牛角峪退水閘除險加固工程設(shè)計

李洪蕊 郭建琦 趙健

牛角峪退水閘除險加固工程設(shè)計

李洪蕊 郭建琦 趙健

牛角峪退水閘位于六五河、利民河及利民河北支的末端，是蓄滯洪區(qū)恩縣洼唯一的固定退水口門，建成至今已運行40余年。2009年3月，對牛角峪退水閘進行了安全鑒定，水閘安全類別評定為三類，應(yīng)進行除險加固。加固設(shè)計是在現(xiàn)有工程基礎(chǔ)上，通過采取綜合加固措施，消除病險，提出建設(shè)性設(shè)計方案及處理措施，使工程經(jīng)濟合理、安全可靠，且便于運行管理。

退水閘 衛(wèi)運河 除險加固 設(shè)計方案

1 原工程概況

牛角峪退水閘位于六五河、利民河及利民河北支的末端，位于四女寺水利樞紐下游約1 km，是蓄滯洪區(qū)恩縣洼唯一的固定退水口門，設(shè)計退洪流量378 m3/s。牛角峪退水閘由2孔閘、5孔閘和低水涵閘組成，沿德州老減河右堤展布。其中，低水涵閘位于利民河北支末端，設(shè)計退水流量37 m3/s；2孔閘位于六五河末端，水閘結(jié)構(gòu)型式為帶胸墻式水閘，設(shè)計退水流量84 m3/s；5孔閘位于利民河和六五河的末端，設(shè)計退水流量257 m3/s。

該閘的主要任務(wù)是防洪、排澇、退水，兼有灌溉功能。恩縣洼滯洪時，閉閘防止老減河洪水倒灌，待閘下水位退落時，開閘排除洼內(nèi)蓄滯洪水；恩縣洼不滯洪時，汛期相機宣泄六五河、利民河及利民河北支的洪水經(jīng)老減河、漳衛(wèi)新河直接入海，以保證武城縣防洪安全；汛后排除洼內(nèi)澇水，減輕瀝澇災(zāi)害；同時兼顧農(nóng)業(yè)灌溉等綜合利用的要求。

低水涵閘洞身為4孔2.5 m×2.5 m的鋼筋混凝土箱涵，長33.5 m。涵洞出口設(shè)有2扇的平板鋼閘門，由電動卷揚式啟閉機啟閉。

2孔閘為帶胸墻式水閘，每孔凈寬8.0 m，閘室總寬22.50 m。閘室底板長15.0 m，厚1.8 m。水閘上部布置有機架橋和交通橋。工作閘門為平板鋼閘門，由固定卷揚式啟閉機啟閉。

5孔閘為帶胸墻式水閘，整個閘室分為2聯(lián)，靠2孔閘一側(cè)為2孔一聯(lián)整體式底板，另一聯(lián)為3孔一聯(lián)整體式底板，其間用縫墩分開。在閘室邊、中、縫墩上部自上游向下游依次設(shè)置渡槽、機架橋和交通橋。工作閘門為直升式平面鋼筋混凝土閘門，機架橋上設(shè)固定卷揚式啟閉機。

2 除險加固的原因

2孔閘、低水涵閘建成于1963年，5孔閘建成于1968年，運行至今都已超過40年。由于工程質(zhì)量先天不足，后天經(jīng)費緊缺，管養(yǎng)維護滯后，經(jīng)過幾十年的運行，工程老化問題突出，已嚴(yán)重影響到工程運行安全和正常功能的發(fā)揮。經(jīng)鑒定，水閘主要存在以下幾方面的問題：

（1）混凝土碳化嚴(yán)重，混凝土質(zhì)量普遍較差；（2）觀測設(shè)施損壞或報廢；（3）橋面鋪裝層損壞嚴(yán)重；（4）消能防沖不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；（5）閘前鋪蓋反濾排水設(shè)施已全部損壞；（6）閘門不滿足雙向擋水要求，銹蝕嚴(yán)重，正反向漏水嚴(yán)重，閘門結(jié)構(gòu)強度不滿足要求；（7）啟閉機為淘汰產(chǎn)品，且已達(dá)到報廢年限，不能滿足安全運行要求；（8）閘頂高程不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，交通橋不滿足現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的最小等級要求；（9）低水涵閘泄流能力達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；（10）2孔閘和5孔閘閘室整體抗滑穩(wěn)定不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，水平滲流坡降不滿足滲流穩(wěn)定要求，水閘存在繞滲；（11）低水涵閘、2孔閘和5孔閘上下游護坡有不同程度的塌陷、砌石松動、底部掏空和勾縫脫落等。

