水利工程水閘除險加固的施工方法研究

劉志宏

(綏中縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島 125200)

在檔潮、攔洪、抬高上游蓄水水位以滿足通航或取水要求等方面，水閘發(fā)揮著不可替代的作用[1]。隨著運(yùn)營年限的增加，加之缺乏有效的維護(hù)管理，在使用過程中水閘大多存在一定的病險問題，所以消除水閘安全隱患逐漸引起人們的重點(diǎn)關(guān)注[2-3]。為充分發(fā)揮水閘的功能效益，保證結(jié)構(gòu)的耐久性、適用性和安全性，確保水閘除險加固方案的經(jīng)濟(jì)可行性，必須統(tǒng)籌考慮各相關(guān)因素合理的設(shè)計除險加固方案。

1 水閘病險分析

1.1 防洪檔潮標(biāo)準(zhǔn)低

水閘檔潮、防洪能力無法達(dá)到使用要求，如提閘過水時排澇泄流能力較低，與下游河床抗沖刷能力相比其單寬流量明顯較高，且受限于頂高程閘室通常發(fā)生河水倒灌的現(xiàn)象。由于建成年代久遠(yuǎn)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、水文資料缺乏及其他客觀條件的限制，部分水閘整體質(zhì)量較差；此外，隨著時代的發(fā)展防洪規(guī)劃有所調(diào)整，加之部分區(qū)域已發(fā)生沉降，現(xiàn)行防洪防潮標(biāo)準(zhǔn)與閘室高程極不協(xié)調(diào)[4]。

1.2 閘室穩(wěn)定性差

目前，閘體不均勻沉降、工程區(qū)域性下沉等問題普遍存在，從而導(dǎo)致閘室本體的抗浮、抗傾、抗滑安全系數(shù)不符合規(guī)范要求，閘基破壞、消能防沖設(shè)施老化極為嚴(yán)重，這大大降低了工程的整體安全穩(wěn)定性。另外，部分水閘因未設(shè)消能防沖設(shè)施或者運(yùn)行管理體制不完善，相關(guān)設(shè)施損壞嚴(yán)重，閘基連接段滲流破壞問題突出，堤防護(hù)坡和閘基出現(xiàn)流土、管涌、掏空等現(xiàn)象，并加劇了滲透破壞。

1.3 結(jié)構(gòu)老化破損嚴(yán)重

受工程投資、施工技術(shù)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、管理控制等條件的限制，部分水閘的配筋量不足、混凝土標(biāo)號較低，加之運(yùn)維管理不善和長期服役運(yùn)行許多結(jié)構(gòu)普遍存在脫落、開裂、碳化等問題。因此，為準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)的破損或老化程度，有必要加強(qiáng)混凝土強(qiáng)度、碳化等檢測，如表1。

表1 混凝土強(qiáng)度、碳化檢測

2 水閘除險加固施工方法

2.1 土方開挖

根據(jù)實(shí)際工程土質(zhì)特點(diǎn)，可以選用自上而下分級分層開挖土方的方法，此外要留有充足的平臺面積，為了防止發(fā)生坍塌應(yīng)嚴(yán)格控制每層的開挖深度。根據(jù)測量放樣和設(shè)計工藝，對邊坡組織開挖施工，并做好相應(yīng)支護(hù)措施。工程中可以選用潛水泵，以保證排水效果和基坑施工可靠性，開挖閘室周邊時必須設(shè)置容量足夠大的積水坑，并確保水流可以匯集到坑內(nèi)。開挖水閘土方過程中，應(yīng)按照先閘室段、后上下游連接段的施工流程，尤其是開挖村莊道路邊坡時必須遵循分級分層的開挖原則，先設(shè)置沉降觀測點(diǎn)后噴塑混凝土，從而保證邊坡整體穩(wěn)定。

