柴埠口水閘病險(xiǎn)災(zāi)害及加固要點(diǎn)分析

張洪杰

（江西省贛撫平原水利工程管理局,江西 南昌 330000）

0 引言

水閘廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉、防洪排澇、城鎮(zhèn)供水、航運(yùn)發(fā)電等行業(yè)[1-2]。盡管我國建設(shè)了大量水閘發(fā)揮了顯著的工程效益,但受限于建設(shè)年代和經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件,很多工程運(yùn)行多年后均出現(xiàn)了不同程度的病害,突出表現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)損壞、防洪能力不足、建筑物老化、閘前淤積及相關(guān)設(shè)施失效。本文結(jié)合柴埠口水閘除險(xiǎn)加固工程,分類分項(xiàng)探討水閘存在的病害和采取的加固措施。

1 工程概況

柴埠口水閘位于贛撫平原灌區(qū),是一座以灌溉為主,兼顧發(fā)電、航運(yùn)等綜合利用的中型水閘,位于進(jìn)賢縣李渡鎮(zhèn)柴埠口村附近,主要建筑物由進(jìn)水閘、船閘組成,是撫東堤主要建筑物之一。工程建成以來,為贛撫平原灌區(qū)東總干渠提供農(nóng)業(yè)灌溉用水發(fā)揮了巨大的社會(huì)效益。

2 工程病險(xiǎn)及加固措施

2.1 進(jìn)水閘病害及加固要點(diǎn)

進(jìn)水閘存在的主要問題是：進(jìn)水閘砼存在老化、裂縫、蜂窩麻面、露石露筋現(xiàn)象；進(jìn)水閘上部排架裂縫,啟閉梁預(yù)埋件銹蝕；進(jìn)水閘消力池底板已出現(xiàn)縱橫裂縫和下沉現(xiàn)象,消力池深度、底板厚度及海漫長(zhǎng)度不滿足要求；進(jìn)水閘下游兩岸岸坡2010 年汛期出現(xiàn)泡泉滲漏險(xiǎn)情,水閘基礎(chǔ)存在滲漏隱患；進(jìn)水閘啟閉機(jī)房建設(shè)年代久遠(yuǎn),墻體裂縫,屋面為砼預(yù)制板漏水嚴(yán)重。

2.1.1 閘室混凝土

由于進(jìn)水閘閘室砼表面老化碳化較嚴(yán)重,為提高進(jìn)水閘閘墩表面的抗沖磨和抗老化性能,在混凝土表面噴一層2 mm厚的聚脲彈性體抗沖磨材料對(duì)老混凝土進(jìn)行保護(hù),實(shí)施后需滿足表1 中參數(shù)指標(biāo)。

表1 抗沖耐磨型材料特性指標(biāo)

噴涂聚脲彈性體固化快,10 s凝膠,10 min達(dá)到步行強(qiáng)度。復(fù)雜曲面不流掛；停工期短,對(duì)溫度和水分不敏感,施工時(shí)受環(huán)境溫度、濕度影響小。具有優(yōu)越的抗沖磨、防滲和抗腐蝕特性；撕裂強(qiáng)度大于50 kN/m,抗沖磨強(qiáng)度達(dá)到C60 硅粉混凝土的10 倍以上,高速水流沖刷無脫落。聚脲彈性體補(bǔ)強(qiáng)由底涂、噴涂聚脲彈性涂料、脂肪族聚氨酯面層組成。

2.1.2 消能防沖設(shè)施

現(xiàn)狀消力池長(zhǎng)度均滿足要求,但深度及底板厚度不滿足要求,海漫長(zhǎng)度不滿足要求。現(xiàn)狀消力池底板裂縫,損毀嚴(yán)重。因此設(shè)計(jì)對(duì)消力池進(jìn)行拆除重建,池長(zhǎng)24.0 m,底板厚0.7 m,池深1.0 m。底板梅花形布置排水孔,孔、排距3 m×3 m。消力池后接15.0 m長(zhǎng)的干砌石海漫,干砌石厚300 mm,下設(shè)150 mm后的砂礫石墊層。

