我国是一个人均水资源紧缺的国家，加之水资源在时间和空间分布不均。导致水资源供需矛盾更加突出。随着社会的发展，水利事业在国民经济中占有越来越重要的作用。
《水利电力科技》武汉水利工程期刊，主要面向水利和电力系统的管理部门、设计院、科研院所，制造厂、发电厂、水利水电工程局、电建公司、水电站及大中专院校，兼顾外系统相关机械行业。本刊是国家电力公司、水利部“水利电力机械科技信息网”网长单位，具有行业信息优势和发行优势，在全国火电及水利水电行业拥有广泛的订户和读者。
本文对水闸现状，病险水闸存在的问题，病险水闸除险加固初步设计中的问题进行了阐述，结合实际案例，给出病险水闸除险加固初步设计中个人的看法建议，对水闸除险加固工程初步设计参考。
1 现阶段水闸状况
1.1 水闸除险加固背景
在国家十二五规划中，更是提出要大力发展水利事业，加强水利基础设施建设。
1.2水闸病险情况
水利枢纽工程对保障国民经济各行业用水发挥了重要作用，水闸作为水利工程的重要组成部分，其安全关系到工程的安全运行和效益的发挥。但是水闸大部分建成于上世纪50~70年代，经过几十年运行，一些建筑物、金属结构等已接近折旧年限，同时由于历史原因，大部分水闸存在工程标准偏低、建设质量较差、老化失修严重、工程管理落后、配套设施不全、缺乏良性的管理体制与机制等一系列问题，致使水闸安全隐患严重，制约着工程效益的发挥。
(1)建设先天不足，工程质量差
现有的水闸，绝大多数修建于“大跃进”、“文革”和“农业学大寨”期间，据统计，大型水闸的84%、中型水闸的82.6%，是在1990年以前建成的。限于当时的经济条件、技术水平，水闸工程设计标准普遍偏低，有不少水闸是“边勘测、边设计、边施工”的“三边”工程，施工质量较差。有些水闸的建设甚至没有设计。加之，当时的施工设备简陋，水泥、钢材等建筑材料短缺、大量使用替代材料等，致使许多水闸建设质量先天不足，隐患较多。
(2)管理后天失调，老化失修严重
受水闸管理体制不顺、机制不活、管理人员素质低等因素的制约，水闸管理投入长期不足，管理水平低。由于缺乏维修加固资金，管理单位难以完成必要的维修加固工作，或搞限额设计，应急处理，致使水闸的维修加固不及时或不彻底，久而久之，工程“积病成险”。除工程本身存在病险问题外，水闸的管理设施非常落后，绝大部分水闸缺少必要的雨水情和工情观测设施。
(3)安全标准偏低
部分水闸修建时，实测水文系列较短，随着水文系列的延长，以及极端天气现象的频繁发生，按照现行规范重新进行设计洪水复核，很多水闸的洪水标准低于部颁标准。同时，随着国民经济和科学技术的发展，与水闸建设有关的技术标准不断得到修订、完善，很多水闸的安全标准偏低，亟待提高。
(4)病险水闸的病险问题主要表现为：
防洪标准偏低;不均匀沉降引起的损坏普遍;渗漏导致的破坏严重;闸室结构混凝土老化导致的破损严重;闸下游消能防冲设施损坏严重;泥沙淤积问题突出;闸门及启闭设备老损严重。
2 病险水闸除险加固初步设计中应注意的问题
病险水闸除险加固是按照“安全鉴定”和“初步设计”两个阶段开展工作。初步设计是严格按照相关报告编制大纲的要求编制的，其中水文、工程地质、枢纽总体布置以及除险加固内容是初步设计的核心内容。
2.1 水文
水文资料是水闸工程设计的基础。就病险水闸而言，在进行除险加固初步设计时，洪水数据的选择不能再采用原水闸设计时闸址处洪水计算成果，而应采用延长至近期水文系列数据，必须编制专题的工程水文报告。报告中要概括以下内容：
(1)水系、水利工程及计算断面的简介;
(2)基本资料搜集、分析;