牛角峪退水閘存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題。為保證工程安全，應(yīng)盡快對該閘進行除險加固，消除安全隱患。

3 樞紐節(jié)制閘工程總布置

此次除險加固工程原則為原規(guī)模、原功能、原閘址恢復(fù)。

原低水涵閘除保留上游部分漿砌石擋墻外，其余部分拆除重建，原位置除險加固為1孔閘。2孔閘保留上游鋪蓋、底板和下游消力池，但需對其進行修復(fù)補強；對翼墻表面進行防碳化處理；其余部分拆除重建。5孔閘保留底板和消力池，但需對其進行修復(fù)補強，其余部分拆除重建。

3.1 1孔閘設(shè)計（除險加固前為低水涵閘）

除險加固后1孔閘建于原低水涵閘處閘址，為胸墻式結(jié)構(gòu)，共計1孔，閘室凈寬7.0 m，總寬10.0 m，采用整體式底板，底板高程18.70 m。閘頂高程27.60 m。閘室左側(cè)布置門庫。

閘室上游側(cè)設(shè)10.0 m長、0.5 m厚混凝土鋪蓋，上游側(cè)設(shè)20.0 m長、0.3 m厚漿砌石鋪蓋。閘室下游設(shè)長16.0 m、深1.0 m的消力池，消力池后設(shè)10.0 m長混凝土護底、15.0 m長的海漫和9.0 m長拋石防沖槽。

為便于檢修操作，在閘頂檢修門槽兩側(cè)設(shè)鋼筋混凝土檢修便橋，寬1.1 m，厚0.6 m。在閘室下游側(cè)設(shè)總寬為7.0 m的交通橋，橋面高程27.60 m。機架橋布置在閘室中部偏上游側(cè)，橋面高程為34.60 m，橋面上設(shè)置啟閉機房。為減輕上部結(jié)構(gòu)的重量，啟閉機房采用輕型復(fù)合板材墻體。

3.2 2孔閘設(shè)計

2孔閘仍為胸墻式閘，閘孔凈寬16.0 m，閘室總寬度22.5 m，底板采用原折線式底板，但需對其進行修復(fù)補強。閘頂高程27.60 m。

閘室上游側(cè)設(shè)20.0 m長鋪蓋，采用原2孔閘鋪蓋，對其進行修復(fù)補強。閘室下游保留原長15.0 m、深1.0 m的消力池，同樣需要對其修復(fù)補強。消力池后設(shè)10.0 m長混凝土護底、15.0 m長漿砌石海漫和9.0 m長拋石防沖槽。

為便于檢修操作，在閘頂檢修門槽兩側(cè)設(shè)檢修便橋，在閘室下游側(cè)設(shè)交通橋，橋面高程27.6 m。機架橋布置在閘室中部偏上游側(cè)，橋面高程為34.6 m，橋面上設(shè)置啟閉機房，為減輕上部結(jié)構(gòu)的重量，啟閉機房采用輕型復(fù)合板材墻體。

3.3 5孔閘設(shè)計

5孔閘仍為胸墻式閘，閘孔凈寬29.0 m，閘室總寬度37.5 m，底板采用原底板，但需對其進行修復(fù)補強，仍分為2孔一聯(lián)、3孔一聯(lián)共計2聯(lián)。閘頂高程27.60 m。

閘室左側(cè)布置門庫；閘室右側(cè)布置控制樓。

閘室原上游鋪蓋拆除，新建20.0 m長混凝土鋪蓋。下游消力池采用原長26.0 m、深1.0 m消力池，但需對其進行修復(fù)補強。消力池后布置10.0 m長混凝土護底，后接20.0 m長漿砌石海漫和13.50 m長、2.50 m深的拋石防沖槽。

為便于檢修操作，在閘頂檢修門槽兩側(cè)設(shè)檢修便橋，在閘室下游側(cè)設(shè)交通橋，橋面高程27.6 m。機架橋布置在閘室中部偏上游側(cè)，橋面高程為36.6 m，橋面上設(shè)置啟閉機房。為減輕上部結(jié)構(gòu)的重量，啟閉機房采用輕型復(fù)合板材墻體。

4 建筑物除險加固設(shè)計方案

4.1 閘底板

2孔閘、5孔閘保留原底板，并對其進行加固處理。考慮底板已運用多年，止水效果降低，且考慮到底板在水閘防滲中的重要性，采用加固處理方法如下：表面鑿除5 cm厚混凝土，鑿毛后現(xiàn)澆35 cm厚混凝土，混凝土表層鋪設(shè)構(gòu)造鋼筋，閘底板與鋪蓋間分縫重新設(shè)置止水。底板裂縫采用化學(xué)灌漿處理，裂縫上部鋪設(shè)限縫鋼筋。

