黃莊洼分洪閘存在的問題與除險加固措施

栗 萍，肖建法，孫文星，趙金煥

（1.河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250；2.華北水利水電工程集團有限公司，天津 300170）

1 概述

黃莊洼分洪閘位于天津市寶坻區(qū)白毛莊村南潮白新河左堤上，建成于1972年，其主要功能為分洪，是潮白新河向黃莊洼蓄滯洪區(qū)分洪的控制工程。

黃莊洼分洪閘為涵洞式水閘，主要由上游鋪蓋、閘室、穿堤涵洞及下游消能防沖設(shè)施組成，設(shè)計分洪流量1 360 m3/s，校核分洪流量1 800 m3/s。

上游鋪蓋為黏土鋪蓋，全長24 m，其表面分別設(shè)有干砌石護面和漿砌石、鋼筋混凝土組合護面。

閘室長5.0 m，共13 孔，單孔凈寬4.0 m，為3 孔一聯(lián)和2 孔一聯(lián)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘室底部設(shè)有直徑0.6 m 的混凝土灌注樁，閘墩上部設(shè)有鋼筋混凝土排架和機架橋。閘室設(shè)13 扇鋼筋混凝土工作閘門，未設(shè)置檢修閘門，啟閉設(shè)備為絲杠螺旋啟閉機。

穿堤涵洞段長12.74m，共13 孔，單孔凈寬4.0m。涵洞底板為分離式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂板為預(yù)制的鋼筋混凝土微彎板，側(cè)墻和中墻均為漿砌石結(jié)構(gòu)。涵洞頂部為堤頂交通道路，并與閘室兩岸的潮白新河左堤相連。

下游消能防沖設(shè)施包含有消力池、海漫及防沖槽，全長65.26 m。

2 工程存在的主要問題

通過對分洪閘現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行計算復(fù)核及相應(yīng)的技術(shù)檢測，發(fā)現(xiàn)分洪閘存在著以下問題。

（1）閘墩頂高程不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，閘門擋水高度不夠。

（2）校核洪水工況下，水閘過流能力不滿足要求。

（3）設(shè)計洪水工況下，下游消力池長度、深度及池身底板厚度、海漫長度均不滿足設(shè)計要求。

（4）在設(shè)計洪水和校核洪水工況下，基礎(chǔ)混凝土灌注樁豎向承載力和水平向承載力均不滿足設(shè)計要求，樁基水平位移大于5 mm。

（5）閘墩頂部排架及涵洞頂部微彎板配筋量不滿足設(shè)計要求。

（6）閘門長期浸泡水中，鐵件、吊耳及側(cè)導(dǎo)輪銹蝕嚴(yán)重，止水橡膠皮老化、龜裂、破損失效，止水裝置銹蝕，局部損傷變形嚴(yán)重，現(xiàn)有閘門擋水高度較低，不滿足設(shè)計要求，應(yīng)報廢更新。

3 除險加固的必要性

《海河流域防洪規(guī)劃》 中將潮白河防洪體系防洪標(biāo)準(zhǔn)由原來的20年一遇設(shè)計提高到50年一遇設(shè)計，潮白新河黃莊洼分洪閘下游河道防洪標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)狀的5年提高到10年，致使黃莊洼分洪閘啟用標(biāo)準(zhǔn)由原來的超5年一遇啟用提高到超10年一遇啟用，運用條件發(fā)生了變化。根據(jù)潮白河防洪體系總體布局，分洪閘能否正常啟用直接影響了潮白河防洪標(biāo)準(zhǔn)能否達到《海河流域防洪規(guī)劃》要求的50年一遇標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)狀黃莊洼分洪閘防洪標(biāo)準(zhǔn)低，已不能達到《海河流域防洪規(guī)劃》要求的防洪標(biāo)準(zhǔn)。工程運行多年來，水閘主體結(jié)構(gòu)年久失修，存在著嚴(yán)重的安全隱患，2009年該閘被鑒定為三類閘。鑒于黃莊洼分洪閘工程的重要性和目前存在的質(zhì)量問題，為完善其分洪功能、確保潮白新河左堤及黃莊洼蓄滯洪區(qū)人民生命財產(chǎn)的安全，應(yīng)對該閘進行除險加固。

4 除險加固措施

4.1 主要結(jié)構(gòu)加固措施

（1）上游鋪蓋段：現(xiàn)狀分洪閘上游為黏土鋪蓋加干砌石或鋼筋混凝土護面結(jié)構(gòu)，全長24.0 m。由于閘上水位較高，對黏土鋪蓋的實際質(zhì)量無法進行準(zhǔn)確的勘察確定，根據(jù)工程竣工驗收報告，在工程施工期間，鋪蓋的混凝土和漿砌石組合護面因溫控不當(dāng)，表面產(chǎn)生裂縫，混凝土受凍粉化深度達1 cm，混凝土下部的漿砌石結(jié)構(gòu)不能確保漿體飽滿，考慮鋪蓋的重要性及以上不安全因素，本次加固擬拆除現(xiàn)狀混凝土漿砌石組合護面和干砌石護面，新建0.5 m 厚鋼筋混凝土鋪蓋，與閘室底板形成可靠的閘基防滲體系。

