1 設(shè)計(jì)前期資料的分析整理
1.1原始資料收集
充分利用收集到的水閘工程原始資料，可以節(jié)省大量時(shí)間和減少不必要的投資。
1.2水閘安全鑒定成果
水閘安全鑒定成果主要包括現(xiàn)狀調(diào)查分析、現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)、工程復(fù)核計(jì)算和安全評(píng)價(jià)。因此，水閘安全鑒定可作為開(kāi)展除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的重要參考資料。由于安全鑒定更著重于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、檢測(cè)的結(jié)果，水閘安全鑒定的成果不能完全代替設(shè)計(jì)人員必要的復(fù)核和驗(yàn)算。設(shè)計(jì)人員必要時(shí)可與安全鑒定人員充分溝通，取得現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)和工程復(fù)核計(jì)算的原始資料，為采取更合理的處理措施提供依據(jù)。
1.3 水閘除險(xiǎn)加固規(guī)劃和批準(zhǔn)文件
水閘除險(xiǎn)加固規(guī)劃和批準(zhǔn)文件是除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。除險(xiǎn)加固規(guī)劃和批準(zhǔn)文件，準(zhǔn)確地說(shuō)明了水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)需要的深度和設(shè)計(jì)范圍，對(duì)開(kāi)展設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
2 補(bǔ)充工程勘察應(yīng)遵循的原則
當(dāng)水閘經(jīng)安全鑒定需進(jìn)行除險(xiǎn)加固時(shí)，應(yīng)首先分析原設(shè)計(jì)勘察資料、施工資料、竣工資料以及水閘安全鑒定中的勘察資料是否能滿足除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)要求。當(dāng)確有必要補(bǔ)充勘察時(shí)，應(yīng)直接針對(duì)存在問(wèn)題安排勘察工作。工程勘察時(shí)，除遵循一般地質(zhì)勘察要求外，尚需遵循以下原則：水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察的對(duì)象應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定；原工程勘察資料收集不全或沒(méi)有，而除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)又需要資料時(shí)需進(jìn)行補(bǔ)充工程勘察；水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的工程布置范圍超出原工程勘察資料勘察范圍的，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充勘察；水閘出現(xiàn)繞滲問(wèn)題，且超出原勘察范圍，應(yīng)對(duì)滲漏地段范圍大小進(jìn)行勘察； 閘基存在不良工程地質(zhì)問(wèn)題，原勘察資料又說(shuō)明不了問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充勘察以確定處理方案；補(bǔ)充勘察應(yīng)以不擾動(dòng)原建筑物基礎(chǔ)或影響其安全為原則。水閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)地質(zhì)勘察應(yīng)在安全鑒定的基礎(chǔ)上，對(duì)水閘工程的險(xiǎn)情和隱患及其他有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)勘察，結(jié)合設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)要求，分析地質(zhì)病害和隱患產(chǎn)生的原因，并評(píng)價(jià)其危險(xiǎn)程度，提供水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)所需要的地質(zhì)資料，并對(duì)加固處理措施提出建議。
3 工程任務(wù)和規(guī)模的復(fù)核
對(duì)于新建的水閘工程，其工程任務(wù)和規(guī)模是由所在河流的流域規(guī)劃以及需求所確定的。而對(duì)除險(xiǎn)加固的水閘工程，其任務(wù)和規(guī)模原則上不會(huì)發(fā)生變化，但也會(huì)因?yàn)槌U(xiǎn)加固措施的實(shí)施而發(fā)生改變。
3.1 等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)
