沿海地區水閘設計有關問題探討

韓良凱

(丹東市水利勘測設計研究院，遼寧 丹東 118000)

1 工程概況

新立閘位于東港市大孤山鎮新立屯村東南方向，距新立屯村約1km，橫跨于小洋河河道，東西走向。主要任務是蓄水、擋潮，將咸淡水域分開。綜合利用水資源、改善小洋河水環境等方面將起到重要的作用。本閘泄洪設計標準為10a一遇，校核標準為30a一遇，擋潮標準為20a一遇。

采用鋼筋混凝土結構，最大過閘流量為296.0m3/s(P=3.3%)，該閘自上游到下游共分為4段，分別為15.0m上游鋪蓋段、14.0m閘室段、24.5m消力池段、27.0m下游海漫段。新立閘共5孔，每孔凈寬5.8m，高5.1m。閘室左右兩側河灘地采用溢流堰，左右壩體長度均為106.6m。在河道左側河灘地修建人行橋，人行橋長110m。在新立提水站附近修建管理房，管理房面積75m2，內含設備室，控制室，變、配電室。

以東港市新立閘工程為例，探討沿海地區水閘設計中普遍存在的共性問題進行分析。①如何解決沿海地區閘基礎液化、滲漏問題；③如何可以直觀、有效地檢測閘基處理的效果；③在感潮河段建設新立閘，如何解決海水侵蝕問題。

2 工程設計

2.1 基礎液化，滲漏問題

對于地基土中的液化土層，設計中一般可以采取挖除置換、強力夯實、樁基礎等常用處理方法。

1)液化土層厚度不大時，基礎外邊緣每側外伸加密或換土處理的寬度，≥1倍換填基床厚度，且≥2.0m(換填后頂面應力大于地基承載力)。

2)將液化土層全部挖除，置換為砂石或灰土墊層。

3)采用強力夯實法(如強夯，擠密砂樁，振動振沖加密等)，將可液化砂土中的孔隙水排出，提高土的密度，擠密液化砂土，減少沉降量，增加地基承載力，成為不液化地基。對于加固工程，應處理至液化深度以下。

4)對于較深厚的松軟地基，尤其是上部為松軟土層、下部為硬土層的地基。樁基必須嵌入非液化土層，樁端嵌入碎石土，礫、粗、中砂，堅硬黏性土≥0.5m；對其他非巖石土≥1.0m。

新立閘底板底面高程為-2.10--2.30m來看，閘基以下地層為粉砂、細砂及圓礫。其中粉砂層較薄，且厚度稍有變化，屬嚴重液化，不經過抗液化處理不宜直接作為天然地基持力層。細砂層雖然厚度較大，承載力相對較高，但上部約6m厚中等液化的部分不經過抗液化處理也不宜作為天然地基持力層。圓礫層承載力高，若作為天然地基持力層開挖量較大，不經濟。經施工、工程投資比較，本工程采用高壓擺噴圍封板墻技術，沿閘底板四周，設置擺噴板墻一道，板墻厚0.2m，深度至-15.2m高程(粉細砂層底部)。設置高壓擺噴圍封板墻既解決了閘基液化，又解決了防滲。同時高壓擺噴圍封板墻較常規的灌注樁基聯合防滲方案節省資金30%。同時降低施工難度，處理效果十分顯著。

2.2 如何對閘基礎處理效果進行檢測

根據《水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范》對高壓擺噴灌漿的質量檢查可采用圍井檢查法及鉆孔檢查法。以上兩種檢測方法僅能檢測高壓灌漿滲透情況及厚度較大和深度較小的高噴墻，不能檢測出高壓灌漿墻體是否連續，厚度是否均勻。針對以上問題，新立閘工程高壓擺噴圍封板墻采用電磁波進行地下雷達掃描方法進行地下部分的檢查[1]。

本工程完成地質雷達測線共計5條，同時用GPS進行現場場地定位。工程區內主要的地質體主要為混凝土墻體，墻體外部的黏土，根據原地質部門勘探，由上往下主要巖性為粉砂、細沙、砂礫。工程量統計表詳見表1。

表1 工程量統計表

地質雷達是物探勘察中的一種高精度無損探測技術。地質雷達的工作原理是以脈沖形式的高頻寬帶電磁波向地下發送，電磁波在地下介質傳播過程中，當遇到存在電性差異的地下目標體(或埋藏物)。電磁波發生反射返回到地面，再由接收天線接收。

