試析水閘病害的原因及加固措施

摘要：水閘病害是水閘的不安全因素，隨著科研工作和工程實踐的廣泛開展，出現(xiàn)了許多新材料、新技術和新工藝，應積極地將這些科技新成果應用到水閘病害防治工作中來。

關鍵詞：水閘病害；成因分析

1 引言

我國現(xiàn)有各類水閘5萬多座，它們在防洪除澇、農(nóng)業(yè)灌溉、攔潮蓄水、水力發(fā)電、城鄉(xiāng)供水、旅游、環(huán)境生態(tài)等方面發(fā)揮了巨大的作用，取得了顯著的經(jīng)濟效益，構成了我國水利基礎設施的重要組成部分。但是由于歷史原因，并受到當時經(jīng)濟技術條件的限制。大多數(shù)工程設計標準偏低，施工質(zhì)量較差。而且建成后的管理水平低。工程運行維修養(yǎng)護經(jīng)費無正常投入渠道。致使水閘在空氣、負荷、凍融、污染、風、浪、雨和雪的長期作用下，呈現(xiàn)出各種各樣的老化病害，嚴重影響水閘的安全性、適用性和耐久性。

2病害類型及其成因分析

許多水閘都不可避免地存在多種不同形式的老化病害，為了消除或減輕這些水閘的病害癥狀，應首先分析病害的類型及其成因，才能“對癥下藥”。

水閘的病害往往不是單獨存在的，它們之間或多或少地存在著某些必然的聯(lián)系。往往一種作用在最初導致了某種破壞，而這種破壞又會誘發(fā)其他形式的破壞；反過來，其他形式的破壞又將加劇最初的這種破壞。因此，必須對水閘的病癥進行透徹的分析，找出這些病癥的“因果關系”。

2.1 閘室結構變形破壞

結構的變形破壞形式分為結構的整體位移和局部變形，主要表現(xiàn)為結構的水平位移和豎直位移超標、混凝土開裂、結構縫的張開（包括止水的失效），這些表現(xiàn)形式之間通常是互相關聯(lián)的?；炷恋拈_裂和結構縫的張開屬于局部結構變形。除了結構整體位移，特別是不均勻位移會引起混凝土裂縫和結構縫張開外，其他原因也會造成各種類型的混凝土裂縫，主要包括溫度裂縫、干縮裂縫、鋼筋銹蝕裂縫、堿骨料反應裂縫和施工裂縫。

2.2 地基滲流破壞

水閘的滲流包括閘下滲流和側向滲流兩種途徑。由滲流引起的滲透變形是水閘破壞的主要形式之一，主要包括管涌、流土和接觸破壞三種形式。

引起水閘滲流破壞的主要原因有：原設計標準偏低，現(xiàn)水閘為了滿足新的功能要求，提高水位差運行；防滲止水設施失效；排水反濾設施失效；存在影響結構整體性的裂縫；地基土本身的特性與缺陷；其他原因。

2.3閘門及其啟動系統(tǒng)的破壞

閘門的主要問題包括：面板、主梁、次梁變形與剝落；止水橡皮的老化破損；閘門及其細部構件的銹蝕等。一般說來，閘門的破壞往往是在閘室過水時發(fā)生的，特別是在某些水力條件下，閘門將產(chǎn)生強烈振動，甚至產(chǎn)生共振和動力失穩(wěn)現(xiàn)象。閘門振動破壞的原因十分復雜，目前對于閘門振動的研究還處于探索階段，但總的說來是由于動水作用的不平穩(wěn)引起的。伴隨閘門的振動，將產(chǎn)生一系列的閘門破壞，例如閘門變形、止水破壞等。閘門本身的老化是閘門破壞的另一個原因。

2.4 混凝土表面劣化

２.4.1 混凝土碳化和鋼筋銹蝕?；炷恋奶蓟强諝庵械亩趸寂c水泥石中的堿性物質(zhì)互相作用的一種復雜的物理化學過程。由于碳化會降低混凝土的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜，從而導致鋼筋銹蝕。

2.4.2 混凝土表面剝蝕破壞。混凝土耐久性不良是造成表面剝蝕破壞的內(nèi)在原因。水力混凝土產(chǎn)生剝蝕破壞主要是由于環(huán)境原因。（包括水、氣、溫度、介質(zhì)）與混凝土及其內(nèi)部的水化產(chǎn)物、砂石骨料、摻和物、外加劑、趕緊相互作用，產(chǎn)生一系列機械、物理、化學的復雜作用，從而形成大于混凝土抵抗能力（強度）的破壞應力所致。

3 病害加固措施

在對水閘進行安全檢測及評估之后，應針對所出現(xiàn)的病害癥狀進行除險加固。在確定加固措施時，應首先消除或最大可能地減小病害源，在對病害源進行整治之后，再逐步對病害癥狀進行處理。由于每個水閘的病害癥狀及病因都各不相同，所以，對于各個水閘的除險加固應因地制宜，靈活運用各種加固方法。

