泊頭市小園節(jié)制閘除險加固工程設(shè)計

劉 燕

(滄州水利勘測設(shè)計院，河北 滄州 061001)

小園節(jié)制閘始建于1977年，位于泊頭市齊橋鎮(zhèn)小園村南的清涼江上。該閘的主要功能是調(diào)節(jié)攔蓄清涼江上游來水，用于清涼江沿岸農(nóng)田灌溉，同時具有補(bǔ)充地下水和保護(hù)地下水資源的功能，對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到了很好的促進(jìn)作用，對境內(nèi)中部和東部農(nóng)林業(yè)發(fā)展也起著巨大的推動作用。

小園節(jié)制閘至今已運(yùn)行了30多年，由于年久失修，現(xiàn)該閘多處部位存在安全隱患，帶病運(yùn)行。為消除隱患，確保工程效益的正常發(fā)揮，需對該節(jié)制閘進(jìn)行除險加固。

1 工程現(xiàn)狀及存在的問題

小園節(jié)制閘始建于1977年，為井柱樁基小底板開敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該閘共有13孔，單孔凈寬8 m，采用升臥式平板鋼閘門，閘門啟閉設(shè)備原設(shè)計為2臺移動式啟閉機(jī)。其中間11孔閘門高4.6 m，兩側(cè)邊孔閘門高3.1 m。閘室段垂直于水流方向，總寬115.2 m，順?biāo)鞣较蚩傞L13 m。閘室上游設(shè)有公路橋，橋上游接10 m長鋼筋混凝土防滲鋪蓋，兩側(cè)為鋼筋混凝土護(hù)坡。鋼筋混凝土防滲鋪蓋上游再接10 m長漿砌石護(hù)砌和30 m長干砌石護(hù)坡。閘室下游與鋼筋混凝土消力池連接，消力池斜坡段水平投影長7 m，其后平段長10.7 m。消力池底板后接漿砌石護(hù)坦及海漫段，護(hù)坦長5 m，海漫段長15 m。海漫末端接拋石防沖槽，防沖槽長10 m。防沖槽后采用1∶5.0逆坡與下游渠道相接。該閘總長177.7 m，防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為十年一遇，設(shè)計流量為458 m3/s。

小園節(jié)制閘自1977年建成投入運(yùn)用以來，在防洪、灌溉等方面發(fā)揮了重要作用，取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。但經(jīng)過多年運(yùn)行，工程存在較嚴(yán)重的安全問題。2009年2月，對小園節(jié)制閘進(jìn)行了安全鑒定，對閘室穩(wěn)定性、滲流穩(wěn)定性、過流能力、消能防沖能力、閘室強(qiáng)度等進(jìn)行了復(fù)核計算。經(jīng)安全鑒定，小園節(jié)制閘被評定為三類病險水閘。2011年，該閘已被列為國家大中型病險水閘除險加固規(guī)劃項目之一。

通過調(diào)查分析和復(fù)核計算，發(fā)現(xiàn)小園節(jié)制閘存在的主要問題如下：閘墩、底板等部位混凝土粗骨料外露，鋼筋銹蝕；機(jī)架橋T梁、排架墩柱存在多處貫穿性橫向裂縫，大面積剝落、開裂，多處鋼筋裸露且銹蝕嚴(yán)重；下游混凝土護(hù)坡存在多條貫穿性裂縫，影響護(hù)坡的整體性和滲流穩(wěn)定性；漿砌石護(hù)坡勾縫砂漿全部脫落，塊石松動，局部塌陷；鋼閘門銹蝕嚴(yán)重，止水老化開裂，已無止水效果；啟閉機(jī)于1975年出廠，為三無產(chǎn)品，陳舊老化，已經(jīng)損壞且無備用件；螺桿彎曲變形；電機(jī)、控制室配電柜均為三無產(chǎn)品；電氣設(shè)備陳舊，老化嚴(yán)重；變壓器于1970年出廠，為SJ型，屬淘汰產(chǎn)品；無觀測設(shè)備。

2 除險加固方案

小園節(jié)制閘除險加固工程的設(shè)計原則為：水閘原規(guī)模和運(yùn)用功能不變；閘室、交通橋、鋪蓋、消力池等建筑物的主體結(jié)構(gòu)不變，視其破損情況和程度采取適宜措施進(jìn)行加固，對破損較為嚴(yán)重以至不能維修加固的部位進(jìn)行拆除重建。

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)

針對閘墩、底板等結(jié)構(gòu)物的混凝土嚴(yán)重碳化、保護(hù)層脫落、鋼筋裸露的部位，擬采用丙乳砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。先由人工鑿除混凝土碳化層2 cm，再對裸露的鋼筋進(jìn)行防銹處理；然后在破損表面涂一層丙乳凈漿，使老混凝土能充分被丙乳凈漿所濕潤，保持良好的粘結(jié)力；最后分層涂抹丙乳砂漿至設(shè)計斷面，每層厚度不宜超過5 mm。

