病險水閘除險加固初步設(shè)計常用技術(shù)

1、病險水閘除險加固初步設(shè)計常用技術(shù)1概述水閘是為城市供水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供水、防洪、防潮、排澇等方面服務(wù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。我國水閘大多建成于20世紀(jì)5070年代，由于種種原因，存在著各種安全隱患。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國水閘的病險比例高達2/3，對水閘存在的病險問題進行歸類并分析成因，可對病險水閘除險加固工作提供有益參考。2主要病險種類目前我國水閘存在的病險種類繁多，從水閘的作用及結(jié)構(gòu)組成來說，主要可分為以下9種病險問題：2.1防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低。防洪標(biāo)準(zhǔn)（擋潮標(biāo)準(zhǔn)）偏低，主要體現(xiàn)在宣泄洪水時，水閘過流能力不足或閘室頂高程不足，單寬流量超過下游河床土質(zhì)的耐沖能力。2.2閘室和翼

2、墻存在整體穩(wěn)定問題閘室及翼墻的抗滑、抗傾、抗浮安全系數(shù)以及基底應(yīng)力不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求，沉降、不均勻沉陷超標(biāo)，導(dǎo)致承載能力不足、基礎(chǔ)破壞，影響整體穩(wěn)定。2.3閘下消能防沖設(shè)施損壞閘下消能防沖設(shè)施損毀嚴(yán)重，不適應(yīng)設(shè)計過閘流量的要求，或閘下未設(shè)消能防沖設(shè)施，危及主體工程安全。2.4閘基和兩岸滲流破壞閘基和兩岸產(chǎn)生管涌、流土、基礎(chǔ)淘空等現(xiàn)象，發(fā)生滲透破壞。2.5建筑物結(jié)構(gòu)老化損害嚴(yán)重混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計強度等級低，配筋量不足，碳化、開裂嚴(yán)重，漿砌石砂漿標(biāo)號低，風(fēng)化脫落，致使建筑物結(jié)構(gòu)老化破損。2.6閘門銹蝕、啟閉設(shè)施和電氣設(shè)施老化金屬閘門和金屬結(jié)構(gòu)銹蝕，啟閉設(shè)施和電氣設(shè)施老化、失靈或超過安全使用年限，

3、無法正常使用。2.7上下游淤積及閘室磨蝕嚴(yán)重多泥沙河流上的部分水閘因選址欠佳或引水沖沙設(shè)施設(shè)計不當(dāng)，引起水閘上下游河道嚴(yán)重淤積，影響泄水和引水，閘室結(jié)構(gòu)磨蝕現(xiàn)象突出。2.8水閘抗震不滿足規(guī)范要求水閘抗震安全不滿足規(guī)范要求，地震情況下地基可能發(fā)生震陷、液化問題，建筑物結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)件不滿足抗震要求。2.9管理設(shè)施問題大多數(shù)病險水閘存在安全監(jiān)測設(shè)施缺失、管理房年久失修或稱為危房、防汛道路損壞、缺乏備用電源和通訊工具等問題，難以滿足運行管理需求。3病險水閘除險加固內(nèi)容病險水閘除險加固內(nèi)容包括：水閘等級及洪水標(biāo)準(zhǔn)的核定、總體布置、水力設(shè)計、防滲排水設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、地基處理設(shè)計、觀測設(shè)計等。3.1等級劃分

4、及洪水標(biāo)準(zhǔn)病險水閘除險加固設(shè)計時，首先應(yīng)復(fù)核建筑物等別與級別。目前需要除險加固設(shè)計的水閘，多修建于20世紀(jì)90年代之前。在不同時期，國家有不同的相關(guān)規(guī)范來確定工程的等別。因此，水閘除險加固應(yīng)以滿足水閘正常使用功能和自身防洪安全為原則。目前，復(fù)核水閘建筑物等別與建筑物級別時，主要以水閘設(shè)計規(guī)范（SL265-2001）為依據(jù)確定建筑物的等別與級別。山區(qū)、丘陵區(qū)水利樞紐工程等別應(yīng)按國家現(xiàn)行的水利水電工程等別劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2000）確定。3.2工程布置安全鑒定中需要除險加固的三類閘，除險加固設(shè)計原則上一般不改變原閘的工程總體布置和主要建筑物型式。需要延長滲徑和消能防沖段的水閘，應(yīng)按原閘軸