2.2 閘基滲漏及處理

由于受當(dāng)時(shí)施工技術(shù)限制,水閘成墻質(zhì)量難以保證。高噴防滲墻軸線布置在上游混凝土鋪蓋上,未形成封閉,閘基存在滲漏的可能。且防滲墻左側(cè)起于左岸岸坡,右側(cè)止于右岸道路,長(zhǎng)僅約65 m,根據(jù)地勘資料防滲墻之外仍有中粗砂墻透水層,兩側(cè)存在繞滲隱患。同時(shí),防滲墻布置在進(jìn)水池上游側(cè),當(dāng)撫河水位較高時(shí),由于防滲墻后為砌石護(hù)坡亦存在沿坡面滲透的通道。且防滲墻已使用近30年,故在撫河發(fā)生特大洪水的汛期,進(jìn)水閘下游兩側(cè)岸坡出現(xiàn)泡泉險(xiǎn)情,閘基存在滲透問題。

2.2.1 基礎(chǔ)防滲處理方案擬定

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》閘基的防滲長(zhǎng)度應(yīng)滿足：

式中：L為閘基防滲長(zhǎng)度,m；ΔH為上下游水頭差,m,進(jìn)水閘在設(shè)計(jì)洪水工況下,ΔH=11.09 m；C為允許滲徑系數(shù)值,進(jìn)水閘基礎(chǔ)為中粗砂,C值取7。

根據(jù)式（1）可知,如果采用水平鋪蓋防滲,防滲長(zhǎng)度應(yīng)不小于77.63 m,鋪蓋過長(zhǎng)且難以與坡面形成封閉的防滲體系,施工質(zhì)量難以保證,故不予以考慮。根據(jù)本工程地質(zhì)條件和目前較成熟且應(yīng)用較為廣泛的垂直防滲技術(shù),本次加固設(shè)計(jì)防滲處理采用垂直防滲方案。

2.2.2 處理方案比選

根據(jù)目前成墻技術(shù),成墻工藝有高噴灌漿、射水造墻（射水法造砼防滲墻）、液壓抓斗法等。

由表2 可知,雖然液壓抓斗和射水造墻成墻造價(jià)較低,但是由于施工需要一定的施工場(chǎng)地,且防滲墻與建筑物形成封閉的防滲體系需拆除部分建筑物,待防滲墻實(shí)施后再對(duì)其重建,不但延長(zhǎng)工期、增加施工難度,還增加工程投資。同時(shí)由于基礎(chǔ)主要為中粗砂,液壓抓斗和射水造墻施工有一定局限性。因此,結(jié)合工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,從經(jīng)濟(jì)技術(shù)的角度出發(fā),本階段設(shè)計(jì)推薦采用高噴灌漿防滲墻方案。

表2 砼防滲墻施工工藝比較表

2.2.3 防滲加固設(shè)計(jì)

進(jìn)水閘基礎(chǔ)采用高噴灌漿處理,擺噴,孔距1.2 m。防滲墻起于進(jìn)水閘左側(cè)30 m處的公路,止于進(jìn)水閘右側(cè)管理房圍墻,防滲墻長(zhǎng)85 m。進(jìn)水閘段高噴防滲墻布置在進(jìn)水池砼底板上,與進(jìn)水閘形成封閉的防滲體系。高噴灌漿防滲墻深入基巖0.5 m,墻體抗壓強(qiáng)度：R28≥5.0 MPa；墻體滲透系數(shù)：K≤1.0×10-6cm/s。

根據(jù)其他工程措施施工需要,進(jìn)水閘上游將設(shè)施工圍堰,圍堰基礎(chǔ)采用高噴灌漿防滲,下游亦設(shè)圍堰。為避免上下游水位差對(duì)高噴防滲墻的影響,確保防滲墻質(zhì)量,閘基礎(chǔ)防滲墻應(yīng)在圍堰實(shí)施之后進(jìn)行施工,同時(shí)施工期應(yīng)對(duì)下游圍堰內(nèi)充水,確保上下游水位差控制在1.0 m以內(nèi)。

