计算及其组合
闸室承受的主要荷载为闸身自重、水重、扬压力、水平水压力以及上部结构传来的荷载，这些荷载的计算结果及其结合情况列于表3.6-1中。
3.6.3 闸室基底压力复核
闸室基底压力按偏心受压公式计算：
PmaxminGMAW （3-4）
式中：Pmax—闸室基底压力的最大值或最小值（KN/m2）；
min - 40 -
∑G—作用在闸室上的全部竖向荷载（KN）；
∑M—作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水
流方向的形心轴的力矩（KN·m）； A—闸室基础底面的面积（m2）
W—闸室基础底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m3）。
基本组合和特殊组合两种荷载组合的闸室基底压力计算成果列于表 3-6-2。
表3.6-1 永丰水闸某一闸孔段的荷载计算成果表 计算水位组合 荷载名称 正常水位 校核洪水 铅直力 水平力 力矩 铅直力 水平力 力矩 底板自重 闸墩 人行桥 门重 砼支墩 闸上水重 闸下水重 上游水压力 下游水压力 底板扬压力 合计 符号规定：铅直力以铅直向下为正；水平力以指向上游为正； 力矩（对底板形心）以逆时针为正。 表3-6-2 永丰水闸第二闸段一闸孔段基底压力计算成果表 Pmax Pmin 荷载组合 η=Pmax/Pmin （Kpa） （Kpa） 基本组合 特殊组合 从水闸基底压力计算成果可知，基本组合和特殊组合两种荷载组合
- 41 -
的平均基底压力小于地基允许承载力；特殊组合基底压力的最大值与最小值之比满足规范要求，但正常挡水情况下此比值不满足规范要求。 3.6.4 水闸抗滑稳定复核计算
泄洪闸沿基础底面的抗滑稳定安全系数按下式计算：
Kcf•GH （3-5）
式中：Kc—抗滑稳定安全系数； f—基础底面与地基土的摩擦系数；
∑H—作用在闸室上的全部水平向荷载（KN）
基本组合和特殊组合两情况下的水闸抗滑稳定安全系数计算成果见表3.6-3。
表3.6-3 泄洪闸抗滑稳定安全系数计算成果表 荷载组合 抗滑稳定安全系数Kc 基本组合（正常挡水） 特殊组合（校核洪水） 求。
3.7 分水闸稳定复核计算 3.7.1 基本资料
分水闸位于永丰水闸左岸分水渠道前。该闸共设2孔，每孔净宽3.0m。水闸为无坎宽顶堰，堰顶高程为95.76m，闸顶高程为93.76m。
根据原设计资料及本次地质勘探成果，该闸座落在红岩石层上。砂砾石层的允许承载力为350Kpa。根据《水闸设计规范》SL265-2001附表5.2，闸底板与基础之间的磨擦系数取0.5。
本次稳定复核选取一个冲砂闸孔段为计算单位，宽度为3.7m。 3.7.2 荷载计算和荷载组合
闸室承受的主要荷载为闸身自重、水重、扬压力、水平水压力以及上部结构传来的荷载，这些荷载的计算成果及荷载组合情况列于表3.7-1。
- 42 -
[Kc] 1.08 1.03 从表3.6-3中可以看出，泄洪闸段抗滑稳定安全系数均满足规范要
3.7.3 闸室基底压力复核
（1）闸室基底压力计算
闸室基底压力按式（3-5）计算。基本组合和特殊组合两种情况下的闸室基底压力计算成果列于表3.7-2。
表3.7-1 永丰水闸渠道分水闸的荷载计算成果表 计算水位组合 荷载名称 正常水位 校核洪水 铅直力 水平力 力矩 铅直力 水平力 力矩 底板自重 人行桥 闸墩 启闭机及排架 胸墙及门重 闸上水重 闸下水重 上游水压力 下游水压力 底板扬压力 合计 符号规定：铅直力以铅直向下为正；水平力以指向上游为正； 力矩以逆时针为正（对底板形心）。 表3.7-2 永丰水闸渠道分水闸的闸基压力计算成果表 荷载组合 Pmax Pmin 平均基底压力 η＝Pmax/Pmin 基本组合 特殊组合 （2）闸室基底压力评价
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地质钻探资料提供的砂卵石的地基容许承载力[R]为350Kpa，大于两种荷载组合下的平均基底压力。
根据《水闸设计规范》SL265-2001附表5.1中的推荐值，本闸室基底压力最大值与最小值之比的容许值基本组合时取2.0，特殊组合时取2.5。计算得，基本组合时的1.61和特殊组合时的1.34。
因此，可以认为正常挡水和校核洪水两种情况下的闸室平均基底压力均小于地基容许承载力，两种荷载组合下的不均匀系数值均满足规范要求。
3.7.4 抗滑稳定复核计算
表3.7-3 泄洪冲砂闸抗滑稳定安全系数计算成果表 荷载组合 基本组合（正常挡水） 特殊组合（校核洪水） 抗滑稳定安全系数Kc [Kc] 1.08 1.03 水闸建成投入运用后，闸室受到竖直力和水平力的共同作用。 闸室沿基础底面的抗滑稳定安全系数见表3.7-3。
经计算，基本组合下的抗滑稳定安全系数为9.9，大于规范要求的1.08；特殊组合下的抗滑稳定安全系数为32.95，大于规范要求的1.03。 3.8 浆砌石重力式拦河坝安全复核计算
永丰水闸第一段与第三段为浆砌石重力坝。坝顶高程95.76m，坝底面高程93.76m，坝顶宽0.78m，下游坡比m=0.13。本次对挡水坝进行复核计算的内容有二项：1）坝体抗滑稳定复核；2）坝体应力复核。安全复核时，取单位坝长进行计算。 3.8.1 复核计算基本资料与要求 3.8.1.1 复核依据
（1）《浆砌石坝设计规范》SL25-91。
（2）其它复核依据同泄洪闸稳定复核计算的依据。
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3.8.1.2 复核水位组合
正常蓄水位：上游水位96.76m，下游水位95.06m。 校核水位：上游水位98.53m，下游水位97.26m。 3.8.1.3 地基物理力学指标
允许承载力350Kpa。 3.8.1.4 稳定复核计算要求
浆砌石坝沿坝基面的抗滑稳定安全系数Kc要求为： 基本组合（正常蓄水）：Kc≥1.00 3.8.1.5 应力计算要求
浆砌石重力坝的应力应符合下列要求：
（1）在基本组合和特殊组合下，坝体垂直正应力应满足下列要求： 计入扬压力和不计入扬压力两种情况下，坝基面的最大铅直正应力均应小于坝基容许压应力；计入扬压力情况下，坝基面最小垂直正应力应大于零。
（2）坝体主应力应满足下列要求：
在作用力中计入扬压力时，坝体上游面的最小主应力要求为压应力；当作用力中不计扬压力时，要求最小主应力满足σ≥0.25γH式中r为水的容重，H为计算点的静水头；坝体下游面的最大主压应力应小于砌体容许压应力。