5、線進行布置，并符合水閘設(shè)計規(guī)范（SL265-2001）的相關(guān)規(guī)定。3.3水力設(shè)計水力設(shè)計一般包括：過流能力驗算、擬定閘門控制運行方式和消能防沖設(shè)計計算。病險水閘除險加固設(shè)計時，影響水閘過流能力的主要因素包括設(shè)計水位的變化、孔口斷面尺寸和型式的變化、過水涵洞斷面尺寸以及涵洞長度的變化、消能防沖設(shè)施變化等。3.4防滲排水設(shè)計水閘的防滲排水設(shè)計主要是根據(jù)閘基地質(zhì)情況及上下游水位條件等進行設(shè)計計算，其內(nèi)容包括：進行水閘的地下輪廓布置，設(shè)計防滲、排水型式、布置、構(gòu)造和尺寸；滲流壓力計算；滲流坡降計算，驗算地基抗?jié)B穩(wěn)定性；濾層設(shè)計；防滲帷幕及排水孔設(shè)計；永久縫止水設(shè)計。3.5閘室結(jié)構(gòu)布置及穩(wěn)定性分析水閘除

6、險加固時，首先需根據(jù)新的設(shè)計條件對原結(jié)構(gòu)進行分析計算，然后結(jié)合安全鑒定中結(jié)構(gòu)存在的問題，采取必要的工程措施進行加固，同時按加固后的結(jié)構(gòu)尺寸重新進行結(jié)構(gòu)分析和穩(wěn)定驗算。驗算時應(yīng)盡可能考慮工程措施中新老材料之間的差異性，以及這些差異將對工程安全運行帶來的影響。3.6地基處理及設(shè)計當(dāng)水閘發(fā)生不均勻沉降或者地基總體沉降量較大時，需根據(jù)地質(zhì)情況重新復(fù)核地基承載力。閘室加固、防滲措施改變時都需要重新驗算地基承載力。4病險水閘問題處理及主要技術(shù)4.1水閘閘底及閘側(cè)滲漏閘底滲漏處理：對于水閘上游鋪蓋破壞或閘身與鋪蓋之間水平止水破壞的可采取補做鋪蓋和重設(shè)水平止水的措施。水閘鋪蓋宜采用砼鋪蓋，對于漿砌塊石鋪蓋當(dāng)不

7、均勻沉陷會引起漿砌裂縫漏水。對于本身滲徑長度不夠的，可以在上游鋪蓋前打防滲板樁，其材料可選用木板或鋼筋砼板，通過打板樁不僅可以增長滲徑起到防滲的作用，還可以降低閘底板的揚壓力，有利于水閘的抗滑穩(wěn)定。閘側(cè)繞滲處理引起水閘繞滲的原因一般是閘墻背后填土不密實或刺墻長度不夠，因此當(dāng)發(fā)生側(cè)向繞滲時，一般可采取對閘墻背填土重新開挖或用沖抓錐造孔，回填粘土分層夯實，加深、接長刺墻的辦法處理。4.2防沖處理水閘下游護坦、海漫及兩岸護坡的沖刷是水閘的最普遍的現(xiàn)象。對于消力池設(shè)計達不到要求的，未能充分消殺過閘水流的能量引起的沖刷，可以采取設(shè)置二道消力坎的辦法來處理。對于由于海漫干砌塊石過小引起的局部沖刷，可采取拋