根據電磁波原理，地質雷達對接收到的電磁波進行信號處理和分析，根據信號波形、強度等參數來推斷地下目標體的空間位置、結構及幾何形態，清晰反映地質現象，從而達到對地下介質的探測。本工程地質雷達探測采用GV-100型探地雷達系統，100M天線，探測深度可達15-20m。地質雷達數據采集后，最終得到各測線的成果圖，見圖1。

新立閘工程中對高壓擺噴墻采用了圍井試驗，同時還采用較先進的地質雷達探測進行物探，完成地質雷達測線5條，給出地質雷達檢測的結論，再次驗證了本次地基處理的良好成效。通過地質雷達檢測技術在高壓擺噴墻檢測中的應用情況得出以下幾點：

1)地質雷達檢測法對高壓擺噴墻進行無損探測具有優良的穿透深度，檢測效率高，檢測結果可靠度高，不影響擺噴墻的使用壽命。

2)能夠準確檢測高壓擺噴墻施工中存在的各種病害，將各種病害消滅在萌芽狀態中，避免造成安全隱患。

圖1 各測線成果圖

2.3 沿海地區混凝土侵蝕問題

鹽霧地區許多混凝土工程都面臨著耐久性不良的嚴重問題，混凝土侵蝕主要有混凝土碳化、氯離子侵蝕、凍融循環等。海水侵蝕主要是海水中的氯離子、鎂離子及硫酸根離子與水泥中的氫氧化鈣發生化學反應生成硫酸鈣和氫氧化鎂等化合物。由于新形成物不斷析出，導致反應產物體積膨脹，混凝土孔隙結構遭到內應力破壞，混凝土強度降低，從而造成混凝土構件內部出現裂縫并不斷擴展，鋼筋銹蝕，甚至剝落[2]。

新立閘位于鹽霧地區，該閘主要任務是蓄水、擋潮，將海水淡水分開。本次設計選用普通硅酸鹽水泥的同時，采用了防腐硅烷浸漬劑對閘墩、基礎及鋼筋混凝土閘門進行涂抹。以達到提高混凝土結構的耐久性。

硅烷浸漬劑化學名稱是異丁基三乙氧基硅烷液體，為無色透明液體。可用于配制防水產品。小分子結構可穿透混凝土表面，滲透到混凝土內部與暴露在酸性或堿性環境中的空氣及基底中的水分子發生化學反應，形成防水層，抑制水分進入到基底中。產生防水、防氯離子、抗紫外線的性能且具有透氣性。可有效防止基材因滲水、日照、酸雨和海水的侵蝕而對混凝土及內部鋼筋結構的腐蝕、疏松、剝落、霉變而引發的病變，提高建筑物的使用壽命。經保護的基材具有良好的斥水性，并保留原有的外觀。堿性環境如澆注不久的混凝土，會刺激該反應并加速斥水層的形成。提高混凝土結構的耐鹽堿性、抗凍融性、防水性等特性，延長鋼筋混凝土壽命。同時該產品還具有以下特點：①優異的滲透深度，能滲透到混凝土表面下3-4mm深度；②<0.2mm的裂縫自動愈合；③防水層不會因結構表面磨損而失去整體防水能力，且防水層具有自我修復能力；④涂膜的憎水性使液態水在坡面和立面上難以停留，基材內部的水分子很容易向外散逸，使涂膜下的基材保持自然的干濕平衡，而不會造成像全封閉涂膜那樣濕氣無法散出而引起鼓泡或表層脫皮。⑤本品屬易燃品，固化后會釋放出微量乙醇，應注意安全預防措施，不要暴露在空氣中，儲存和使用本時品，要注意通風，遠離火花、熱源、明火。

3 結 語

針對沿海地區水閘設計和研究，文章以東港市新立閘工程為例，對閘基礎液化、滲漏問題；檢測閘基處理的效果；海水侵蝕3個方面進行了分析，從施工、工程投資、工程管理等方面進行了比選，克服了諸多設計難題。得出了設計方案。在現如今科學技術和施工工藝不斷完善的基礎上，其建設設計、施工質量得到了顯著提高。

新立閘修建后，使上游河水不受海水的污染，增加灌溉面積，改善閘址上游水環境。結合小洋河堤防綠化，構成小洋河一道靚麗的碧水綠化帶。