3.8.2 荷载计算和荷载组合
作用于坝体上的荷载为坝体自重、上下游水压力和扬压力，这些荷载的计算结果及其结合情况列于表3.8-1中。
表3.8-1 浆砌石重力坝荷载计算成果表 计算水位组合 荷载名称 坝体自重 坝顶水重 坝下游水重 上游水压力 下游水压力
正常水位 铅直力 水平力 - 45 -
校核洪水 力矩 铅直力 水平力 力矩
扬压力 荷载组合（计扬压力） 荷载组合（不计扬压力） 符号规定：水平外力以指向上游为正，铅直外力以指向下方为正，力矩以逆时针方向为正。 3.8.3 抗滑稳定复核
坝体沿坝基面的抗滑稳定安全系数kc按下式计算：
Kcf·WP （3-6）
式中：Kc—抗滑稳定安全系数； f—坝体与坝基接触面的磨擦系数；
W—作用于坝体上全部荷载对滑动平面的法向分值； P—作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值。
通过计算，基本组合和特殊组合两种情况下的抗滑稳定安全系数分别为0.95和3.18。可见，特殊组合情况下的抗滑稳定安全系数满足规范要求，而基本组合（正常蓄水）情况下的抗滑稳定安全系数不满足规范要求，必须对其进行加固处理。 3.8.4 坝体应力复核
坝体应力计算采用材料力学方法，具体计算方法参照《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999）附表三，强度复核只校核坝基面坝体边缘应力。
3.8.4.1 坝体边缘应力计算公式
坝体应力计算图形见图3.8-2，正应力以垂直向下为正，剪应力以微分体的拉伸对角线在一、三象线为正，水平外力以指向左方为正，铅直外力以指向下方为正，为矩以逆时针方向为正。
（1）坝基水平截面上的正应力σyuσyd
yu ydW6MBB2W6M2BB (3-7) (3-8)
式中：σyu—上游边缘正应力；
- 46 -
σyd—下游边缘正应力；
∑W—作用在计算截面以上的全部荷载的铅直分力的总和； ∑W—作用在计算截面以上的全部荷载对截面形心的力短总和；
β—计算截面的长度。 （2）主应力σ1u、σ2u和σld、σ2d σlu=σyu (3-9) σ2u=Pu (3-10) σld=(1-m2) σyd-Pd·m2 (3-11) σ2d=Pd (3-12) 式中：σlu、σ2u——上游边缘第一、二主应力； σld|、σ2d——下游边缘第一、二主应力； Pu、Pd——上、下游坝面水压力强度； m—下游坝面的坡度，m=0.3。 （3）考虑扬压力时的计算方法
上列计算公式未计入扬压力。当需考虑扬压力时，将计算截面上的扬压力作为外荷载。
σlu=σyu （3-13） σ2u=Pu-puu （3-14） σld=（1+m2）σyd-（Pd-Pud）·m2 （3-15） σ2u=Pd-Pud （3-16） 式中：Puu——上游边缘的扬压力强度； Pud——下游边缘的扬压力强度。 3.8.4.2 坝体边缘应力计算
按式（3-9）~（3-16）计算出计入扬压力和不计入扬压力两种情况下坝基面上下游边缘应力如表3.8-2。
表3.8-2 浆砌石坝基面边缘应力计算成果表 荷载组合 基本组合
计入扬压力 上、下游边缘应区（Kpa） σyu σyd - 47 -
σ2u σ1u σ1d σ2d
（正常蓄水位） 特殊组合 不计扬压力 计入扬压力 不计扬压力 3.8.4.3 成果分析
根据坝体边缘应力的计算结果可知：
1）计入扬压力和不计入扬压力两种情况，基本组合和特殊组合下，坝基面的最大铅直正应力均小于坝基容许承载力。
2）基本组合和特殊组合下，坝体下游面的最大主压力小于砌体容许压应力。
3.9 闸顶与河堤顶高程复核 3.9.1 特征水位
正常蓄水位：上游水位96.76m，下游水位95.06m。
20年一遇（设计洪水）：上游水位98.31m，下游水位97.16m。 50年一遇（校核洪水）：上游水位98.53m ，下游水位97.26m m。 3.9.2 计算方法及计算公式
根据《堤防工程设计规范（GB50286-98）》、《城市防洪工程设计规范（CJJ50-92）》及《堤防工程技术规范（SL51-93）》、《水闸设计规范（）SL265-2001》，堤顶高程应按设计洪水位加堤顶超高，堤顶超高按下式计算确定：
YReA
式中：Y—堤顶超高（m）；
R—设计波浪爬高（m），按莆田公式计算； e—设计风壅增水高度（m）； A—安全加高（m）。
波浪要素、风壅水面高度、波浪爬高等采用《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录C推荐公式计算，主要如下：
风区长度计算公式：（C.1.1）；按蒲田试验站公式（计算风浪要素）：（C.1.2-1）、（C.1.2-2）、（C.1.2-3）、（C.1.3-1）；风壅水面高度计算公式：（C..2.1）；波浪爬高计算公式（C.3.1-1）、（C.3.1-2）。
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3.9.3堤顶高程计算
对气象部门的资料进行统计分析，多年平均最大风速为15.0m/s。堤顶超高计算见表3.9-1。
表3.9-1 永丰水闸及上游河堤堤顶高程复核成果表 校核洪水位 闸顶超高 要求闸顶最低高程 校核洪水位 堤顶超高 要求堤顶最低高程 3.9.4成果分析
1）闸顶高程
根据以上成果，泄洪闸闸顶高程应不低于45.02m，而目面有泄洪闸的闸顶高程为41.1m，挡水坝顶高程40.50m，均偏低，水闸几乎每年出现洪水漫顶的现象也证明了这一点。
2）河堤顶高程
根据以上复核成果，永丰水闸上游两岸渠堤高程应不低于44.13m。目前，永丰水闸上游左岸渠堤高程一般为41.50m左右，右岸渠道堤顶高程一般为41.80m左右。可见，水闸上游左、右岸河堤顶高程均偏低，尤其左岸河堤顶高程偏低较大。每年左岸渠提出现洪水漫顶（长500m左右），造成堤外农田被淹，证实了这种情况。 3.10 闸坝安全状态综合评价和建议 3.10.1 安全状态综合评价
根据现场调查、安全检测和安全复核计算分析成果，对船形山水闸
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闸顶实际高程 左岸 右岸 堤顶实际高程
的安全状态作如下综合评价：
