試析水閘病害的原因及加固措施

摘要：水閘病害是水閘的不安全因素，隨著科研工作和工程實踐的廣泛開展，出現了許多新材料、新技術和新工藝，應積極地將這些科技新成果應用到水閘病害防治工作中來。

關鍵詞：水閘病害；成因分析

1 引言

我國現有各類水閘5萬多座，它們在防洪除澇、農業灌溉、攔潮蓄水、水力發電、城鄉供水、旅游、環境生態等方面發揮了巨大的作用，取得了顯著的經濟效益，構成了我國水利基礎設施的重要組成部分。但是由于歷史原因，并受到當時經濟技術條件的限制。大多數工程設計標準偏低，施工質量較差。而且建成后的管理水平低。工程運行維修養護經費無正常投入渠道。致使水閘在空氣、負荷、凍融、污染、風、浪、雨和雪的長期作用下，呈現出各種各樣的老化病害，嚴重影響水閘的安全性、適用性和耐久性。

2病害類型及其成因分析

許多水閘都不可避免地存在多種不同形式的老化病害，為了消除或減輕這些水閘的病害癥狀，應首先分析病害的類型及其成因，才能“對癥下藥”。

水閘的病害往往不是單獨存在的，它們之間或多或少地存在著某些必然的聯系。往往一種作用在最初導致了某種破壞，而這種破壞又會誘發其他形式的破壞；反過來，其他形式的破壞又將加劇最初的這種破壞。因此，必須對水閘的病癥進行透徹的分析，找出這些病癥的“因果關系”。

2.1 閘室結構變形破壞

結構的變形破壞形式分為結構的整體位移和局部變形，主要表現為結構的水平位移和豎直位移超標、混凝土開裂、結構縫的張開（包括止水的失效），這些表現形式之間通常是互相關聯的。混凝土的開裂和結構縫的張開屬于局部結構變形。除了結構整體位移，特別是不均勻位移會引起混凝土裂縫和結構縫張開外，其他原因也會造成各種類型的混凝土裂縫，主要包括溫度裂縫、干縮裂縫、鋼筋銹蝕裂縫、堿骨料反應裂縫和施工裂縫。

2.2 地基滲流破壞

水閘的滲流包括閘下滲流和側向滲流兩種途徑。由滲流引起的滲透變形是水閘破壞的主要形式之一，主要包括管涌、流土和接觸破壞三種形式。

引起水閘滲流破壞的主要原因有：原設計標準偏低，現水閘為了滿足新的功能要求，提高水位差運行；防滲止水設施失效；排水反濾設施失效；存在影響結構整體性的裂縫；地基土本身的特性與缺陷；其他原因。

2.3閘門及其啟動系統的破壞

閘門的主要問題包括：面板、主梁、次梁變形與剝落；止水橡皮的老化破損；閘門及其細部構件的銹蝕等。一般說來，閘門的破壞往往是在閘室過水時發生的，特別是在某些水力條件下，閘門將產生強烈振動，甚至產生共振和動力失穩現象。閘門振動破壞的原因十分復雜，目前對于閘門振動的研究還處于探索階段，但總的說來是由于動水作用的不平穩引起的。伴隨閘門的振動，將產生一系列的閘門破壞，例如閘門變形、止水破壞等。閘門本身的老化是閘門破壞的另一個原因。

2.4 混凝土表面劣化

２.4.1 混凝土碳化和鋼筋銹蝕。混凝土的碳化是空氣中的二氧化碳與水泥石中的堿性物質互相作用的一種復雜的物理化學過程。由于碳化會降低混凝土的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜，從而導致鋼筋銹蝕。

2.4.2 混凝土表面剝蝕破壞。混凝土耐久性不良是造成表面剝蝕破壞的內在原因。水力混凝土產生剝蝕破壞主要是由于環境原因。（包括水、氣、溫度、介質）與混凝土及其內部的水化產物、砂石骨料、摻和物、外加劑、趕緊相互作用，產生一系列機械、物理、化學的復雜作用，從而形成大于混凝土抵抗能力（強度）的破壞應力所致。

3 病害加固措施

在對水閘進行安全檢測及評估之后，應針對所出現的病害癥狀進行除險加固。在確定加固措施時，應首先消除或最大可能地減小病害源，在對病害源進行整治之后，再逐步對病害癥狀進行處理。由于每個水閘的病害癥狀及病因都各不相同，所以，對于各個水閘的除險加固應因地制宜，靈活運用各種加固方法。