（2）閘室及穿堤涵洞段：閘室及穿堤涵洞段加固方案為保留基礎(chǔ)底部灌注樁基礎(chǔ)，其余結(jié)構(gòu)全部拆除重建。

新建閘室方案進行了涵洞式和開敞式兩個方案的比選。涵洞式水閘依靠上游胸墻進行擋水，閘墩高度及上部排架高度較低，但是泄流時水流會受到阻擋；開敞式水閘雖然閘墩高度和排架高度較高，但是泄流時水流下泄較快，開敞式可為分洪閘遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水分洪創(chuàng)造條件。對兩種方案的投資進行比較，開敞式方案投資略小于涵洞式方案，因此確定新建閘室結(jié)構(gòu)采用開敞式水閘方案。

新建閘室采用邊聯(lián)2 孔一聯(lián)、中聯(lián)3 孔一聯(lián)的整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共7 孔，單孔凈寬7.0 m。墩頂上部采用封閉式結(jié)構(gòu)，設(shè)有啟閉機室和檢修室。閘室設(shè)工作閘門和檢修閘門，啟閉設(shè)備分別為固定式卷揚啟閉機和移動式電動葫蘆。

（3）消力池段：經(jīng)過水力計算分析，現(xiàn)狀消力池底板厚度不滿足抗沖要求，需要加厚0.3 m，考慮到現(xiàn)狀消力池為“漿砌石+混凝土護面”組合結(jié)構(gòu)，因此選擇在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上采用混凝土進行加厚，厚度取為0.4 m。加厚底板上設(shè)置排水孔，并與原底板排水孔相連，加厚混凝土與原底板采用錨桿進行連接。

（4）海漫及防沖槽段：消力池底板的加厚減少了池身的深度，因此下游海漫也需要加厚，根據(jù)計算池深確定下游海漫需加厚0.5 m。經(jīng)水力計算分析，現(xiàn)狀海漫長度不能滿足設(shè)計要求，因此將海漫向下游延長，重新修建下游拋石防沖槽，并接長兩側(cè)護坡。

（5）基礎(chǔ)處理：按新的設(shè)計條件，對閘室部位現(xiàn)有樁基進行計算復(fù)核得知： 現(xiàn)有樁基礎(chǔ)的水平向和豎直向承載力均不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，樁基的水平向允許位移亦不滿足規(guī)范要求，因此對現(xiàn)有樁基礎(chǔ)采取保留原樁基礎(chǔ)不動，在原有樁基礎(chǔ)之間增設(shè)新的樁基礎(chǔ)的處理方案。

新增樁基礎(chǔ)仍采用混凝土鉆孔灌注樁型式，閘室部位樁徑為1.0 m，上下游翼墻部位樁徑0.8 m。

4.2 混凝土防腐設(shè)計

分洪閘處地表水SO42-含量對普通水泥具結(jié)晶類硫酸鹽型弱腐蝕性，地下水SO42-含量對普通水泥具結(jié)晶類硫酸鹽型強腐蝕性。在干濕交替作用下，地下水SO42-含量對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具中等—強腐蝕性，地表水SO42-含量對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具弱—中等腐蝕性，設(shè)計中主要對采用抗硫酸鹽水泥混凝土和在普通硅酸鹽混凝土中添加抗侵蝕劑兩個方案進行了比選。

抗硫酸鹽水泥具有較好的抗硫酸鹽腐蝕性能，其硅酸鈣含量較低，配制的混凝土堿度低，可以加強混凝土自身的耐腐蝕能力，但抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的后期強度低，且抗腐蝕性單一，國內(nèi)產(chǎn)量較少，價格較高，與普通混凝土相比，采用抗硫酸鹽水泥混凝土單價增加約175 元/m3。

根據(jù)有關(guān)工程經(jīng)驗，目前性能較好及應(yīng)用廣泛的抗SO42-侵蝕劑主要是中國水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所研制開發(fā)的SK-D 混凝土抗硫酸鹽侵蝕劑。該侵蝕劑是國家“九五”攻關(guān)項目的最新成果，具有高抗硫酸鹽侵蝕、高抗?jié)B性的優(yōu)良性能，可抗SO42-≥8 000 mg/L 超高濃度的硫酸鹽侵蝕，已在工程中初步推廣，效果良好。該侵蝕劑一般摻量為水泥重量8%～12%，施工中等量取代水泥，考慮本工程地下水具有硫酸鹽弱腐蝕性，因此摻量可采用8%，與普通混凝土相比，摻加SK-D 混凝土抗硫酸鹽侵蝕劑的混凝土單價增加約160 元/m3。

經(jīng)綜合分析比較，本工程墩頂及墻頂以下混凝土結(jié)構(gòu)采用在普通硅酸鹽混凝土中添加SK-D 混凝土抗硫酸鹽侵蝕劑方案。

4.3 安全監(jiān)測

根據(jù)分洪閘規(guī)模及其運行特點，依據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)范，按照“突出重點，少而精”的原則增設(shè)了超聲波水位觀測、測壓管和滲壓計聯(lián)合揚壓力觀測、基礎(chǔ)沉降觀測及閘室水平位移觀測等觀測項目。

5 結(jié)語

目前該閘除險加固初步設(shè)計已經(jīng)通過天津市發(fā)改委批復(fù)，順利進入項目實施階段。

[1]宋萬增. 病險水閘除險加固技術(shù)指南[M].鄭州：黃河水利出版社，2009.

[2]陳寶華，張世儒.水閘[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[3]SL 265-2001，水閘設(shè)計規(guī)范[S].

[4]JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[5]河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.天津市黃莊洼分洪閘除險加固工程初步設(shè)計報告（核定稿）[R].天津：河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，2011.