1）永丰水闸在建闸时确定的设计洪水标准偏低，约2-5年一遇。按《防洪标准》（GB50201-94）之规定，本次复核时确定的防洪标准为：20年一遇设计，100年一遇校核。
2）永丰水闸过流能力不够，泄洪孔口尺寸偏小，致使每年出现洪水漫顶和漫堤，造成农田和公路被淹。经复核计算，20年一遇设计洪水位超过闸顶1.55m，超过右岸堤顶1.51m；100年一遇校核洪水位超过闸顶1.77m，高出右岸堤顶1.73m。出现这种情况的原因，一是原设计洪水标准偏低，二是水文系列之延长。
3）消能防冲复核计算结果表明，水闸宣泄的洪水流量较大时，下游形成淹没水跃；当水闸宣泄的洪水流量较小时，下游形成远驱水跃，必须修消力池以促成水跃消能，但水闸未建消力池。另外，闸基和下游河床地质条件为第四系全新统河流冲积、堆积地层，抗冲能力低，应设置护坦以保护河床，但下游河床根本未设置护坦。
4）闸基抗渗稳定复核度算表明，永丰闸坝在正常蓄水情况下的抗渗稳定不满足规范要求，以致在运行中出现渗透破坏现象，淘空闸基。
5）永丰水闸泄洪闸段和泄洪冲砂闸段的抗滑稳定安全系数均满足规范要求。
6）浆砌石挡水坝正常蓄水情况下沿坝基面抗滑稳定安全系数小于规范要求。
7）水闸上游右岸挡墙不规范设计要求；建议重建。
8）闸顶及左右岸堤顶高程均小于要求的最小高程，不满足规范要求。
9）本次现场检测结果表明，混凝土强度等级小于原设计，各混凝土结构经几十年运行，混凝土老化十分严重（主要体现在碳化深度基本全部超过了钢筋的保护层厚度，砼结构基本达到使用寿命极限），导致各构件钢筋普遍锈蚀，钢筋锈蚀膨胀进而引起混凝土进一步破损，加剧砼剥落、露筋锈蚀，致使各构件受力钢筋截面远小于原设计，是所检测各砼构件普遍存在裂缝及破损现象的主要原因。
10）泄洪冲砂闸：建议拆除左岸非溢流坝坝体部分，重建泻洪冲砂
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闸门
11）浆砌石闸坝体为金包银结构（即内部为三合土砌石，外部为浆砌石），砌石闸坝体经经几十年运行，因老化致使裂缝破损，形成渗漏通道，导致闸坝体出现穿孔冒水。
13）水闸无任何观测设施和仪器；生产设施远不能满足《水闸工程管理设计规范》SL170-96的要求。 3.10.2 建议
鉴于永丰水闸目前存在的严重安全问题，建议对水闸进行全面的更新改造加固处理；
2）对泄洪闸体和浆砌石坝体进行加固处理，以提高其安全性；将木质自动翻板闸门更换成多铰自动翻板钢闸门。
4）对闸基进行灌浆处理，以确保闸基的抗渗稳定性。
5）在水闸下游新建消力池，设置护坦，以保护下游河床免遭冲刷破坏。
6）对分水渠分水闸门进行重建，主要内容：重建分水闸；重建分水渠重力式挡墙。
7）根据洪水复核情况，对水闸上游左、右两岸河堤进行加高培厚；对下游右岸垮塌部位进行衬砌。
8）添置观测设施和设备，对水闸进行渗流、沉陷、变位等项目进行观测；更换通信设施，增强水闸运行调度能力；完善和更新生产设施，确保对水闸管理的顺利进行；加强对职工的培训，充实工程技术管理人员，提高管理水平。
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目 录
1 工程现状的调查分析 ...................................................................................... 1 1.1基本情况 .................................................................................... 错误!未定义书签。 1.1.1 工程概况 ............................................................................ 错误!未定义书签。 1.1.2 设计与施工情况 ................................................................ 错误!未定义书签。 1.1.3 技术管理情况 .................................................................... 错误!未定义书签。 1.1.4 工程安全状态初步分析 ................................................................................. 13 1.1.5 结论与建议 ................................................................................................... 16 2 现场安全检测 ..................................................................... 错误!未定义书签。 2.1 基本情况 ................................................................................... 错误!未定义书签。 2.1.1 工程概况 ............................................................................ 错误!未定义书签。 2.1.2 工程存在的主要问题 ........................................................ 错误!未定义书签。 2.2 原有检查观测资料成果摘要................................................... 错误!未定义书签。 2.3 检测内容和方法 ....................................................................... 错误!未定义书签。 2.3.1 检测内容 ............................................................................ 错误!未定义书签。 2.3.2 检测方法 ............................................................................ 