3.1 結構變形的處理

3.1.1 閘室的糾偏處理。水閘可以采用應力解除法糾偏，其原理是：在沉降較小的一側布設密集的鉆孔排，有計劃，有次序，分期分批地在鉆孔內適當深處掏出適量的軟淤泥，使地基應力在局部范圍內得到解除，促使軟土向該側移動，從而增加該側地基沉降量，最終達到糾偏的目的。其特點是：掏土時，掏深不掏淺，掏軟不掏硬，掏基底外不掏基底內。

3.1.2 裂縫處理。裂縫處理除了以恢復防水性和耐久性為主要目的外，也要考慮到經濟和結構的美觀性。修補裂縫的方法很多，主要有鑿槽充填法、灌漿法、表面覆蓋法。

3.2 地基滲透的處理

處理原則是降低水流的滲透坡降，提高基礎的抗滲坡降，從而使滲透坡降達到安全要求。

基礎滲透修復主要包括：修復沉險縫止水，可重新補做止水設施；修復下游排水，將護坦底部的反濾層拆除，重新修復，在護坦下游的海漫段加做反濾排水設施；適當加長上游防滲鋪蓋；補救閘基板樁；加固閘基，其方法主要是灌漿處理。

側向滲漏修復主要包括：閘背填土開挖回填；加深和加長刺墻；垂直止水的修復；灌漿處理。

3.3 上下游消能防沖設施破壞的處理

上下游消能放沖設施產生破壞時，應采用工程措施與非工程措施相結合的手段在處理。

非工程措施最主要的是提高水閘運行管理水平，采用合理的運行方式。如果這種破壞主要歸咎于水力條件發生變化或設計不當，則應對消能防沖設施進行重新設計，設置完善合理的消能工程。對于軟弱地基，需采用合適的方法進行處理。處理過程中，注意到土工合成材料中的非織造針刺土工織物具有良好的反濾特性，可用來設置反濾層，代替傳統的砂礫料，可以解決砂礫料級配不當所帶來的一系列問題。例如，閘后底板分縫處排水孔常因淤堵而失效，致使底板下積聚過高的揚壓力等。

3.4 閘門及其啟閉設備的維修加固

由于受過去技術經濟條件的限制，建造的閘門多為鋼筋混凝土閘門，現大多已出現了嚴重的老化問題。在經濟條件允許的情況下，加固過程中可以考慮將混凝土閘門門體更換為鋼閘門。一些重要的中小型水閘沒有設置檢修閘槽及備用工作閘門，萬一閘門損壞，可能引起嚴重的事故。因此，對于這類水閘必須用切割機切出一道預備工作閘槽，以防不測。在對啟閉系統進行改造時，應注重對其供電及控制線路進行改造，完善各輔助設施功能，提高控制系統自動化程度。

3.5 混凝土表面劣化的處理

3.5.1 混凝土的碳化及鋼筋銹蝕處理。對于混凝土碳化的處理，視碳化的深度和部位的不同，各種工程的處理方法也不盡相同。一般而言，將碳話的混凝土全部鑿去，表面清理干凈，再用高于原混凝土設計標號的混凝土或其他修補材料（例如環氧聚酯、丙乳砂漿、丙乳混凝土、HBR聚合物砂漿等）進行修補加固；如果外露的鋼筋已產生銹蝕，必須先除銹再進行處理，都應考慮采用一般混凝土或噴砂漿修補，可以考慮用環氧厚漿涂料封閉。

3.5.2 混凝土表面剝蝕處理。首先對原混凝土剝蝕面進行清洗，然后用各類修補材料進行修補。在選用修補材料時，應根據混凝土剝蝕的原因，采用不同的修補材料。例如，由凍融破壞引起的表面剝蝕，可采用抗凍性聚合物砂漿進行修補。

4 結語

水閘病害是水閘的不安全因素，所以，水閘的安全評價應建立在現狀調查與安全檢測的基礎上。目前，水閘安全評價在很大程度上依賴于多位專家的經驗，其安全評價體系尚待進一步成熟與發展。病害檢測水平需進一步提高，特別是應加強水下部分的檢測，以提高檢測工作的完善性，更好地了解水閘的工作性態。近年來，隨著科研工作和工程實踐的廣泛開展，出現了許多新材料、新技術和新工藝，應積極地將這些科技新成果應用到水閘病害防治工作中來。