病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)復(fù)核建筑物等別與級(jí)別。目前需要除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的水閘，多修建于20 世紀(jì)90 年代之前。在不同時(shí)期，國(guó)家有不同的相關(guān)規(guī)范來(lái)確定工程的等級(jí)。因此，水閘除險(xiǎn)加固應(yīng)以滿足水閘正常使用功能和自身防洪安全為原則。在除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以最新修正的規(guī)劃數(shù)據(jù)為依據(jù)，按新的規(guī)范要求對(duì)工程等別進(jìn)行復(fù)核和重新確定。 目前，復(fù)核水閘建筑物等別與建筑物級(jí)別時(shí)，主要以《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范（sl265—2001）》為依據(jù)確定建筑物的等別與級(jí)別。山區(qū)、丘陵區(qū)水利樞紐工程等別應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行的《水利水電工程等別劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（sl252—2000）》確定。同時(shí)，灌溉渠系以及位于防洪（擋潮）堤上的水閘，其級(jí)別也應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的灌區(qū)及堤防相關(guān)規(guī)范進(jìn)行確定。對(duì)經(jīng)過(guò)除險(xiǎn)加固后，工程的運(yùn)用無(wú)法達(dá)到原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的水閘，要結(jié)合實(shí)際情況充分論證，重新確定工程的等別和建筑物級(jí)別。合理確定水閘的等級(jí)后，水閘的防洪標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)按此等級(jí)根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范相應(yīng)確定。
3.2 特征水位
根據(jù)水閘的功能不同，設(shè)計(jì)水位包括設(shè)計(jì)洪水位、正常蓄水位、設(shè)計(jì)引水位等。設(shè)計(jì)中引起特征水位變化的主要有兩種情況：一是對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)流量變化引起設(shè)計(jì)水位的變化，這與水閘等級(jí)變化以及流域水文情況變化相關(guān)。水閘等級(jí)變化、流域防洪標(biāo)準(zhǔn)變化以及流域內(nèi)修建水庫(kù)等改變了來(lái)水條件、水文系列延長(zhǎng)引起的洪水頻率變化等都可能引起設(shè)計(jì)流量的變化，而設(shè)計(jì)流量變化勢(shì)必要求重新復(fù)核對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)水位。二是設(shè)計(jì)流量不變的情況下，河道沖淤、斷面變化等引起的同流量水位的變化。
3.3 設(shè)計(jì)規(guī)模
水閘設(shè)計(jì)規(guī)模的變化與否對(duì)除險(xiǎn)加固采取的方式有直接影響。水閘除險(xiǎn)加固時(shí)，除應(yīng)根據(jù)確定后的水閘等級(jí)和設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)確定水閘規(guī)模是否合理外，還應(yīng)結(jié)合水閘實(shí)際運(yùn)用情況、流域防洪規(guī)劃及其他要求，充分考慮水文系列的延長(zhǎng)，復(fù)核水閘原規(guī)模，并確認(rèn)這些指標(biāo)是否發(fā)生變化。
4 工程布置及建筑物的加固設(shè)計(jì)
4.1 工程布置
安全鑒定中需要除險(xiǎn)加固的三類閘，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)原則上一般不改變?cè)l的工程總體布置和主要建筑物型式。需要延長(zhǎng)滲徑和消能防沖段的水閘， 應(yīng)按原閘軸線進(jìn)行布置，并符合《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（sl265—2001）的相關(guān)規(guī)定。安全鑒定為四類閘，拆除重建時(shí)閘址選擇和布置可根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（sl265—2001）要求或參考已建同類工程進(jìn)行。
4.2 水力設(shè)計(jì)
水力設(shè)計(jì)一般包括：過(guò)流能力驗(yàn)算、擬定閘門控制運(yùn)行方式和消能防沖設(shè)計(jì)計(jì)算。病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí)，影響水閘過(guò)流能力的主要因素包括設(shè)計(jì)水位的變化、孔口斷面尺寸和型式的變化、過(guò)水涵洞斷面尺寸以及涵洞長(zhǎng)度的變化、消能防沖設(shè)施變化等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)復(fù)核后的特征水位和規(guī)模，對(duì)水閘的過(guò)流能力進(jìn)行復(fù)核。當(dāng)采取加厚底板尺寸、加固閘墩以及增加底坎等措施時(shí)，過(guò)流面積、水流流態(tài)以及下游的出流狀態(tài)都可能發(fā)生變化，需要重新復(fù)核水閘的過(guò)流能力。尤其要注意流態(tài)的變化，需要根據(jù)實(shí)際情況而采取和原設(shè)計(jì)以及安全鑒定時(shí)不同的過(guò)流能力計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行驗(yàn)算。如果水閘為穿堤涵閘，閘室后緊鄰的涵洞斷面尺寸、長(zhǎng)度變化都可能引起過(guò)流能力的變化。尤其是涵洞延長(zhǎng)時(shí)，尚需重新判斷涵洞的流態(tài)，即涵洞為有壓、無(wú)壓、半有壓和長(zhǎng)洞、短洞以及淹沒(méi)出流和非淹沒(méi)出流等不同的水流型式，據(jù)此選擇合適的計(jì)算公式驗(yàn)算其過(guò)流能力。 水力設(shè)計(jì)中閘門控制運(yùn)行方式主要為今后水閘的管理提供技術(shù)支持。因此，對(duì)閘門的開(kāi)啟程度以及相應(yīng)的過(guò)流能力也應(yīng)進(jìn)行必要的復(fù)核計(jì)算，以方便水閘的運(yùn)行管理。消能防沖設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，需要特別注意特征水位變化引起的計(jì)算條件的變化，以此復(fù)核消能防沖工程能否滿足設(shè)計(jì)要求。