(3)径流分析计算;
(4)洪水分析计算;
(5)水位流量关系分析和复核计算;
(6)河流泥沙情况分析;
(7)说明水体主要离子含量;
(8)闸前现状冰情分析。
2.2 工程地质
地质勘察工作是水闸工程建设中的重要环节，它能够查明地质病害和隐患部位的范围和类型、分析其产生原因，评价其危害程度，为枢纽工程除险加固初步设计提供设计依据。水闸除险加固工程地质勘察工作，重点应查明下列内容：
(1)复核工程区地震动峰值加速度，并附工程区及外围的地震动参数区划图。
(2)调查分析水闸病险成因，评价其危害程度。
(3)复核原地质图，如果无前期勘察资料应补充进行工程地质测绘，测绘范围包括整个闸枢纽布置区和近闸区，比例尺可选用1：2000。
(4)查明河床覆盖层的埋深与厚度、分层情况，特别要注意查明河床覆盖层中有无沙层、粉细沙层、软土、淤泥等不良工程地质土层的分布和厚度。
(5)沿闸基应有足够的勘探剖面(垂直和平行闸基)，勘探剖面上应有钻孔控制，钻孔深度应深入现灌注桩基以下。
(6)如无前期勘察资料，应补充闸基和闸肩与岸坡接合部位的土层物理力学性质试验，每区试验组数不宜少于6组。
(7)对可液化沙层应进行标准贯入试验，进行液化判别。
(8)对河水、地下水和土体应取样进行腐蚀性评价，试件数不应少于3件。
(9)对天然建筑材料应根据设计所需材料和数量进行详查，并对其储量、质量进行评价。勘察方法和勘察工作量应满足《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55-2005)的要求。
2.3 病险水闸除险加固内容
病险水闸除险加固内容包括：
2.3.1 等级划分及洪水标准
病险水闸除险加固设计时，首先应复核建筑物等别与级别。目前需要除险加固设计的水闸，多修建于20 世纪 90 年代之前。在不同时期，国家有不同的相关规范来确定工程的等别。因此，水闸除险加固应以满足水闸正常使用功能和自身防洪安全为原则。目前，复核水闸建筑物等别与建筑物级别时，主要以《水闸设计规范》(SL265-2001)为依据确定建筑物的等别与级别。山区、丘陵区水利枢纽工程等别应按国家现行的《水利水电工程等别划分及洪水标准》(SL252-2000)确定。
2.3.2 工程布置
安全鉴定中需要除险加固的三类闸，除险加固设计原则上一般不改变原闸的工程总体布置和主要建筑物型式。需要延长渗径和消能防冲段的水闸，应按原闸轴线进行布置，并符合《水闸设计规范》(SL265-2001)的相关规定。
2.3.3 水力设计
水力设计一般包括：过流能力验算、拟定闸门控制运行方式和消能防冲设计计算。病险水闸除险加固设计时，影响水闸过流能力的主要因素包括设计水位的变化、孔口断面尺寸和型式的变化、过水涵洞断面尺寸以及涵洞长度的变化、消能防冲设施变化等。
2.3.4 防渗排水设计
水闸的防渗排水设计主要是根据闸基地质情况及上下游水位条件等进行设计计算，其内容包括：进行水闸的地下轮廓布置，设计防渗、排水型式、布置、构造和尺寸;渗流压力计算;渗流坡降计算，验算地基抗渗稳定性;滤层设计;防渗帷幕及排水孔设计;永久缝止水设计等。
2.3.5 闸室结构布置及稳定性分析
水闸除险加固时，首先需根据新的设计条件对原结构进行分析计算，然后结合安全鉴定中结构存在的问题，采取必要的工程措施进行加固，同时按加固后的结构尺寸重新进行结构分析和稳定验算。验算时应尽可能考虑工程措施中新老材料之间的差异性，以及这些差异将对工程安全运行带来的影响。
2.3.6 地基处理及设计
