姚江大閘加固改造工程的設(shè)計(jì)與施工

陸安泉,施宗多

(寧波市匯通工程建設(shè)有限公司,浙江 寧波 315020)

1 老閘現(xiàn)狀

姚江大閘位于寧波市區(qū)甬江支流姚江下游,距三江口3.5 km?？刂埔闪骷昝娣e1 934 km2,是姚江流域最主要的阻咸蓄淡、抗旱排澇骨干水利工程。工程始建于1958年9月,次年7月竣工后投入運(yùn)行至今。

大閘原設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇,設(shè)計(jì)過(guò)閘流量725 m3/s。水閘共設(shè)36孔,每孔凈寬為3.3 m,凈高為4.4 m,總凈寬118.8m,閘全長(zhǎng)165.2 m。底板每3孔為一聯(lián),每聯(lián)垂直水流方向長(zhǎng)13.9 m,順?biāo)鞣较驅(qū)?4.2 m,閘底板設(shè)計(jì)頂高程為-2.87 m,厚0.8 m。底板為無(wú)樁基礎(chǔ),采用1.2 m厚黃泥墊層。閘墩材料為漿砌條石,中墩厚1.2 m,縫墩厚1.6 m。閘墩頂高程2.13 m,以上采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)形式。水閘上游側(cè)設(shè)有公路橋,橋面高程3.63 m,凈寬5.5 m,兩邊為1.5 m寬的人行道。下游側(cè)閘室寬4 m,高程1.73 m處設(shè)簡(jiǎn)易工作橋,橋面寬0.6 m。

隨著使用年限的增加,一些問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái),主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)安全方面存在閘墩開(kāi)裂、變形及鋼筋混凝土老化日趨加劇、漏水嚴(yán)重等諸多安全隱患;運(yùn)行管理方面存在檢修不便、時(shí)而閘門難以關(guān)閉、電氣設(shè)備陳舊老化等問(wèn)題。雖然經(jīng)多次維修和養(yǎng)護(hù),但已不能適應(yīng)現(xiàn)代水閘管理的需要。經(jīng)2006年安全鑒定,姚江大閘安全類別為二類,急需加固改造,以確保大閘安全運(yùn)行。

2 加固改造設(shè)計(jì)

大閘樞紐工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇,最大下泄流量為1 043 m3/s,工程等別為Ⅱ等,水閘主要建筑物為2級(jí)。

加固改造設(shè)計(jì)主要包括閘墩加固改造、閘門及門槽改造、閘室水工結(jié)構(gòu)、閘室上部啟閉房、管理房建設(shè)、景觀綠化工程、電氣測(cè)控及相關(guān)啟閉檢修設(shè)備等。其中水工部分包括:①拆除閘墩頂部以上啟閉機(jī)房、啟閉機(jī)排架、交通橋、胸墻及檢修橋等所有混凝土建筑物;②工作門槽位置向上游平移2m,需在原漿砌條石閘墩上重新切割出工作門槽,并采用不銹鋼門槽內(nèi)襯,原工作門槽改為檢修門槽;③閘墩以上人行橋、胸墻、啟閉機(jī)排架、啟閉平臺(tái)等全部新建;④原鋼筋混凝土閘門換成鋼閘門,啟閉設(shè)備全部更新,但啟閉方式仍采用螺桿啟閉機(jī);⑤閘墩伸縮縫縫內(nèi)止水重新處理;⑥為不增加閘室基底應(yīng)力,閘室上部結(jié)構(gòu)全部采用鋼結(jié)構(gòu)和玻璃幕墻方案。

3 主要施工方案

在無(wú)類似工程施工經(jīng)驗(yàn)參考的情況下,首先按設(shè)計(jì)要求確定對(duì)第1聯(lián)(1～3#孔)作為試驗(yàn)段,在取得一定施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上再逐段循序漸進(jìn)正常施工。

3.1 施工程序

試驗(yàn)段各主要項(xiàng)目施工程序如下:

鋼圍堰制作——原建筑物拆除——鋼圍堰安裝——水下部分閘門槽切割——底檻鑿毛及安裝——不銹鋼門槽制作——門槽安裝——原工作門槽改檢修門槽——水工混凝土澆筑——水上部分門槽安裝——閘門安裝——啟閉機(jī)安裝、調(diào)式——水下工程驗(yàn)收——鋼圍堰拆除——試驗(yàn)段結(jié)束。