错误!未定义书签。 2.4 工程地质勘查 ........................................................................... 错误!未定义书签。 2.4.1 地勘工作概况 .................................................................... 错误!未定义书签。 2.4.2 区域地质概况 ................................................................................................. 17 2.4.3 水闸基础地质条件 ............................................................ 错误!未定义书签。 2.4.4 右岸上游堤防工程地质条件 ............................................ 错误!未定义书签。 2.5 砼结构安全检测 .................................................................................................... 23 2.5.1工程概况及现状 .............................................................................................. 23 2.5.2 检测方案与测试方法 ..................................................................................... 23
3 工程复核计算 .............................................................................................. 35 3.1 概述 ...................................................................................................................... 35 3.2 工程等级与设计洪水标准复核.......................................................................... 36 3.3 洪水复核 .............................................................................................................. 36 3.3.1 设计暴雨 ......................................................................................................... 36 3.3.2 设计洪峰流量 ............................................................................................... 37 3.3.3 闸下河道水位流量关系 .................................................. 错误!未定义书签。 3.3.4 水闸泄洪能力复核计算 .................................................. 错误!未定义书签。 3.3.5 推荐设计洪水 .................................................................. 错误!未定义书签。 3.3.6 计算结果分析 .................................................................. 错误!未定义书签。 3.4 消能防冲复核 ...................................................................................................... 36 3.4.1 基本情况 ....................................................................................................... 37 3.4.2 消能防冲复核水位组合 ............................................................................... 37 3.4.3 消能防冲复核计算 ....................................................................................... 38 3.4.4 结论 ............................................................................................................... 39 3.5 闸基抗渗稳定复核计算 ...................................................................................... 39 3.5.1 基本资料 ....................................................................................................... 39 3.5.2 渗流计算 .......................................................................... 