某病險水閘閘室段存在的問題及加固措施研究

鐘 彬

(塔里木河流域巴音郭楞管理局-孔雀河管理處開都河下游管理站，新疆 巴州 841400)

1 水閘存在的問題及原因分析

某水閘位于于新疆巴州塔里木河上游河段上，水閘在順水流方向由上游連接段、閘室段和下游連接段組成，水閘閘室軸線長41.5 m。水閘興建于20世紀90年代，現水閘老化嚴重，灌溉功能基本失效，工程效益無法發揮，且影響下游人民群眾財產安全，水庫期間未采取任何系統、有效的加固措施，致使主要建筑物安全隱患已明顯暴露且存在逐年加劇的趨勢。根據現場查勘情況，現將水閘存在的主要問題分敘如下[1]：

(1)土石結構工程。水閘土石工程主要包括右岸上、下游連接段的翼墻和閘室段左岸的漿砌預制水泥空心磚墻。右岸上游連接段翼墻長5.0 m，墻高1.8 m，漿砌石結構，翼墻首端已經倒塌(圖1)，倒塌長度約1.0 m，剩余部分墻體也不同程度的存在勾縫脫落和裂縫。右岸下游翼墻為引水渠外邊墻，漿砌紅磚結構，長約15.0 m，高1.7 m，墻體存在表面砂漿抹面脫落、裂隙和滲水漏水現象。閘室段左岸漿砌預制水泥空心磚墻長約3.5 m、高2.3 m，墻體高度不滿足防洪要求，造成閘室左岸連接段土體及左岸河岸被沖刷、掏空嚴重。

圖1 水閘上游右岸翼墻倒塌情況

原因分析：一方面河岸邊坡較高，翼墻結構單薄，作用在翼墻上的土壓力較大，從而導致上游翼墻首端倒塌；另一方面設計及施工采用砂漿強度等級較低，經多年運行導致結構老化，使其出現勾縫劑抹面脫落；第三，在水壓、土壓、基礎掏刷及基礎不均勻沉降等作用下，砌體出現裂縫現象。

(2)混凝土結構工程?；炷两Y構工程主要有閘墩、跨河灌溉渡槽、閘室底板及閘后溢流面。閘墩混凝土存在級配不合理，卵石粒徑過大，有的超過了10 cm，砼標號較低，振搗不密實，普遍存在蜂窩麻面、施工接縫不良及底部掏空?？绾庸喔榷刹鄞嬖诠橇霞壟洳缓侠恚艠颂栞^低，蜂窩麻面，裂縫和露筋。閘室底板存在表面不平整、局部裂縫、沖蝕和蜂窩麻面。閘后溢流面存在護面混凝土厚度小、表面不平整、蜂窩麻面、沖蝕、剝蝕破壞等，溢流面末端已形成高差為1 m～2 m的跌坎且存在向上游發展的趨勢。

原因分析：根據現場檢查情況，初步分析產生原因主要為砼強度較低、骨料級配不合理、澆筑施工振搗不密實、鋼筋保護層厚度較小、斷面結構設計不合理、澆筑施工質量差、砼耐久性及抗磨性不符合規范要求等。

(3)閘門。本水閘閘門存在的問題主要有：門頁及梁系銹蝕嚴重，門頁平均銹蝕厚度達4.7 mm，其中有9扇閘門已出現大面積的穿孔，穿孔面積達到15.5 m2；有2扇翻板閘門門頁已脫離支座，被水流沖至下游河床。

原因分析：主要原因為閘門防銹蝕措施不到位、運行時間長、日常管理措施不到位和管理經費不足導致未及時進行設備維護和更新，閘門門頁掉落沖走主要原因為門頁與旋轉結構采用螺栓連接，在螺栓銹蝕破壞后，使得門頁無支持點失去平衡而被沖走。