3.2 主要施工方案

在試驗(yàn)段施工過(guò)程中,對(duì)出現(xiàn)的各種技術(shù)問(wèn)題,參建各方共同分析研究,確定處理和解決的對(duì)策和方法。主要的施工方案如下:

3.2.1 施工圍堰

大閘擔(dān)負(fù)著姚江排澇任務(wù),不能全部封閉施工,按照排澇要求只能允許2聯(lián)6孔同時(shí)施工,待1聯(lián)3孔完成并具備運(yùn)行條件后才能繼續(xù)下1聯(lián)3孔施工,以此往復(fù),直到全部完成。

閘室高度為4.7 m,凈寬3.3 m。首先要在上、下游檢修門槽中設(shè)置定制的疊梁鋼圍堰,并采取措施保證鋼圍堰的止水效果,以確保閘室門槽改造在無(wú)水條件下施工。疊梁鋼圍堰設(shè)計(jì)斷面采用5 mm厚鋼板槽鋼框架梁板結(jié)構(gòu),分1.05～1.55m不等高4塊制作,這樣不僅圍堰安裝、拆卸、移動(dòng)比較方便,而且對(duì)傾斜變形后的閘槽適應(yīng)性好。每節(jié)鋼圍堰及閘底板間的水平止水采用橡膠、海綿及養(yǎng)生布等綜合措施止水;與閘墩兩側(cè)連接處設(shè)置L16擋泥角鋼止水井,井內(nèi)設(shè)5 mm厚平面橡膠,并填塞塑料袋裝黏性土的辦法止水,這樣既防止沖刷,用土量少,塑性好,又易壓實(shí)密封,從而達(dá)到了較好的止水堵漏效果。該工程上下游圍堰共制作6孔,保證了2聯(lián)6孔的交替施工。水閘結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 水閘結(jié)構(gòu)示意圖 單位:mm

3.2.2 門槽切割

設(shè)計(jì)要求在原漿砌條石閘墩上切割出寬350 mm,深270 mm的新門槽,市場(chǎng)上無(wú)相應(yīng)切割設(shè)備。施工單位根據(jù)工程實(shí)際情況,成功試制出1套上下左右能靈活調(diào)節(jié)的多功能切割設(shè)備。多功能切割機(jī)由機(jī)座、電動(dòng)機(jī)、鋸盤和導(dǎo)向架等4部分組成。機(jī)座為500 mm×1 000 mm×20 mm鋼板制作,上配7.5 kW電動(dòng)機(jī);根據(jù)切割深度,配備了φ 300,φ 600,φ 1 000 mm 3種合金鋼鋸盤 (見(jiàn)圖2)。經(jīng)大閘多孔切割試驗(yàn)均很成功,既保證了門槽一次性切割深度,又保證了垂直度和切割進(jìn)度要求,為整個(gè)工程的順利進(jìn)行發(fā)揮了突出作用,并獲參建各方和專家的一致認(rèn)可。

圖2 移動(dòng)式閘槽切割機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3.2.3 不銹鋼門槽內(nèi)襯制作

設(shè)計(jì)圖紙要求不銹鋼門槽內(nèi)襯采用16 mm厚不銹鋼板焊接而成,要求開(kāi)口尺寸(290±1)mm,垂直度±2 mm。

不銹鋼制作廠家采用等離子切割16 mm不銹鋼板,保證了鋼板切割質(zhì)量;但在焊接時(shí)出現(xiàn)了嚴(yán)重的焊接變形,是普通鋼變形量的數(shù)倍,校正、調(diào)試工作量大,而且難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的精度,對(duì)于大閘36孔的大批量生產(chǎn)尚值得商榷。后經(jīng)參建各方多次實(shí)地察看、研究,制作廠家也多次改進(jìn)焊接工藝,終于基本保證了門槽的制作質(zhì)量。

3.2.4 不銹鋼門槽內(nèi)襯安裝

不銹鋼門槽內(nèi)襯安裝分水下和水上2部分。水下部分即圍堰內(nèi)閘室部分,包括底檻、門槽和門楣;水上部分即為胸墻以上啟閉機(jī)平臺(tái)排架柱上的門槽。