4.2 上游鋪蓋加固處理

2孔閘原上游鋪蓋排水孔排水功能喪失，對閘室穩(wěn)定和滲流穩(wěn)定均造成威脅，本次除險加固處理保留原上游鋪蓋，封堵原排水孔，考慮到與下游閘室底板相接及鋪蓋強度，表面鑿除5 cm厚混凝土，鑿毛后現(xiàn)澆35 cm厚鋼筋混凝土，閘底板與鋪蓋間分縫重新設(shè)置止水。由于此閘為雙向擋水，考慮到反向擋水工況，鋪蓋上游側(cè)增設(shè)排水管。對存在的鋪蓋裂縫，采用化學(xué)灌漿處理，裂縫上部設(shè)限縫鋼筋。

5孔閘原上游鋪蓋排水孔排水功能喪失，對閘室穩(wěn)定和滲流穩(wěn)定均造成威脅，且原鋪蓋上游部分為漿砌石結(jié)構(gòu)，為保證閘室穩(wěn)定和滲流穩(wěn)定，本次除險加固處理拆除原上游鋪蓋，并在原位置重建20 m長鋪蓋。由于此閘為雙向擋水，考慮到反向擋水工況，上游側(cè)10 m長鋪蓋增設(shè)排水管。

4.3 下游消力池加固處理

2孔閘和5孔閘原消力池未設(shè)排水孔，對閘室穩(wěn)定和滲流穩(wěn)定不利，本次除險加固處理保留下游消力池，考慮到與下游閘室底板相接及消力池強度，閘底板與消力池間存在的高差以斜坡段連接，分縫間重新設(shè)置止水。消力池其余部位表面鑿除5 cm厚混凝土，鑿毛后現(xiàn)澆35 cm厚鋼筋混凝土，消力池下游側(cè)增設(shè)排水孔。對存在的消力池裂縫采用化學(xué)灌漿處理，裂縫上部設(shè)限縫鋼筋。

4.4 混凝土結(jié)構(gòu)防腐、防碳化、防裂設(shè)計

牛角峪退水閘經(jīng)過40多年的運用，水工建筑物表面均存在不同程度的碳化，通過檢測，碳化深度20.0～60.0 mm，對保留的混凝土結(jié)構(gòu)包括閘底板、5孔閘上游分隔墻等均需進行防碳化處理，經(jīng)過調(diào)研及南進洪閘的防碳化成功經(jīng)驗，本次設(shè)計選用抹TK聚合物砂漿處理，其與普通的水泥砂漿相比，抗拉強度、粘結(jié)強度、抗裂性均有明顯地改善和提高。TK聚合物砂漿施工前，表面鑿除5 cm深，并保持表面毛、潮、凈。

由于本閘所處環(huán)境地下水對混凝土具有弱腐蝕性，河水對混凝土無侵蝕性。所以對閘底板、翼墻、鋪蓋和消力池等混凝土的水泥采用常規(guī)水泥。為減少因混凝土干縮等原因可能產(chǎn)生的裂縫，在混凝土中摻入UF500纖維素纖維以增加其抗裂性能。

4.5 閘底板、鋪蓋及消力池底板脫空處理

參考其它相關(guān)工程經(jīng)驗，地基采用水泥漿進行接觸充填灌漿，徹底解決閘底板、鋪蓋及消力池與地基土接觸部位之間的接觸沖刷問題。

4.6 上部結(jié)構(gòu)除險加固處理

根據(jù)安全鑒定意見，2孔閘和5孔閘上部結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，本次除險加固對上部結(jié)構(gòu)，包括閘墩、交通橋、檢修橋、排架柱、機架橋、啟閉機房和兩岸樓梯以及控制樓，全部拆除重建。

5 結(jié)語

經(jīng)過多年的運行，牛角峪退水閘的大部分建筑物存在不同程度的問題。經(jīng)過此次除險加固，采取可靠、可行的處理措施，基本消除隱患問題，恢復(fù)和完善水閘應(yīng)有的功能，確保工程安全和正常使用，為防汛、水資源調(diào)度和工程管理提供有效依據(jù)。本文從閘底板、鋪蓋的加固設(shè)計及消能設(shè)施的加固設(shè)計等方面，總結(jié)了牛角峪退水閘加固設(shè)計的經(jīng)驗，為今后類似除險加固工程的設(shè)計提供參考和借鑒。

李洪蕊 女 助理工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司天津 300222

郭建琦 女 助理工程師天津龍源風(fēng)力發(fā)電有限公司天津 300270

趙健 男 工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司天津 300222

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