(4)啟閉機。水閘共設2臺0.5 t手動螺式啟閉機，目前引水閘啟閉機已不見蹤影，泄洪閘啟閉機支座已經出現大面積的銹蝕、螺桿存在彎曲變形現象。

(1)跨河渡槽現狀

(2)閘后溢流面沖刷現狀

圖3 閘門及啟閉機工程現狀

2 水閘除險加固方案

2.1 方案擬定

根據水閘安全鑒定、地質勘查成果及現場勘踏情況，初步擬定了2個除險加固方案[2]，現將各方案具體情況描述如下：

方案一：閘室由鋼壩擋水閘和渠首閘段組成。閘室軸線長43.12 m，從左至右依次為1扇32.9 m鋼壩和1扇2.0 m渠首平板提升閘門?？紤]泥沙淤積因素，設計閘室底板高程比河床高0.3 m，即為2123.60 m。鋼壩及平板提升閘門高均為2.0 m。渠首閘上部設啟閉機室，平板閘門采用手電兩用的螺桿式啟閉機啟閉。閘室沿水流方向因上部結構布置的需要，設計總寬為11.0 m，需在現有閘室寬度(3.5 m)的基礎上向上游擴寬7.5 m。沿水流方向，閘室頂部依次布置有啟閉機室、人行橋及跨河灌溉渡槽。

方案二：閘室由水力自控翻板閘門段和灌溉取水閘門段組成。閘室軸線長41.60 m，從左至右依次為6扇×6 m水力自控翻板閘門、1扇×2.0 m灌溉取水平板提升閘門。水力自控翻板閘門段門頁部位底板高程為2123.30 m，門后溢流面底板高程為2123.50 m，翻板閘門高2.1 m；灌溉取水閘門段設計底板高程為2123.30 m，閘門高2.5 m。灌溉取水閘門上部設露天啟閉機平臺，采用手電兩用的螺桿式啟閉機啟閉。閘室沿水流方向因上部結構布置的需要，設計總寬為10.5 m，需在現有閘室寬度(3.5 m)的基礎上向上游擴寬7.0 m。沿水流方向，閘室頂部依次布置有人行橋及跨河灌溉渡槽。

2.2 方案比選

(1)結構復雜程度比較

方案一：閘室共設2道閘門和6個閘(橋)墩，閘門規共2種，閘室上部設排架、啟閉機室、人行橋及跨河灌溉渡槽等，結構較為復雜，施工干擾因素較多。

方案二：閘室共設7道閘門、3個閘墩和3個橋墩，選用閘門形式和規格共2種，閘室上部設人行橋及跨河灌溉渡槽，結構較為單一，施工干擾因素相對較少。

(2)運行管理比較

方案一：使用的閘門屬于現下最為常見和適用性較強的閘門型式，技術較為完善，止水效果好，閘門啟閉操作方便，作業人員安全能得到保障，但閘門啟閉操作程序較為嚴格，特別強調對閘門啟閉時機的把握，對管理人員操作技能要求較高。

方案二：主要使用翻板閘門，泄洪自動化程度較高，不需安排專門管理人員進行啟閉作業，節省人力；翻板鋼閘門布置在閘孔口中，檢修維護困難，如果閘門及止水橡皮出現問題，必須采取措施放空閘前蓄水方能進行檢修，其檢修難度較大，檢修作業人員操作不便。

(3)泄洪能力比較

方案一：鋼壩控制室占據河道行洪斷面相對較大，但本方案對行洪期閘門可全開，對上游漂浮物的通過能力更強，使得漂浮物不易在閘前堆積，因此行洪能力較為可靠；鋼壩全開時的情況等同于一般堰流，其過流能力計算在相關規范和書籍中有明確的公式和方法，過流能力計算結果較為可靠。

方案二：翻板門在汛期不能完全開啟，對較大規模洪水的行洪阻礙比較明顯，如遇大量的上游漂浮物、雜草等，則易鉤掛在閘門支座和堆積在閘門底部，從而導致閘門不能正常關閉；閘門過流能力的計算在相關規范中并無確切的計算方法，均是通過簡化成底部孔流和表部堰流的模型進行計算，計算結果可靠度不高。