2.3 船閘病害及加固要點(diǎn)

船閘位于進(jìn)水閘右側(cè),屬贛撫航道上的通航建筑物,同時(shí)兼有抗御撫河洪水任務(wù)。目前船閘閘墩及閘室砼老化、蜂窩麻面；啟閉機(jī)房建設(shè)年代久遠(yuǎn),墻體裂縫,屋面為砼預(yù)制板漏水嚴(yán)重；人字門啟閉設(shè)備陳舊、老化啟閉機(jī)房裂縫,漏水；輸水閥門及啟閉設(shè)備不能正常工作。

2.3.1 混凝土補(bǔ)強(qiáng)

由于船閘上下閘首表面碳化較深,砼表面老化碳化較嚴(yán)重,為提高船閘上下閘首表面的抗沖磨和抗老化性能,在混凝土表面噴一層2 mm厚的聚脲彈性體抗沖磨材料對(duì)老混凝土進(jìn)行保護(hù)。

2.3.2 人字鋼閘門、輸水閥啟閉機(jī)房

4 座人字鋼閘門啟閉機(jī)房以及輸水閥啟閉機(jī)房建于20 世紀(jì)50 年代,屋面為砼預(yù)制板。現(xiàn)狀墻體裂縫、漏水嚴(yán)重,設(shè)計(jì)對(duì)其拆除重建。啟閉機(jī)房為磚混結(jié)構(gòu),房屋高5.1 m,長(zhǎng)8.2 m,寬4.2 m。

2.4 安全監(jiān)測(cè)設(shè)施

柴埠口水閘各建筑物無任何安全監(jiān)測(cè)設(shè)施,水閘無水情、雨情測(cè)報(bào)設(shè)施,工程管理設(shè)施簡(jiǎn)陋,不能滿足工程管理需要。本樞紐主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：沉降及水平位移觀測(cè)、水位及流量觀測(cè)、揚(yáng)壓力觀測(cè)。

2.4.1 沉降及水平位移觀測(cè)

水閘水平位移采用視準(zhǔn)線法進(jìn)行監(jiān)測(cè),進(jìn)水閘閘墩各上設(shè)1 個(gè)測(cè)點(diǎn),共8 個(gè)測(cè)點(diǎn),在右岸布置一個(gè)工作基點(diǎn)和一個(gè)校核基點(diǎn)；船閘在上下閘首各閘墩上設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn),共4 個(gè)測(cè)點(diǎn),在船閘下閘首左岸布置一個(gè)工作基點(diǎn)和一個(gè)校核基點(diǎn)。合計(jì)觀測(cè)基點(diǎn)12 個(gè),工作基點(diǎn)2 個(gè),校核基點(diǎn)2 個(gè)。進(jìn)水閘、船閘垂直位移采用精密水準(zhǔn)法進(jìn)行監(jiān)測(cè),各閘墩垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共用。在進(jìn)水閘閘址上游附近地基穩(wěn)固可靠處,共布設(shè)2 個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)。

2.4.2 水位及流量觀測(cè)

水位觀測(cè)：在進(jìn)水閘右岸閘前設(shè)1 個(gè),在下游流量觀測(cè)斷面岸邊設(shè)1 個(gè)；在船閘左岸上閘首閘前設(shè)1 個(gè),在下閘首下游流量觀測(cè)斷面岸邊設(shè)1 個(gè)；共計(jì)水位觀測(cè)點(diǎn)4 個(gè)。

3 結(jié)語

基于柴埠口水閘各分部分項(xiàng)工程存在的險(xiǎn)情,加固方案從混凝土補(bǔ)強(qiáng)、進(jìn)水閘構(gòu)件重建更換、閘基防滲、船閘處理及監(jiān)測(cè)設(shè)施增補(bǔ)等方面完成了水閘整體除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì),方案自始至終貫徹了環(huán)保、節(jié)約及經(jīng)濟(jì)等理念,從根本上解決了水閘存在的病險(xiǎn)災(zāi)害,為贛撫平原灌區(qū)發(fā)揮更大的灌溉通航效益奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。