当水闸发生不均匀沉降或者地基总体沉降量较大时，需根据地质情况重新复核地基承载力。闸室加固、防渗措施改变时都需要重新验算地基承载力。
3 除险加固实例
水闸布置应根据闸址地形、地质、水流等条件以及引水枢纽中各建筑物的功能、特点、运用要求等来确定，做到各建筑物紧凑合理、协调美观，组成的整体能够取得最大的效益。本文以某大中型引水枢纽水闸的除险加固为例，加以说明。
该枢纽工程建于1959年，由进水闸、泄洪冲砂闸、上下游整治段、引水弯道、泄洪闸、溢流侧堰等部分组成。进水闸4孔，单孔净宽5.5m，设计过水流量105 m3/s，校核流量140m3/s，闸底板高程611.5 m，墩高4 m。泄洪闸冲砂闸7孔，单孔净宽5 m，闸底板高程610.5 m，墩高5 m，原设计过水流量420 m3/s，校核流量545 m3/s。上游河道整治段包括喇叭口300 m，溢流侧堰直线段250 m，闸前人工弯道245 m，全长800 m，设计纵坡0.00758。溢流侧堰以上整治河道底宽65 m，溢流侧堰以下整治河道底宽40 m。溢流侧堰以下引水弯道设计流量为650 m3/s。
工程自运行以来，曾多次发生事故，特别是泥沙淤积严重，直接威胁工程安全，给运行管理带来了极大困难。在50年的工程运行实践中，工程管理人员不断摸索研究，总结出了一套适应于水情和工程特点的管理制度和管理办法，及时进行了水毁工程修复，在泄洪冲沙闸下游采用束水冲沙，成功解决了泥沙淤积问题，保证了枢纽工程的正常运行。
经安全鉴定枢纽工程水闸定为三类闸。从运行管理中发现的问题来看，初步设计中应优化引水弯道平面布置，以改善枢纽工程运行条件，保证水闸枢纽工程安全运行。
(1)拆除泄洪冲砂闸、进水闸，可以按要求在原闸址范围进行重建。初步设计中，应优化泄洪冲沙闸和进水闸的平面布置，并合理确定两闸之间夹角。
(2)拆除溢流侧堰末端3孔泄洪闸。泄洪闸引水角度偏大，设置位置远离河道主流，无法满足正常泄洪排沙功能。初步设计中，建议泄洪闸布置在原溢流侧堰上游、河道水流主向位置，这有利于充分发挥其泄洪排沙功能。
(3)初步设计时，优化引水弯道平面布置，原引水弯道设计流量偏大，弯道底宽40m，应适当收窄。根据自治区弯道引水枢纽工程建设经验，合理作好平面布置。在缩小弯道宽度时，保持右岸堤防维持不动，左岸堤防内移，比较合理。
(4)建议拆除重建已严重破坏的溢流侧堰，应合理分析确定溢流侧堰的泄洪流量及堰顶高程。
(5)认真检查泄洪冲沙闸下游束水冲沙槽的岸墙和中墩，要进行必要的加固处理，还应与新建泄洪冲砂闸相配套，平顺连接。水闸通过除险加固后，可以改变病险状况，充分发挥引水灌溉、泄洪排沙的作用，更好地为经济建设服务。
4 总结
在水利工程中，水闸除险加固设计是一项重要工作，影响水闸设计的因素多种多样，包括水文、工程地质等方面，在实际的设计施工中，一定要做到首先对地质工程进行详细的勘察，结合建筑物的功能特点，严格按照水闸设计规范要求进行规划设计，对水闸等级及洪水标准的核定、总体布置、水力设计、防渗排水设计、结构设计、地基处理设计、观测设计等进行全面的综合分析计算，保证整体设计质量。
参考文献：
[1] 易志刚. 岳阳市大中型病险水闸主要问题及处理措施建议[J]. 湖南水利水电. 2011(02)
[2] 李华伟，崔飞，鲍晓波. 淮河流域病险水闸主要问题及处理措施建议[J]. 科技信息. 2009(27)
[3] 王姣，高桂青. 江西省大中型病险水闸风险评估[J]. 南昌工程学院学报. 2009(04)
[4] 窦法荣，焦梦妮. 密云县小型水库存在问题及对除险加固工作的建议[J]. 北京水务. 2011(02)