3.1 結構變形的處理

3.1.1 閘室的糾偏處理。水閘可以采用應力解除法糾偏，其原理是：在沉降較小的一側布設密集的鉆孔排，有計劃，有次序，分期分批地在鉆孔內(nèi)適當深處掏出適量的軟淤泥，使地基應力在局部范圍內(nèi)得到解除，促使軟土向該側移動，從而增加該側地基沉降量，最終達到糾偏的目的。其特點是：掏土時，掏深不掏淺，掏軟不掏硬，掏基底外不掏基底內(nèi)。

3.1.2 裂縫處理。裂縫處理除了以恢復防水性和耐久性為主要目的外，也要考慮到經(jīng)濟和結構的美觀性。修補裂縫的方法很多，主要有鑿槽充填法、灌漿法、表面覆蓋法。

3.2 地基滲透的處理

處理原則是降低水流的滲透坡降，提高基礎的抗?jié)B坡降，從而使?jié)B透坡降達到安全要求。

基礎滲透修復主要包括：修復沉險縫止水，可重新補做止水設施；修復下游排水，將護坦底部的反濾層拆除，重新修復，在護坦下游的海漫段加做反濾排水設施；適當加長上游防滲鋪蓋；補救閘基板樁；加固閘基，其方法主要是灌漿處理。

側向滲漏修復主要包括：閘背填土開挖回填；加深和加長刺墻；垂直止水的修復；灌漿處理。

3.3 上下游消能防沖設施破壞的處理

上下游消能放沖設施產(chǎn)生破壞時，應采用工程措施與非工程措施相結合的手段在處理。

非工程措施最主要的是提高水閘運行管理水平，采用合理的運行方式。如果這種破壞主要歸咎于水力條件發(fā)生變化或設計不當，則應對消能防沖設施進行重新設計，設置完善合理的消能工程。對于軟弱地基，需采用合適的方法進行處理。處理過程中，注意到土工合成材料中的非織造針刺土工織物具有良好的反濾特性，可用來設置反濾層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂礫料，可以解決砂礫料級配不當所帶來的一系列問題。例如，閘后底板分縫處排水孔常因淤堵而失效，致使底板下積聚過高的揚壓力等。

3.4 閘門及其啟閉設備的維修加固

由于受過去技術經(jīng)濟條件的限制，建造的閘門多為鋼筋混凝土閘門，現(xiàn)大多已出現(xiàn)了嚴重的老化問題。在經(jīng)濟條件允許的情況下，加固過程中可以考慮將混凝土閘門門體更換為鋼閘門。一些重要的中小型水閘沒有設置檢修閘槽及備用工作閘門，萬一閘門損壞，可能引起嚴重的事故。因此，對于這類水閘必須用切割機切出一道預備工作閘槽，以防不測。在對啟閉系統(tǒng)進行改造時，應注重對其供電及控制線路進行改造，完善各輔助設施功能，提高控制系統(tǒng)自動化程度。

3.5 混凝土表面劣化的處理

3.5.1 混凝土的碳化及鋼筋銹蝕處理。對于混凝土碳化的處理，視碳化的深度和部位的不同，各種工程的處理方法也不盡相同。一般而言，將碳話的混凝土全部鑿去，表面清理干凈，再用高于原混凝土設計標號的混凝土或其他修補材料（例如環(huán)氧聚酯、丙乳砂漿、丙乳混凝土、HBR聚合物砂漿等）進行修補加固；如果外露的鋼筋已產(chǎn)生銹蝕，必須先除銹再進行處理，都應考慮采用一般混凝土或噴砂漿修補，可以考慮用環(huán)氧厚漿涂料封閉。

3.5.2 混凝土表面剝蝕處理。首先對原混凝土剝蝕面進行清洗，然后用各類修補材料進行修補。在選用修補材料時，應根據(jù)混凝土剝蝕的原因，采用不同的修補材料。例如，由凍融破壞引起的表面剝蝕，可采用抗凍性聚合物砂漿進行修補。

4 結語

水閘病害是水閘的不安全因素，所以，水閘的安全評價應建立在現(xiàn)狀調(diào)查與安全檢測的基礎上。目前，水閘安全評價在很大程度上依賴于多位專家的經(jīng)驗，其安全評價體系尚待進一步成熟與發(fā)展。病害檢測水平需進一步提高，特別是應加強水下部分的檢測，以提高檢測工作的完善性，更好地了解水閘的工作性態(tài)。近年來，隨著科研工作和工程實踐的廣泛開展，出現(xiàn)了許多新材料、新技術和新工藝，應積極地將這些科技新成果應用到水閘病害防治工作中來。