错误!未定义书签。 3.5.3 闸基抗渗稳定分析 .......................................................... 错误!未定义书签。 3.6 泄洪闸稳定复核计算 .......................................................................................... 39 3.6.1 复核计算基本资料与要求 ........................................................................... 39 3.6.2 荷载计算及其组合 ....................................................................................... 40 3.6.3 闸室基底压力复核 ....................................................................................... 40 3.6.4 水闸抗滑稳定复核计算 ............................................................................... 42 3.7 深孔泄洪冲砂闸稳定复核计算.......................................................................... 42 3.7.1 基本资料 ....................................................................................................... 42 3.7.2 荷载计算和荷载组合 ................................................................................... 42
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3.7.3 闸室基底压力复核 ....................................................................................... 43 3.7.4 抗滑稳定复核计算 ....................................................................................... 44 3.8 浆砌石重力式拦河坝安全复核计算 ................................................................. 44 3.8.1 复核计算基本资料与要求 ........................................................................... 44 3.8.2 荷载计算和荷载组合 ................................................................................... 45 3.8.3 抗滑稳定复核 ............................................................................................... 46 3.8.4 坝体应力复核 ............................................................................................... 46 3.8.5土堤渗流及稳定计算 ......................................................... 错误!未定义书签。 3.9 闸顶与河堤顶高程复核 ...................................................................................... 48 3.9.1 特征水位 ......................................................................................................... 48 3.9.2 计算方法及计算公式 ..................................................................................... 48 3.9.3堤顶高程计算 .................................................................................................. 49 3.9.4成果分析 .......................................................................................................... 49 3.10 闸坝安全状态综合评价和建议........................................................................ 49 3.10.1 安全状态综合评价 ..................................................................................... 49 3.10.2 建议 ............................................................................................................. 51
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