呂望節(jié)制閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

王 楊

(安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，安徽合肥 230000)

1 工程概況

呂望節(jié)制閘位于安徽省亳州市蒙城縣蒙義公路與芡河交叉點(diǎn)的呂望鎮(zhèn)南側(cè)，是芡河干流上的重要節(jié)制閘，也是芡河灌溉工程最上游的控制工程，是一座以蓄水灌溉、防洪排澇為主要目的、兼顧方便當(dāng)?shù)亟煌ǖ闹行退l。老閘為5孔閘，主體建筑為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。亳州市水務(wù)局于2008年6月對呂望閘進(jìn)行了安全鑒定，主要結(jié)論為:主體結(jié)構(gòu)的防滲長度與水力坡降不滿足規(guī)范要求;閘門老化損傷，漏水嚴(yán)重，啟閉困難，難以保證安全運(yùn)行;工作橋梁、檢修橋、機(jī)墩梁、排架與公路橋梁混凝土碳化嚴(yán)重，蜂窩空洞普遍，鋼筋外露銹蝕;消力池底板厚度、海漫長度不能滿足規(guī)范要求;上、下游翼墻填土不密實(shí)，存在繞滲;啟閉機(jī)電設(shè)備破損老化嚴(yán)重、整體運(yùn)行狀況差;管理房已成危房。評定呂望閘為三類閘。隨著地方經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，呂望閘的防洪保安和水源地位越來越重要。呂望節(jié)制閘運(yùn)行管理中出現(xiàn)的問題，已嚴(yán)重影響到芡河流域的防洪保安和流域內(nèi)的糧食安全，不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的要求，對呂望閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固顯得尤為迫切而且十分必要。

2 主要建筑物設(shè)計(jì)

2.1 建筑物級別及設(shè)計(jì)條件

本次除險(xiǎn)加固工程的主要任務(wù)是在不改變原設(shè)計(jì)排洪及蓄水灌溉等功能要求的前提下，采取必要的工程措施，解決節(jié)制閘安全鑒定中提出的問題及存在的安全隱患，以確保主體工程的安全運(yùn)行。

依據(jù)GB 50201-94防洪標(biāo)準(zhǔn)、SL 265-2001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，呂望閘為中型水閘，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時(shí)建筑物級別為5級。

依據(jù)水文計(jì)算成果，主要設(shè)計(jì)水位及流量特征值見表1。

表1 呂望節(jié)制閘規(guī)劃設(shè)計(jì)條件表

2.2 除險(xiǎn)加固方案比選

本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)選用以下兩個(gè)方案進(jìn)行比選。

方案一:拆除閘室及上部結(jié)構(gòu)，重建5孔節(jié)制閘，閘孔總凈寬22.5 m，采用平底寬頂堰，底檻高程為20.6m，閘頂高程為26.0m，分離式大小底板結(jié)構(gòu)，兩孔一聯(lián)的筏式基礎(chǔ)。閘墩為實(shí)體結(jié)構(gòu)，墩頂依次布置有檢修便橋、檢修門槽、工作門槽、啟閉機(jī)排架、公路橋等。公路橋按公路Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，橋面高程26.0 m，凈寬7.0 m。啟閉機(jī)臺高程為33.0 m，上設(shè)啟閉機(jī)房。閘室兩側(cè)采用空箱岸墻與閘室連接，岸墻與邊墩分開布置，上游側(cè)布置橋頭堡，下游側(cè)布置公路橋。上、下游翼墻均拆除重建，采用漿砌塊石結(jié)構(gòu)。上游鋪蓋以及下游消力池拆除重建，采用挖深式底流消能形式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。對現(xiàn)狀上、下游砌石護(hù)坡，及下游干、漿砌石護(hù)底進(jìn)行整修加固，損壞部分按原結(jié)構(gòu)恢復(fù)。

方案二:閘室底板及邊墩保留，中墩拆除重建，加固5孔節(jié)制閘，加固后閘孔總凈寬20.4m，底檻高程為21.0m，閘頂高程加高至26.0 m，閘室底板共分兩塊，分縫在第3孔中部，為折線型結(jié)構(gòu)。啟閉機(jī)臺高程為33.0 m，上設(shè)啟閉機(jī)房。公路橋拆除重建，按公路Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，橋面高程26.0m，凈寬7.0m。上游鋪蓋拆除重建，閘室下游水平段及消力池底板襯砌加固，邊墩進(jìn)行防碳化處理，下游海漫及護(hù)坡接長，更換閘門、啟閉機(jī)和電氣設(shè)備，重建啟閉機(jī)房和橋頭堡。對原翼墻局部破損部位進(jìn)行修補(bǔ)，翼墻后回填土進(jìn)行錐探灌漿防滲。