為防止閘室及護(hù)坡混凝土繼續(xù)碳化，對閘室及護(hù)坡混凝土表面采用TB-砼寶Ⅰ型防碳化材料進(jìn)行防碳化處理。施工順序為：先用鋼絲刷清洗表面雜物，使光滑的混凝土表面變成粗糙面，然后用清水沖洗干凈，最后涂刷防碳化材料。涂刷作業(yè)可采用半硬性鬃毛刷涂刷或用專門噴灑機(jī)具噴涂。涂料用量控制在0.8～1.0 kg/m2。一般涂刷兩道，在第一層涂料達(dá)到初步固化約1～2 h 后，即可進(jìn)行第二道涂料的涂刷。

2.2 機(jī)架橋T梁、檢修門軌道支墩及啟閉機(jī)室

經(jīng)復(fù)核計算，機(jī)架橋T梁、檢修門軌道支墩及爬梯混凝土強(qiáng)度均不滿足設(shè)計要求，全部拆除重建。在新建方案中，機(jī)架橋T梁、檢修門軌道支墩全部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；爬梯為鋼結(jié)構(gòu)，并設(shè)置一把活動爬梯。在機(jī)架橋頂部新建啟閉機(jī)室，啟閉機(jī)室采用鋼架彩色復(fù)合鋼板結(jié)構(gòu)，尺寸為114.4 m×3.6 m。

2.3 混凝土護(hù)坡

對于節(jié)制閘下游左右兩側(cè)混凝土護(hù)坡存在的水平裂縫，采用環(huán)氧樹脂灌漿處理。灌漿前先用鋼絲刷將裂縫兩側(cè)(每側(cè)寬20 mm)的混凝土表面清理干凈，并用酒精擦洗，再用環(huán)氧樹脂膠泥封縫。封縫時先在裂縫兩側(cè)涂一層環(huán)氧樹脂基液，再涂一層厚1 mm、寬30 mm的環(huán)氧樹脂膠泥，然后鉆孔埋設(shè)灌漿嘴。灌漿前，應(yīng)先用空氣壓縮機(jī)將孔道及裂縫吹干凈。灌漿壓力為0.2 MPa。

2.4 砌體結(jié)構(gòu)

因漿砌石及漿砌磚護(hù)坡勾縫砂漿全部脫落，致使塊石松動、局部脫落，漿砌磚風(fēng)化嚴(yán)重，部分塌陷。在加固方案中擬將已損壞部位的護(hù)坡清除后采用坐漿法重新砌筑，新舊結(jié)構(gòu)相接處采用水泥砂漿勾縫補(bǔ)強(qiáng)；對于干砌石護(hù)坡的坍陷部位進(jìn)行翻新。

2.5 閘室及上、下游河道

由于閘室與市區(qū)排污口相距30 m，污水中的污物在閘前發(fā)生沉積，致使閘前淤積厚度達(dá)90 cm。閘前的污水和淤積污泥，不僅因其堿性較大，對閘體的金屬結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的腐蝕性，造成水閘特別嚴(yán)重的損害，也因淤泥厚度大而影響閘門的正常啟閉。為此，在出險加固方案中，擬對閘室及上、下游河道進(jìn)行清淤，同時還應(yīng)對閘室加以改造。

對閘室的改造擬定了2種設(shè)計方案，并進(jìn)行比較，以選取最優(yōu)方案。

方案一：在中間11孔底板上的閘門位置處加設(shè)一鋼筋混凝土底坎，底坎高50 cm，寬50 cm，坡度為1∶1，混凝土強(qiáng)度等級為C30。

方案二：在中間11孔閘底板表面增設(shè)鋼筋混凝土護(hù)面，護(hù)面厚50 cm，混凝土強(qiáng)度等級為C30。

方案一中，閘門的底高程相對于閘底板得到了提高，淤泥沉淀后，對閘門的腐蝕以及對閘門啟閉的影響得到了改善；方案二中，閘底板的高程得到了全面提高，但工程量比方案一大，工程投資也大，同時施工時需對底板進(jìn)行大面積的鑿毛處理，對閘底板結(jié)構(gòu)受力不利。經(jīng)綜合考慮，方案一從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)兩方面均優(yōu)于方案二，將方案一作為實(shí)施方案。

2.6 觀測設(shè)備

為了保障水閘在施工期和完工后運(yùn)行期的穩(wěn)定和安全，在出險加固方案中，在不同部位增設(shè)了位移、沉降及水位等觀測設(shè)備，要求在施工期及完工后的運(yùn)行期注意觀測并記錄存檔。