按照設(shè)計(jì)圖紙要求,水下工作門槽切割后先抹903砂漿,后裝不銹鋼門槽 (采用螺栓、錨桿固定位置),再灌注HK963環(huán)氧材料。但由于人工砂漿抹面平整度難以達(dá)到金屬結(jié)構(gòu)安裝精度要求,且工時(shí)過(guò)長(zhǎng),因此剛開(kāi)始灌注HK963環(huán)氧材料較多,成本較高。后采用分節(jié)的帶微調(diào)螺栓和鉸鏈的定型鋼模板,先立模再灌注903砂漿,砂漿外觀尺寸精度相對(duì)較高,HK963環(huán)氧灌注材料用量相對(duì)較少。水上部分門槽安裝相對(duì)較簡(jiǎn)單,在保證混凝土門槽垂直度的情況下,在預(yù)留的混凝土門槽內(nèi)采用螺栓和錨桿固定不銹鋼門槽后,再灌注HK963環(huán)氧材料。

3.2.5 伸縮縫縫內(nèi)止水再造

在閘墩伸縮縫上、下游各1.0 m位置鉆騎縫孔,孔徑為120 mm,深度為5.0 m(孔底至鋼筋混凝土底板),后先灌注HK—9105油溶性聚氨酯固結(jié)體,初步封閉原閘墩漏水,再對(duì)原鉆孔重新掃孔,再灌注LW/HW水溶性聚氨酯溶液。

4 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

通過(guò)姚江大閘加固改造工程的施工實(shí)踐,總結(jié)出以下幾點(diǎn)施工經(jīng)驗(yàn)和體會(huì):

4.1 加固改造工程設(shè)計(jì)需在施工中不斷優(yōu)化完善

由于姚江大閘是20世紀(jì)50年代建造在軟土地基上的無(wú)樁基礎(chǔ)的大型水閘,結(jié)構(gòu)老化變形較大,施工中出現(xiàn)許多難以預(yù)料的問(wèn)題,需要按照實(shí)際情況加以修改和完善,不能完全按原圖施工。

4.2邊施工邊運(yùn)行的加固改造工程必須加強(qiáng)施工中的變形觀測(cè)

由于大閘為無(wú)樁基礎(chǔ),工程施工過(guò)程中,須經(jīng)歷卸荷(拆除)、逐步加載(混凝土結(jié)構(gòu)澆筑)過(guò)程,因此必須對(duì)閘墩變形進(jìn)行定期觀測(cè),發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)進(jìn)行分析處理。姚江大閘施工過(guò)程中的定期觀測(cè)數(shù)據(jù)表明,未發(fā)現(xiàn)異常的沉降變形,確保了大閘正常施工和運(yùn)行。

4.3 采用定型疊梁板鋼圍堰止水效果好

大閘試驗(yàn)段開(kāi)始采用木疊梁圍堰,由于分節(jié)多、重量輕、漏水嚴(yán)重,難以抽干。后改用鋼圍堰,止水效果較好,保證了底檻、門槽的無(wú)水施工。

4.4 不銹鋼門槽內(nèi)襯厚度

據(jù)日本 《港口建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》所提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,鋼襯在海水中腐蝕速度從高潮位到海底為0.2 mm/a,海底淤泥層為0.05 mm/a。而姚江大閘加固改造設(shè)計(jì)采用的不銹鋼門槽內(nèi)襯厚度為16 mm,耐腐蝕作用更強(qiáng)。通過(guò)安裝、灌漿工藝后基本與二期混凝土受力狀況相同,完全可由閘墩承擔(dān),而閘墩以上槽柱僅起導(dǎo)軌作用。因此,內(nèi)襯厚度可以減小,不僅焊接變形小、制作難度小,施工成本也降低,而且可節(jié)約了不銹鋼材料。

5 結(jié) 語(yǔ)

在姚江大閘加固改造工程的施工實(shí)踐中,首先通過(guò)試驗(yàn)段的摸索,歷時(shí)4個(gè)月,取得了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn),其中最明顯的收獲是結(jié)合實(shí)際成功革新創(chuàng)造了一種行之有效的移動(dòng)式切割機(jī)械,為大閘后續(xù)流水作業(yè)發(fā)揮了突出的作用,使得施工進(jìn)度明顯加快,此后閘室每聯(lián)施工的時(shí)間只有1個(gè)月左右。經(jīng)過(guò)1.5 a時(shí)間的共同努力,已提前完成了水閘部分的加固改造施工任務(wù),在2011年8月6日“梅花”臺(tái)風(fēng)來(lái)襲時(shí)36孔全啟的考驗(yàn)中,保證了大閘的安全正常運(yùn)行。隨著管理房、測(cè)控系統(tǒng)等配套設(shè)施的相繼完成,必將進(jìn)一步提高大閘的現(xiàn)代化運(yùn)行管理水平。