8、大塊石或砼四面體的辦法來處理，也可以采用少筋砼或埋石砼重新修建海漫，并在海漫末端設(shè)置拋石防沖槽或打板樁進行防沖。對于下游二岸也同樣可以采取塊石護坡的辦法進行處理，在施工的時候一定要注意做好反濾墊層，以防止被水流淘空塊石下面土體產(chǎn)生塌陷破壞。4.3啟閉系統(tǒng)故障處理對于螺桿式啟閉機，由于各傳動部件磨損的原因，時間久了以后會由于間隙過大而產(chǎn)生振動和螺桿壓彎等現(xiàn)象，對此類異?，F(xiàn)象的處理辦法是根據(jù)實際情況進行大修或更新。對于雙吊點的卷揚式啟閉機，經(jīng)常由于二邊松緊程度不一致，導(dǎo)致二邊拉力不平衡產(chǎn)生閘門開啟時卡阻，當(dāng)出現(xiàn)這種問題的時候，最好請有經(jīng)驗的技術(shù)人員進行調(diào)整。另外對鋼絲索每年都要進行檢查保養(yǎng)、及時更

9、換損壞的鋼絲索，以免發(fā)生重大事故。4.4砼碳化及裂縫處理我國水閘大都建于50至70年代，經(jīng)這幾十年的運行，許多砼構(gòu)件都出現(xiàn)了嚴(yán)重碳化現(xiàn)象。對于砼碳化的處理，視碳化程度和部位，將碳化的砼全部鑿去，爾后用高于原砼設(shè)計標(biāo)號的砼進行修補加固，如外露的鋼筋已產(chǎn)生銹蝕，須先除銹再進行處理，銹蝕嚴(yán)重可能影響到結(jié)構(gòu)安全的，要通過計換筋或重新更換構(gòu)件。對于砼和鋼筋砼結(jié)構(gòu)的裂縫，如不影響結(jié)構(gòu)強度的可視裂縫大小分別采用水泥灌漿或化學(xué)灌漿，表面涂環(huán)氧砂漿處理，影響結(jié)構(gòu)強度的應(yīng)力裂縫和貫通裂縫則應(yīng)鑿開鋼筋回填砼等方法補強，如系表面細微裂紋則可不予處理。4.5閘門漏水處理閘門的漏水一般由閘門門板的破損，止水橡膠的老化及門

10、槽的損壞引起，對于閘門門板的破損，如果損壞不大可以采用高一級標(biāo)號的砼修補，如破損嚴(yán)重，如果是幾塊拼裝的則可以壞掉破損塊。對于止水橡膠皮老化的情況，則可以通過更換止水橡皮來處理。5水閘附屬建筑物的修復(fù)技術(shù)與水閘相連接的底板、閘墩、翼墻、防滲鋪蓋、防洪墻等部位均會出現(xiàn)病害，嚴(yán)重影響著水閘的安全運行。因此，對水閘附屬建筑物的修復(fù)顯得尤為重要。加固的主要技術(shù)和方法有：表面粘貼法、表面嵌填法、化學(xué)灌漿法、表面噴涂法。5.1表面粘貼法表面粘貼法是通過在混凝土表面粘貼片狀防水材料來防止?jié)B漏的方法，適應(yīng)于混凝土表面大面積龜裂、漫滲等缺陷的修復(fù)。一般采用橡膠防水卷材（如三元乙丙橡膠防水卷材、氯化聚乙烯橡膠防水卷