①在每個閘墩下游端設(shè)1個沉降觀測點(diǎn)。

②在每個閘墩下游端設(shè)1個位移觀測點(diǎn)，并在閘室兩側(cè)以外地面以下埋設(shè)1對基準(zhǔn)標(biāo)石，用于觀測。

③在上游翼墻上設(shè)水位標(biāo)尺。

2.7 金屬結(jié)構(gòu)

小園節(jié)制閘原有13扇升臥式平板鋼閘門，由于閘門銹蝕嚴(yán)重，止水老化開裂，須全部更新。中間11孔閘門尺寸為8.0 m×4.2 m(寬×高)，兩邊孔閘門尺寸為8.0 m×3.2 m(寬×高)。為使該工程既經(jīng)濟(jì)又合理，且運(yùn)行管理方便，根據(jù)設(shè)計流量及設(shè)計水位的要求，對閘門門型進(jìn)行了兩種方案的設(shè)計，并進(jìn)行比較，以選取經(jīng)濟(jì)耐用的方案。

方案一：平面直升鋼閘門。選用13扇直升式平面鋼閘門，滾輪支承，上游止水。吊點(diǎn)位于原閘門槽中心處。在墩頂設(shè)置排架及機(jī)架橋T梁，橋面寬3.6 m，橋面高程17.06 m。

方案二：平面升臥式鋼閘門。保持原設(shè)計平面升臥式鋼閘門型式不變，閘門采用懸臂輪支承，上游擋水，動水啟閉。閘門水平臥倒時用鎖定裝置鎖定。閘室結(jié)構(gòu)不做改變。

方案一中，平面直升門結(jié)構(gòu)簡單，布置容易，運(yùn)行可靠、便于維護(hù)，可以滿足擋水、動水局部開啟控制流量的要求。為保證閘門提起的高度，需要設(shè)置排架，并對原閘墩排架接觸部位進(jìn)行改造。方案二雖也能滿足擋水、動水局部開啟控制流量的要求，但高水位閉閘時，閘門受下部水壓力的頂托，門體下落困難，給運(yùn)行管理造成不便。對以上2個方案從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)進(jìn)行綜合分析，并結(jié)合本工程的運(yùn)用特點(diǎn)，平面直升閘門優(yōu)于升臥式閘門方案，即方案一優(yōu)于方案二，因此，將方案一作為實(shí)施方案。

工作閘門由固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作，一門一機(jī)布置，共設(shè)13臺固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。經(jīng)計算，啟門力為241.64 kN，閘門可靠自重關(guān)閉，選用QP2x160 kN卷揚(yáng)式雙吊點(diǎn)啟閉機(jī)，共13臺。

2.8 變配電設(shè)備和供電線路

在出險加固方案中，更換所有變配電設(shè)備和供電線路，重新進(jìn)行電氣設(shè)計。

選用新型節(jié)能型S11-M-80kV A/10/0.4kV 密閉式變壓器1臺，采用桿上安裝；低壓配電裝置選用1面GGD型低壓動力配電柜；動力電纜選用ZRYJV 22型阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。

2.9 視頻監(jiān)控設(shè)備

為實(shí)現(xiàn)對河道、閘門、供配電設(shè)備等現(xiàn)場情況的實(shí)時監(jiān)視，確保設(shè)備安全，在方案中增設(shè)1套視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在該閘周邊、大門、低壓配電室、閘門兩端及中間上下游處分別設(shè)1臺全方位遙控變焦彩色攝像機(jī)，可通過管理所控制中心主機(jī)對前端任意一監(jiān)控點(diǎn)的云臺鏡頭進(jìn)行控制。

3 結(jié)語

對病險水閘進(jìn)行除險加固是消除水閘病害、恢復(fù)水閘原有設(shè)計功能的重要手段。根據(jù)不同部位的病害，采取相應(yīng)的處理措施，可延長水閘的使用壽命，使其在江河徑流調(diào)節(jié)、水資源優(yōu)化合理配置等方面的作用得以正常發(fā)揮。該工程實(shí)施后，可提高泊頭市境內(nèi)清涼江兩岸區(qū)域內(nèi)的灌溉、排澇能力，對提高土地的利用價值，保障糧食生產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)民增收，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和周邊村莊的生態(tài)環(huán)境將產(chǎn)生積極地影響，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]和桂玲.水閘除險加固工程設(shè)計[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

[2]水利部水利建設(shè)與管理總站.水閘安全鑒定技術(shù)指南[K].鄭州：黃河水利出版社，2009.

[3]水利部建設(shè)與管理司.水閘工程通用法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)選編[G].北京：中國水利水電出版社，2009.

[4]SL265-2001，水閘設(shè)計規(guī)范[S].