通過上述幾方面的對比分析，方案一在工程結構、運行管理、行洪能力、技術成熟度和可靠性方面均存在一定優勢，故選取方案一作為本水閘除險加固設計的推薦方案。

2.3 推薦方案閘室布置

水閘閘址處河道寬度約41 m，河床平均高程為2123.30 m，閘室上下游河床高差約4.5 m左右，原設計閘室底板高程與河床齊平，為平底寬頂堰(2123.30 m)，本次設計考慮閘前淤積的大粒徑推移質會對閘門運行造成不利影響，故將閘室底板提高至2123.60 m。

閘墩上部結構主要包括啟閉平臺、下游人行橋和跨河灌溉渡槽，閘墩頂部高程為2129.345 m。由于現有的閘室寬度不能滿足上述結構布置的需要，加之閘室下游無拓寬余地，故需將閘室向上游延伸拓寬，拓寬后的閘室寬度為11 m。啟閉平臺高程在考慮閘門底部需超出閘墩頂部不小于0.5 m、閘門高度及閘門豎向吊距等因素后，最終定為2133.045 m，啟閉平臺為梁板結構，平臺立柱斷面0.5 m×0.5 m，排架橫梁斷面為0.5 m×0.8 m，啟閉平臺布置一臺手電兩用螺桿式啟閉機控制。

3 閘基滲漏及閘肩繞滲處理

3.1 閘基滲漏處理

水閘閘室座落在強風化巖體上，該強風化基巖層位穩定，但由于該巖層傾向河流下游，巖層層理面因風化作用多形成軟弱泥化層，加之風化裂隙多與層理面大角度相交，在閘前蓄水情況下，形成層間滲流通道，另外，該巖石強風化層裂隙發育且各節理面相互切割，形成基巖淺部滲漏及閘基與閘室接觸帶滲漏，閘室下游多處滲水，尤其是閘室與基巖的接觸部位，漏水更嚴重。目前閘室與基巖接觸面附近有集中滲漏點，滲水量約0.02 L/s～0.03 L/s；閘基附近也存在集中滲漏點，滲水量約0.01 L/s～0.03 L/s(略具承壓性，由此推斷為基巖漏水)。隨著閘前水位的升高，上述滲漏流量均逐漸增大，汛期與高水位時均有泥沙帶出，對閘基防滲不利。本次設計選擇帷幕灌漿對閘室巖基進行防滲處理[3]，具體情況及要求簡述如下：

結合本工程地質勘查情況，在參考《水閘設計規范》后，確定本工程帷幕灌漿防滲標準為6 Lu。本工程設計帷幕為單排，孔距3.0 m，孔徑100 mm，孔底深入弱風化巖層以下1.0 m，帷幕灌漿孔布置在閘室上游端以下1 m處，沿閘室軸線方向呈“一”字形并延伸至左、右岸一定長度，以滿足兩岸繞閘滲漏的防滲要求。經統計，本次設計共布置灌漿孔19個，其中閘室段13個，兩岸閘肩各3個。

3.2 閘肩繞滲處理

閘肩兩岸從上至下依次分布人工填土層、粉質粘土層、強風化砂巖層和弱風化砂巖層，人工填土層及強風化砂巖層滲透系數較大，存在壩肩滲漏現象。閘肩基巖面以下滲漏采用帷幕灌漿進行處理，左右岸各布置帷幕灌漿孔3個，具體要求同閘基滲漏處理。對于閘肩巖基面以上的滲漏，本次設計采用砼刺墻+粘土置換的方案進行處理，刺墻采用C20混凝土，厚0.5 m，長2.0 m，墻頂高程與平板提升閘門擋水時的頂高齊平。刺墻與閘室邊墩之間留縫20 mm，采用橡膠止水帶豎向止水，四周及頂部采用粘土回填夯實。

4 結論及建議

水閘樞紐于1997年建成投入運行以來，因受當時設計施工技術，資金投入等方面的原因，水閘運行中存在著土石結構(上下游翼墻等)、砼結構(閘墩、閘室底板等)均受到不同程度的損壞，閘門變形損壞，啟閉機丟失等問題，水閘帶病運行。為消除水閘安全隱患，2018年對水閘進行了除險加固，加固后水閘運行良好，后期應重視專業技術人員的培養，定期對水閘上下游、閘室、閘門以及啟閉設備等進行檢查、養護和維修，確保水閘正常安全的運行。