11、材等）或其他片狀纖維材料（如玻璃纖維、碳纖維等效），但要求黏合劑能夠在潮濕或有明水的界面快速黏結(jié)固化。表面粘貼法的示意圖如圖1所示，其施工工序為：施工準(zhǔn)備基面處理底膠涂抹卷材粘貼面層處理。5.2表面嵌填法表面嵌填法是指沿裂縫鑿槽，并在槽中嵌填止水密封材料，封閉裂縫，已達到防滲、補強的目的。對無滲漏的結(jié)構(gòu)裂縫，一般可采用聚合物砂漿、環(huán)氧砂漿、彈性環(huán)氧砂漿或聚氨酯砂漿等強度較高的材料嵌填；對于有滲漏的裂縫，一般在填入遇水膨脹止水條后再用聚合物砂漿、環(huán)氧砂漿、彈性環(huán)氧砂漿或聚氨酯砂漿等封閉。表面嵌填法示意圖如圖2所示，其施工工序為：施工準(zhǔn)備裂縫開槽槽面清理止水材料嵌填封閉。5.3化學(xué)灌漿法化學(xué)灌漿法

12、是指將高分子化合物的漿液通過一定壓力灌入混凝土中的一種工程措施，可起到封閉裂縫、防滲、補強的目的。常用的化學(xué)灌漿材料主要為環(huán)氧樹脂類、聚氨酯、丙烯酸等，以及由上述材料復(fù)合或改性的其他新型材料。化學(xué)灌漿法示意圖如圖3所示，其施工工序為：施工準(zhǔn)備裂縫開槽造灌漿孔槽面、孔面清理埋設(shè)灌漿嘴、孔口封閉清洗縫面封槽壓力灌漿灌漿質(zhì)量檢查面層處理。5.4表面噴涂法表面噴涂法是指在混凝土表面噴射或涂刷防水材料達到防滲的目的。適用于混凝土表面存在面滲、大量細小龜紋等較大面積缺陷的修復(fù)。在做噴涂施工前應(yīng)采取措施封堵滲水量較大的漏水點和滲漏裂縫，防止噴涂材料在固化前被水浸泡或沖刷。表面噴涂的材料一般采用無機材料（如水

13、泥基滲透結(jié)晶型防水材料等）和高分子材料（如聚氨酯、環(huán)氧防水涂料、聚脲彈性體、氯丁膠乳液、丙烯酸酯共聚乳液、羧基丁苯乳液等）。表面噴涂法施工工序為:施工準(zhǔn)備基面清理材料噴涂養(yǎng)護。6新工藝和新材料及其先進性1.多級跌水式消能在河道大型高懸空狀水閘工程中的應(yīng)用。在我國河道大型水閘工程中，消能工大都采用傳統(tǒng)的底流式，而渾河閘消能工應(yīng)急工程根據(jù)工程實際情況，將多級跌水式消能成功應(yīng)用到大流量、大寬度的大型水閘中，不但解決了消能問題，使上下游河道銜接，水流平順，而且大大節(jié)省了投資。2.鋼筋混凝土防淘齒墻在河道大型水閘工程消能防沖設(shè)施中的應(yīng)用。由于渾河閘下游河道有繼續(xù)下切的可能性，為了一勞永逸地解決消能問題，

14、防止水流淘刷對大閘的安全威脅，結(jié)合消能工的總體布置和施工條件，采用液壓抓斗成槽法在消力池末端修建鋼筋混凝土防淘齒墻是非常有效的方法。3.鉸鏈塊型土工膜袋在河道大型水閘工程消能防沖設(shè)施及下游堤防防護中的應(yīng)用。鉸鏈塊型土工膜袋的特點是膜袋灌注混凝土后，能夠形成許多相連而獨立的塊體，排水通暢，塊體之間以高強尼龍繩連接，能夠自由沉降，適應(yīng)地形變化，具有施工方便、快速等特點。渾河閘消能工應(yīng)急工程在汛前海漫水平臨時防護和汛后套堤堤腳防護中都有運用，從運用效果看是非常成功的。7.總結(jié)針對病險水閘的問題和原因，充分考慮新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，提出以下除險加固工程措施和建議。1.對于工程等級、防洪標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)