方案一與方案二總體布置相近，閘室主體結(jié)構(gòu)尺寸相差不大。方案一需增加基坑開挖、降排水等措施，臨時(shí)工程量加大。方案二加固時(shí)新老混凝土連接、鑿毛、植筋工程量較大，施工難度增加。方案一閘上公路橋布置在上游側(cè)，汛期清理河道水草雜物較方便。方案二投資較小，比方案一經(jīng)濟(jì)。

根據(jù)呂望節(jié)制閘結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)物本身損壞程度較小，為充分利用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，節(jié)省投資，經(jīng)綜合比選，選擇方案二進(jìn)行除險(xiǎn)加固。即本節(jié)制閘加固維持現(xiàn)有主體結(jié)構(gòu)不變，對破損部位進(jìn)行維修補(bǔ)強(qiáng)和局部拆除重建。

2.3 主要建筑物加固設(shè)計(jì)

加固的主要內(nèi)容包括:閘室底板下游水平段、消力池底板鋼筋網(wǎng)混凝土襯砌加固，老閘室混凝土結(jié)構(gòu)采用CET203混合砂漿防碳化處理，局部破損處修復(fù);閘室中墩、上游鋪蓋拆除重建;拆除重建公路橋、檢修橋;拆除重建排架、啟閉機(jī)臺，新建啟閉機(jī)房、橋頭堡;更換閘門、啟閉機(jī)以及相應(yīng)電氣設(shè)備;翼墻勾縫處理，墻后填土進(jìn)行粘土灌漿處理;下游海漫、護(hù)坡接長;上、下游連接段原有砌石護(hù)坡加固或維修;適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)充管理設(shè)施。

2.3.1 閘室底板、閘墩加固設(shè)計(jì)

閘室底板上游水平段以及下游斜坡段面層適度鑿毛約0.02 m后，用C25混凝土修補(bǔ)，再用CT203進(jìn)行防碳化處理。閘室底板下游水平段鑿除老混凝土外表面碳化層，澆筑厚0.15 m的C30鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)，底板高程抬高至20.15 m，閘室與消力池間分縫止水拆除重建。

原閘室邊墩面層適度鑿毛約0.02 m后，用C25混凝土修補(bǔ)，再用CT203進(jìn)行防碳化處理。原邊墩加高至26.0 m，加高部分采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。對原邊墩檢修門槽、工作閘門部位的閘墩混凝土進(jìn)行局部鑿除、重新澆筑。工作門槽寬0.46 m，門槽上下游二期混凝土寬0.3 m、深0.3 m，由高程21.0 m布置至高程26.0 m，底檻二期混凝土厚 0.3 m，寬 1.06 m。檢修門門槽寬0.46 m，深0.25 m，門槽上下游二期混凝土寬 0.3 m，深 0.25 m，底檻二期混凝土厚0.25 m，寬1.06 m。為保證門槽、底檻二期混凝土與老混凝土面的結(jié)合，應(yīng)設(shè)錨筋加強(qiáng)連接，門槽二期混凝土采用C30鋼筋混凝土。

原中墩拆除，重新澆筑鋼筋混凝土中墩，其長度與閘室底板等長，采用C25鋼筋混凝土實(shí)心結(jié)構(gòu)，中墩厚度為0.9 m，閘孔上游側(cè)布置檢修閘門及工作門門槽，下游側(cè)布置公路橋，中墩上、下游做成圓弧形墩頭，墩頂高程26.0 m。原閘室上游側(cè)墩間撐梁全部拆除后改建為檢修便橋板。

2.3.2 公路橋及檢修便橋加固設(shè)計(jì)

原公路橋拆除重建，新建公路橋面總寬8.0 m，行車道寬7.0 m，橋面高程26.0 m，兩側(cè)設(shè)鋼筋混凝土防撞護(hù)欄，共5跨。為加強(qiáng)閘室整體剛度，公路橋采用現(xiàn)澆C30鋼筋混凝土實(shí)心板結(jié)構(gòu)，厚0.3 m。由于閘室結(jié)構(gòu)為兩孔一聯(lián)，分縫在中孔底板中間位置，中孔采用簡支C30預(yù)制鋼筋混凝土實(shí)心板結(jié)構(gòu)，板厚0.3 m。橋面設(shè)C40鋼筋混凝土鋪裝層，橫向排水坡度為2%。

檢修便橋橋面高程26.0，檢修門槽上游側(cè)板寬0.93 m，檢修門槽與工作門槽間板寬0.98 m，工作門槽下游側(cè)板寬1.48 m，全橋共5跨，采用C25預(yù)制鋼筋混凝土實(shí)心板，板厚0.2 m。