4.3 防滲排水設(shè)計(jì)
水閘的防滲排水設(shè)計(jì)主要是根據(jù)閘基地質(zhì)情況及上下游水位條件等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，其內(nèi)容包括：進(jìn)行水閘的地下輪廓布置， 設(shè)計(jì)防滲、排水設(shè)施的型式、布置、構(gòu)造和尺寸；滲流壓力計(jì)算；滲流坡降計(jì)算，驗(yàn)算地基抗?jié)B穩(wěn)定性；濾層設(shè)計(jì)；防滲帷幕及排水孔設(shè)計(jì)；永久縫止水設(shè)計(jì)。除險(xiǎn)加固的水閘應(yīng)根據(jù)水閘存在的問(wèn)題，按水閘實(shí)際的防滲、排水設(shè)施型式、布置、構(gòu)造和尺寸進(jìn)行防滲排水設(shè)計(jì)驗(yàn)算。不同水閘存在問(wèn)題不同，在除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)根據(jù)加固設(shè)計(jì)采取的措施， 對(duì)改建后的排水設(shè)施進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。必須注意的是，一旦改變了原防滲措施，須對(duì)滲流壓力進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)樾略龅姆罎B設(shè)施可能會(huì)改變滲流壓力分布，影響到閘室穩(wěn)定。防滲設(shè)計(jì)時(shí)，一方面要注意特征水位變化引起的計(jì)算條件的變化，另一方面，也需盡可能根據(jù)已建水閘多年觀測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行必要的復(fù)核。
4.4 閘室結(jié)構(gòu)布置及穩(wěn)定性分析
三類閘除險(xiǎn)加固時(shí)，首先需根據(jù)新的設(shè)計(jì)條件對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，然后結(jié)合安全鑒定中結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題， 采取必要的工程措施進(jìn)行加固，同時(shí)按加固后的結(jié)構(gòu)尺寸重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和穩(wěn)定驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)應(yīng)盡可能考慮工程措施中新老材料之間的差異性，以及這些差異將對(duì)工程安全運(yùn)行帶來(lái)的影響。 水閘結(jié)構(gòu)分析及穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，其荷載的計(jì)算也應(yīng)考慮設(shè)計(jì)參數(shù)的改變。同時(shí)，荷載組合中應(yīng)對(duì)檢修工況荷載組合進(jìn)行充分的考慮。有抗震要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（sl203—97）的規(guī)定，對(duì)抗震設(shè)防烈度超過(guò)6 度的水工建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)校核。
4.5 地基處理及設(shè)計(jì)
當(dāng)水閘發(fā)生不均勻沉降或者地基總體沉降量較大時(shí)，需根據(jù)地質(zhì)情況重新復(fù)核地基承載力。閘室加固、防滲措施改變時(shí)都需要重新驗(yàn)算地基承載力。 由于閘基處于混凝土底板之下，且閘底板鋼筋混凝土厚度一般均在0.8m 以上，鋼筋間距較小，因此，直接對(duì)地基加固有一定困難。當(dāng)?shù)鼗寻l(fā)生較大不均勻沉降時(shí)，需根據(jù)已有地質(zhì)資料認(rèn)真復(fù)核地基承載力，確定合理的加固措施。必要時(shí)增加地質(zhì)勘探工作，取得更為合理的地基土的物理力學(xué)指標(biāo)，確保采取的措施合理、經(jīng)濟(jì)且施工可行。
5 閘門、啟閉機(jī)、施工組織及其他
5.1 閘門、啟閉機(jī)