2.2 護(hù)坦、護(hù)底、鋪蓋、閘底板施工

應(yīng)充分考慮施工進(jìn)度要求、工程結(jié)構(gòu)特征等因素合理設(shè)計施工方案，即依次穿插完成閘室底板澆筑、護(hù)坦、護(hù)底、鋪蓋等施工，并按照設(shè)計文件完成閘墩澆筑、底板墩墻分縫處理等操作。此外，必須確保基礎(chǔ)混凝土的澆筑效果，針對閘室頂部、閘墩等直線型砼結(jié)構(gòu)選用木模，將模板利用對拉螺栓和鋼管聯(lián)合加固支撐，而對異型構(gòu)件要選用相適應(yīng)的模板，保證此類模板的整體牢固穩(wěn)定。完成基礎(chǔ)施工且質(zhì)量檢驗(yàn)合格后，開始鋪灘墊層、安裝模板以及綁扎鋼筋，閘底板施工時可以直接利用臺階式澆筑的施工方法，且澆筑過程中不能發(fā)生停頓，必須一次澆筑完成，并保證入倉混凝土的振搗密實(shí)性。對于存在高度差的閘室底板澆筑施工，為確保結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定需要一次澆筑成型，除特殊情況一般不設(shè)施工冷縫。采用吊模法完成模板的支護(hù)施工，拉結(jié)加固時需要利用上下雙排螺桿，拉桿的設(shè)置間隔不宜超過0.5 m，為確保模板的整體穩(wěn)定還要對底板內(nèi)部鋼筋利用鋼絲拉結(jié)。

2.3 閘墩施工

水閘除險加固的關(guān)鍵是對閘墩的施工控制，對此要保證閘墩表面質(zhì)量以及混凝土澆筑的密實(shí)性，所以必須重點(diǎn)控制閘墩施工質(zhì)量。為防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形的情況，在澆筑閘墩時必須確保各部位立模的同步性，澆筑過程中一步到位。立模完成后要對稱加以支撐，為保證加固效果可以借助拉條、拉桿等輔助設(shè)施，澆筑過程中要緩慢分料入倉以保證施工質(zhì)量。

2.4 閘門槽二期砼施工

正式開工前，要檢查安裝埋件的數(shù)量以及放置埋件的堆場，清掃埋件保持其表面潔凈，并準(zhǔn)確測量埋件的尺寸。若發(fā)現(xiàn)埋件制造缺陷、尺寸超標(biāo)等問題，必須及時采取有效的措施消除不利影響。安裝前，必須對二期預(yù)留埋件和一期的插筋情況實(shí)施檢查，設(shè)計過程中要對高程、樁號嚴(yán)格控制，對于不符合設(shè)計要求的金屬結(jié)構(gòu)要與項(xiàng)目單位協(xié)商。安裝門槽埋件前需要檢查預(yù)留槽情況，調(diào)直埋存于一期中的預(yù)埋件，針對預(yù)埋件不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或存在缺陷的，應(yīng)與施工單位協(xié)商做出相應(yīng)的補(bǔ)埋處理。此外，要對一期、二期混凝土結(jié)合面實(shí)施鑿毛處理，從而確保施工質(zhì)量。

2.5 溫度控制

混凝土施工和結(jié)構(gòu)質(zhì)量受環(huán)境溫度的影響較大，如果對施工溫度的控制效果不好或沒有實(shí)施有效的控制，因存在內(nèi)外部溫差混凝土結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生裂縫，從而發(fā)生較大的變形。此外，溫度還在一定程度上影響著結(jié)構(gòu)物本體強(qiáng)度。為更合理的選擇溫度控制方法必須分析混凝土類型，考慮施工區(qū)域的環(huán)境條件充分發(fā)揮高性能混凝土優(yōu)勢。例如，夏季和冬季澆筑混凝土?xí)r控制入模溫度要低于30℃、大于5℃，而養(yǎng)護(hù)期間芯部混凝土溫度不應(yīng)超過60℃，控制混凝土表面與芯部溫差在20℃以內(nèi)，外部環(huán)境與結(jié)構(gòu)表面溫差在15℃以內(nèi)，而養(yǎng)護(hù)用水與結(jié)構(gòu)表面溫差要低于10℃。為確保整體結(jié)構(gòu)性能，要嚴(yán)格測量各個工序的混凝土溫度，并采取有效的控制措施保證水閘的施工指令。