2.3.3 排架、啟閉機(jī)臺加固方案

原墩頂排架、啟閉機(jī)臺及簡易啟閉機(jī)房屋全部拆除重建。新建啟閉機(jī)臺頂面高程33.0 m，排架柱頂高程31.50 m，在柱頂現(xiàn)澆排架橫梁。啟閉機(jī)大梁選用雙“π”形梁，梁高0.8 m。受施工場地限制，啟閉機(jī)大梁采用整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，共5跨，分別長2×5.2 m，3×5.0 m，頂面高程33.0 m，啟閉機(jī)臺上設(shè)啟閉機(jī)房。

2.3.4 上游連接段加固設(shè)計(jì)

上游鋪蓋拆除重建為C25鋼筋混凝土鋪蓋，厚0.4 m，沿垂直

水流方向設(shè)伸縮縫，縫間設(shè)置止水。新建鋪蓋輪廓線范圍內(nèi)與閘底板及翼墻底板的縫間重新設(shè)置止水。在原干砌石護(hù)底上游側(cè)新增10.0 m長干砌石護(hù)底，并且對兩側(cè)護(hù)坡和干砌石護(hù)底進(jìn)行全面檢查，對損壞部分按原結(jié)構(gòu)修整恢復(fù)。對原翼墻局部破損部位進(jìn)行修補(bǔ)，為防止翼墻滲水，翼墻后回填土錐探灌漿防滲，孔距0.8 m，孔深6.0 m。

2.3.5 下游連接段加固設(shè)計(jì)

原消力池頂面均鑿毛0.05 m后，再澆厚0.15 m的C30鋼筋混凝土，分縫同原結(jié)構(gòu)，分縫處設(shè)橡皮止水。加固后水平段范圍內(nèi)設(shè)置5排φ50 mm排水孔，新老混凝土相接處均設(shè)置錨筋。對下游翼墻局部破損部位進(jìn)行修補(bǔ)，墻后回填土進(jìn)行錐探灌漿防滲，孔距0.8 m，孔深6.0 m。拆除原拋石防沖槽，在原海漫后增設(shè)10.0 m長干砌石護(hù)底，后接新建拋石防沖槽。

2.3.6 工程觀測設(shè)施設(shè)計(jì)

新設(shè)永久位移沉降標(biāo)點(diǎn)20組，布置在閘墩的上下游墩頭頂部位，以及上下游翼墻分縫處;設(shè)測壓管4組，共8根，其中每兩孔閘室布置一組測壓管，用來觀測閘底板的揚(yáng)壓力;兩岸翼墻各布置一組測壓管，用來觀測側(cè)向繞滲情況;上下游翼墻各布置2個(gè)水尺。

3 施工特點(diǎn)

呂望閘為芡河攔河建筑物，施工期內(nèi)需考慮施工導(dǎo)流。本工程的建筑物在一個(gè)枯水期內(nèi)完成，受河道水位影響的中下部施工工程量較小，施工期在上下游填筑施工圍堰進(jìn)行擋水，上游堰溝和泥溝來水可通過與溝相連的渠系直接排入芡河下游，其他支流溝渠來水通過蒙芡河口進(jìn)入蒙芡河直接導(dǎo)入芡淮新河。蒙芡河為水系溝通的人工河，過流能力滿足導(dǎo)流要求。

處理底板、閘墩混凝土外表面碳化層，須采用輕型機(jī)械或人工施工鑿除其表面碳化層，以避免對老結(jié)構(gòu)層的不利影響。

在閘室加固施工過程中，須對閘室底板進(jìn)行全面檢查，制定必要的應(yīng)急方案和配備防汛器材，加強(qiáng)對閘室不均勻沉降的監(jiān)測，制定必要的應(yīng)急措施，以確保工程安全。

4 結(jié)語

本次除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施，解決了呂望閘自興建以來存在的種種弊端和安全隱患，為水閘的正常運(yùn)行提供保障。工程實(shí)施后，可更穩(wěn)定的發(fā)揮工程作用，大大改善了呂望閘以上地區(qū)的灌溉用水條件，為灌區(qū)糧食安全提供強(qiáng)有力的保障。此外，防洪、灌溉條件的改善，對芡河流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生產(chǎn)、生活的改善也具有明顯的社會和環(huán)境效益。

在加固方案的選擇上，充分考慮利用現(xiàn)有閘室結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了節(jié)約工程量，節(jié)省投資的理念，值得類似水閘的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)借鑒參考。

［1］談松曦.水閘設(shè)計(jì)［M］.北京:水利電力出版社，1986.

［2］SL 265-2001，水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.