不論是鋼筋混凝土閘門還是鋼閘門，隨著使用年限的延長(zhǎng)，自身結(jié)構(gòu)均會(huì)出現(xiàn)不同程度的老化、損壞。對(duì)于鋼閘門，當(dāng)其結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重銹蝕而導(dǎo)致截面削弱， 應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。對(duì)于鋼筋混凝土閘門，當(dāng)鋼筋混凝土閘門的梁、面板等受力構(gòu)件發(fā)生嚴(yán)重腐蝕、剝蝕、裂縫致使鋼筋（或鋼筋網(wǎng)）銹蝕時(shí)，應(yīng)按實(shí)際截面進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。對(duì)閘門的零部件和埋件等發(fā)生嚴(yán)重銹蝕或磨損的， 應(yīng)按實(shí)際截面進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核。當(dāng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生改變時(shí)， 尤其是擋水高度等發(fā)生變化時(shí)，必須對(duì)閘門強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。啟閉機(jī)以及相應(yīng)的電氣控制設(shè)備主要存在的問(wèn)題是設(shè)備老化。當(dāng)需要進(jìn)行設(shè)備更新時(shí)， 除考慮啟閉力外，還應(yīng)盡可能選擇量產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的設(shè)備，方便日后的維修養(yǎng)護(hù)。
5.2 施工組織
施工組織設(shè)計(jì)中，除按要求對(duì)施工條件、施工導(dǎo)流、料場(chǎng)的選擇與開(kāi)采、主體工程施工、施工交通運(yùn)輸、施工工廠設(shè)施、施工總布置、施工總進(jìn)度和主要技術(shù)供應(yīng)進(jìn)行必要的論證和設(shè)計(jì)外，更應(yīng)結(jié)合加固工程的實(shí)際特點(diǎn)， 選擇更為合理的主體工程施工方案。尤其是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固，施工難度及施工質(zhì)量要求相對(duì)較高。
5.3 其他
根據(jù)相關(guān)要求，病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)工程占?jí)�、環(huán)境保護(hù)、工程管理、設(shè)計(jì)概算和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固是在原閘基礎(chǔ)上進(jìn)行的加固或改建，其設(shè)計(jì)的永久占地一般均相對(duì)較少或僅僅為臨時(shí)占地，因此，產(chǎn)生的占地及移民問(wèn)題也相對(duì)較少，易于處理。病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固中， 其工程量較小，環(huán)境保護(hù)以及產(chǎn)生的水土流失問(wèn)題也相對(duì)較小，易于解決。工程觀測(cè)主要是在原觀測(cè)設(shè)施基礎(chǔ)上，對(duì)存在問(wèn)題的設(shè)施進(jìn)行修復(fù)或替換，不存在更多技術(shù)問(wèn)題。難于處理的是經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，盡管工程投資、產(chǎn)生的效益、運(yùn)行費(fèi)用等相對(duì)易于計(jì)算，但實(shí)際工程產(chǎn)生的效益很難分?jǐn)�。因此，具體每處工程設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)結(jié)合自身運(yùn)用特點(diǎn)，進(jìn)行合理的區(qū)分。
6 需要進(jìn)一步探討的設(shè)計(jì)問(wèn)題
6.1 慎重對(duì)待閘底板高程的調(diào)整
當(dāng)因穩(wěn)定問(wèn)題以及擋水等需要閘底板加固時(shí)，設(shè)計(jì)中一般會(huì)對(duì)加固后的閘室問(wèn)題、底板結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的分析驗(yàn)算。而在這種情況下，易于忽視因閘底板高程變化而對(duì)河流河床變形和水力參數(shù)變化的考慮。以攔河水閘閘底板高程抬高為例。首先，假設(shè)流量q不變(恒定流)、沙粒徑d 沿程不變、河寬b 不變、糙率不變、河流處于沖淤平衡狀態(tài)，可以得到水流基本方程： q=bch1/2i1/2 式中，i 是水力坡降，c 是謝才系數(shù)。同時(shí)，河流基本輸沙方程為： s=d-pmun s=bd-pmc（hi）n/2 式中，p 和n 均為指數(shù)，n 一般大于4，m 為系數(shù)，u 為流速。根據(jù)上述假定，對(duì)比降i 推導(dǎo)出方程： sdpb（n-3)/3=mc2n/3qn/3in/3 可以得出，當(dāng)攔河閘閘底板高程抬高后，其上游河道河床比降i 變緩，而河流寬度沒(méi)有改變，床沙粒徑d 沿程不變或改變很小，在相同流量或來(lái)水過(guò)程下， 水流的挾沙能力減弱，導(dǎo)致河流上游的淤積抬高。上游來(lái)沙將減少，將導(dǎo)致下游的沖刷。同時(shí)，上游河床比降變緩，同流量水位將會(huì)抬高，可能導(dǎo)致兩岸堤防加高。因此，當(dāng)需要對(duì)閘底板高程進(jìn)行改變時(shí)，須對(duì)未來(lái)的河床演變和水面線影響作出合理的預(yù)測(cè)。
6.2 混凝土加固技術(shù)的應(yīng)用
目前對(duì)建筑進(jìn)行加固已取得大量的施工經(jīng)驗(yàn)，而對(duì)水閘工程，尤其是處于水位變動(dòng)區(qū)的建筑物，其工作環(huán)境與普通民用建筑相差很大，直接采用工民建的加固方法尚有待進(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)，雖然目前不斷有新的施工方法出現(xiàn)，但考慮到水閘除險(xiǎn)加固時(shí)其工作量相對(duì)較小，相應(yīng)的施工工藝、施工質(zhì)量又要求較高，在設(shè)計(jì)中需盡可能地在可行、經(jīng)濟(jì)合理且能保證質(zhì)量的情況下選擇加固方案。