15、計流量不滿足要求但主體結(jié)構(gòu)基本完好的水閘，盡量考慮保留原閘室，按規(guī)劃批復(fù)的工程規(guī)模及設(shè)計水位，通過加高或增擴閘孔來提高過流能力，其余附屬設(shè)施相應(yīng)進行加固改造。2.對于閘室整體穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求、地基承載能力不足的水閘，可根據(jù)地基土的性質(zhì)采用灌漿、振沖加密等措施提高地基承載力。對已發(fā)生不均勻沉降，影響閘門運行的，可采用壓密灌漿，用高壓濃漿抬動土體及閘基，恢復(fù)閘底高程。對由于消能工失效、產(chǎn)生溯源沖刷造成的閘基淘空，需回填砂礫料，采用防滲墻圍封后進行灌漿，或拆除局部淘空部位結(jié)構(gòu)，回填處理再予以恢復(fù)。3.對于閘基或兩岸滲流穩(wěn)定復(fù)核不滿足要求的水閘，可通過增加水平和垂直防滲長度、修復(fù)或增設(shè)出逸段排水反濾

16、等措施進行處理。增加水平防滲長度的方式主要為加長上游防滲鋪蓋和修補防滲鋪蓋的裂縫和止水，增設(shè)垂直防滲的方式主要為設(shè)置高壓噴射防滲墻、攪拌樁防滲墻、塑性防滲墻等。對于地基脫空的情況，需采取灌漿措施保證地基與底板緊密接觸，避免接觸滲流進一步破壞，尤其對淤泥質(zhì)地基的樁基基礎(chǔ)應(yīng)定期監(jiān)測脫空情況，及時補灌。對于兩岸繞滲的滲流破壞，應(yīng)改造上下游翼墻或在岸墻背后增設(shè)刺墻。4.對于結(jié)構(gòu)老化損害嚴(yán)重的水閘，如果是碳化深度過大、鋼筋銹蝕明顯且危及結(jié)構(gòu)安全的構(gòu)件，一般拆除重建；如果是局部碳化深度大于鋼筋保護層厚度或局部碳化層疏松剝落，應(yīng)鑿除碳化層，對銹蝕嚴(yán)重的鋼筋進行除銹處理，并根據(jù)銹蝕情況和結(jié)構(gòu)需要加補鋼筋，再采

17、用高強砂漿或混凝土修補；如果碳化深度小于鋼筋保護層厚度，可用優(yōu)質(zhì)涂料封閉；對于表面裂縫，可以表面鑿槽，采用預(yù)縮水泥砂漿、丙乳砂漿、防水快凝砂漿或環(huán)氧砂漿進行修復(fù)；對于有防滲要求的結(jié)構(gòu)或貫穿性裂縫，可采用鑿槽封閉再鉆孔灌漿的方法進行處理。5.對于閘下消能防沖設(shè)施不完善、損毀嚴(yán)重的水閘，要分析損毀原因，有針對性地改造或恢復(fù)消能設(shè)施。設(shè)計單寬流量過大是消能防沖設(shè)施損毀的主要原因之一，在合理設(shè)計單寬流量的條件下，可加大海漫長度、寬度、擴散角或加設(shè)柴排等設(shè)施，使其滿足防沖要求。6.對于河道淤積嚴(yán)重的水閘，應(yīng)根據(jù)工程經(jīng)驗及水工模型試驗，合理設(shè)置擋沙、沖沙等設(shè)施，制定引水沖沙方式，或通過清淤減輕河道淤積。7.對于閘門銹蝕、啟閉機和電氣設(shè)施落后老化的水閘，可根據(jù)水工鋼閘門和啟閉機安全檢測技術(shù)規(guī)程、水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標(biāo)準(zhǔn)進行檢測后予以報廢或更新改造。8.對于水閘抗震不滿足規(guī)范要求的水閘，液化地基可設(shè)置防滲墻圍封和樁基，防止地基失穩(wěn)；軟土震陷可采用樁