2.6 金屬結(jié)構(gòu)施工

根據(jù)門槽設(shè)備外形尺寸合理設(shè)計臨時鋼支撐，提前做好準(zhǔn)備并預(yù)留一定數(shù)量的斷面。對完成調(diào)整后的門槽埋件進(jìn)行加固處理，由此避免預(yù)埋件和門槽安裝后可能發(fā)生變形的情況，確保該部位的精準(zhǔn)安裝。門槽設(shè)備安裝前，必須利用性能和精度較高的全站儀實(shí)行精準(zhǔn)測量，以此確保設(shè)備安裝精度。測量弧形工作門時應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)以下要點(diǎn)：支承的高程、傾角以及距離，側(cè)軌、弧門的作用半徑及其存在的偏距，啟閉機(jī)機(jī)架、底檻、支鉸中心的高程和有效距離等。測量檢修門時應(yīng)注重測量的要點(diǎn)有：底檻、反軌、主軌的高程和距離等數(shù)據(jù)。施工過程中，可采用預(yù)埋插筋固定托架完成工作門埋件的安裝，即在托架上放置底檻，以底檻孔口中心線作為基準(zhǔn)實(shí)施調(diào)整。為了促使門槽與底檻保持對中，可以運(yùn)用掛鋼線的方法調(diào)整中心點(diǎn)線，并對底檻高程利用水準(zhǔn)儀測量，相鄰測量點(diǎn)間的距離為0.5 m，以此確保安裝精度。然后依次吊裝門楣、反軌、正軌，可以利用型鋼托起門楣、反軌、主軌底部，為了達(dá)到設(shè)計位置必須對埋件底部做適當(dāng)調(diào)整，采用焊接和拉緊器的方法保證一期插筋與埋件上部相連。采用吊線墜對埋件垂直度進(jìn)行調(diào)整，檢查合格后利用拉緊器或者千斤頂對中部進(jìn)行調(diào)整。完成以上工作后，對門槽與埋件的中心距離利用盤尺進(jìn)行檢測，并保證安裝符合設(shè)計要求，對出現(xiàn)超標(biāo)的情況，需要在側(cè)面焊接拉緊器調(diào)整，符合設(shè)計要求后對埋件實(shí)施加固。

在閘門場內(nèi)制作各門槽預(yù)埋件的過程中，必須同步完成安裝施工，安裝前對出門槽的高程點(diǎn)和中心線依據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行測量。各部門安裝過程中，需要利用鋼直尺、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等儀器校準(zhǔn)，并保證誤差處于合理區(qū)間內(nèi)，以上工作完成后進(jìn)行二期混凝土澆筑。根據(jù)現(xiàn)場基線和平面控制點(diǎn)，利用全站儀測量各軸線并埋設(shè)各條軸線的裝點(diǎn)。豎向測量時可以利用外控吊線墜法，基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置為地面首層周邊的軸線點(diǎn)，然后向上逐層懸吊以此完成引測，并嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)與軸線間的偏差，保證引測精度符合精度要求。一般地，通常選用滿堂腳手架作為支模架結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計橫縱間距90 cm×90 cm，對接方式為一字扣件式，控制擰緊扭矩達(dá)到40～60 N·m范圍。澆筑的柱混凝土要有合理的塌落度，由此避免混凝土質(zhì)量受坍落度的影響。此外，要適量的添加外加劑，并確保不同材料之間的充分融合以及不同結(jié)構(gòu)部位混凝土的均勻；對于不同結(jié)構(gòu)層次的混凝土澆筑，要科學(xué)合理的設(shè)計前后工序間隔時間和搭接長度，并考慮氣候條件對混凝土材料做降溫或升溫處理，從而保證工程整體質(zhì)量。例如，施工時的天氣溫度較高，為降低澆筑溫度以及更好的散熱可以采取的措施有：采用冷卻的拌合水、適當(dāng)減少單次澆筑厚度、通冷卻水管以及分層澆筑等。

3 結(jié)語

由于長期高負(fù)荷運(yùn)行、建設(shè)年代久遠(yuǎn)、老化失修及運(yùn)維管理不當(dāng)?shù)龋S多水閘工程都或多或少的存在一些問題，為保證水閘安全運(yùn)行必須實(shí)施除險加固整治。根據(jù)水閘實(shí)際運(yùn)行情況，綜合考慮可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等要求科學(xué)合理的設(shè)計加固方案，為充分發(fā)揮水閘功能效益提供基礎(chǔ)保障。