大型水閘水下修補工程施工實踐探討

萬 泉 王駿秋 蔡玲玲

(江蘇省江都水利工程管理處， 江蘇 江都 225200)

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大型水閘水下修補工程施工實踐探討

萬 泉 王駿秋 蔡玲玲

(江蘇省江都水利工程管理處， 江蘇 江都 225200)

閘底板、伸縮縫、消力池是水閘工程的關(guān)鍵部位。萬福閘工程自1962年建成以來，大流量泄洪頻繁，閘室水下結(jié)構(gòu)長期經(jīng)受高速水流沖刷，出現(xiàn)不同程度的損壞，嚴重影響了工程安全運用。為確保工程度汛安全，經(jīng)過方案比選，決定采用自浮式氣壓沉柜和開口鋼圍堰在無水狀態(tài)下對損壞部位進行水下修補。實踐證明，該施工方案操作方便、直觀可靠，質(zhì)量易于控制，可為類似工程借鑒。

氣壓沉柜； 鋼圍堰； 水下修補

1 工程概況

萬福閘位于揚州市以東10km的廖家溝上，它是淮河入江水道主要控制建筑物之一，也是淮河入江水道歸江控制工程中最大的口門，承擔(dān)著淮河中上游約65%洪水入江的任務(wù)。工程興建于1959年，閘室共65孔，為開敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每孔凈寬6m，總凈寬390m，設(shè)計流量8270m3/s，屬大(1)型水閘、水工Ⅱ級建筑物。工程自1962年建成以來，在防洪保安、引江灌溉、調(diào)蓄優(yōu)化通航環(huán)境、改善工業(yè)及生活用水條件等方面發(fā)揮了極其重要的作用，綜合效益十分顯著[1]。

受到當(dāng)時國家財力、物力限制，閘底板混凝土標號僅為140號，且未考慮混凝土的耐久性，造成混凝土強度過低，再加上萬福閘長期大流量泄洪，底板、消力池、伸縮縫等水下結(jié)構(gòu)經(jīng)受高速水流沖刷，已出現(xiàn)不同程度的損壞，嚴重影響了工程安全運用。2008年10月14—16日，管理單位組織潛水工對萬福閘下游閘底板、伸縮縫、消力池(坎)進行仔細檢查，查出底板、伸縮縫、消力池混凝土損壞部位達75處之多，最大損壞部位尺寸達到長300cm×寬60cm×深9cm[1]。

為確保工程度汛安全，2015年4—5月，施工單位對該閘底板、消力池(坎)混凝土損壞、伸縮縫口混凝土剝落及填料流失的部位采用聚合物抗裂砂漿或聚合物抗裂混凝土進行全面修補。

2 施工方案比選

閘室水下結(jié)構(gòu)的檢修相對于旱地施工，存在施工工藝復(fù)雜、設(shè)備特殊、經(jīng)費投入多、施工過程中質(zhì)量控制難度較大等特點。

2.1 方案一：設(shè)置傳統(tǒng)鋼圍堰，潛水工配合施工

根據(jù)萬福閘閘墩結(jié)構(gòu)及墩頭實際尺寸，定制中孔鋼圍堰4套、邊墩鋼圍堰2套，采用多臺水泵抽排閘室內(nèi)積水，保證檢修部位(閘底板、伸縮縫)露出水面，施工人員進行破損部位修補；對于鋼圍堰外側(cè)消力池(坎)部位，由潛水工下水修補。該方案優(yōu)點為閘室內(nèi)可實現(xiàn)無水環(huán)境施工，施工操作方便；缺點是耗資過大、施工工期長；潛水員帶水作業(yè)，水下視線不佳，完全憑借手感和施工經(jīng)驗操作，質(zhì)量難以控制。

2.2 方案二：采用氣壓沉柜和開口式鋼圍堰實現(xiàn)無水施工

采用萬福閘管理所自行設(shè)計的自浮式氣壓沉柜和開口式鋼圍堰罩住閘底板、伸縮縫、消力池(坎)的損壞部位，利用防汛工作船艙底的空壓機將壓縮空氣注入氣壓沉柜內(nèi)，排盡沉柜內(nèi)供工作人員上下的通道及盾底積水，形成無水環(huán)境，施工人員進入沉柜或開口鋼圍堰(一般用于閘孔內(nèi)施工)，實施水下修補施工。該方案的優(yōu)點為設(shè)備是管理單位的發(fā)明專利，施工設(shè)備租賃費用低。此外該套設(shè)備使用時無需起吊設(shè)備，移動靈活，排水方便，施工質(zhì)量易于控制；該方案缺點為該設(shè)備每次只能檢修一孔，施工進展較慢。施工人員需在水下1～2個大氣壓下施工，對施工人員身體素質(zhì)要求較高。且氣壓沉柜易受水深和工作區(qū)域凈高的影響，有些部位無法到達，需作進一步改進[2]。

2.3 方案比選

根據(jù)管理單位關(guān)于萬福閘底板、伸縮縫、消力池(坎)探摸的水下報告，針對氣壓沉柜和開口式鋼圍堰可實現(xiàn)無水施工，施工質(zhì)量易于控制且施工費用較少的優(yōu)點，對兩種方案進行認真比選，最終確定采用方案二，對底板、消力池(坎)損壞部位和伸縮縫口混凝土剝落及填料流失進行修補。

3 自浮式氣壓沉柜

3.1 設(shè)備組成

自浮式氣壓沉柜由沉柜主體部分和供氣系統(tǒng)組成。

沉柜主體部分由盾首、通道、盾底、浮箱及壓重塊等主要部件組成。供氣系統(tǒng)設(shè)在防汛工作船船艙內(nèi)，由一臺氣產(chǎn)量3m3/min的空壓機，兩只5m3/s儲氣罐、兩只開啟濾清器及相關(guān)控制閘閥組成。氣壓沉柜組裝見下圖。

氣壓沉柜組裝示意圖1—盾首(進出口，含操作臺、過度艙)；2—增段；3—爬梯；4—通道(長度可根據(jù)實際需要調(diào)整)；5—浮箱；6—盾底(底部外徑3.6m)；7—壓重塊

3.2 工作原理

自浮式氣壓沉柜主體部分在下游左岸翼墻上完成組裝，由吊車吊入靠近閘室水域，施工人員連接好位于防汛工作船中的供氣系統(tǒng)。利用空氣壓縮機連續(xù)提供的壓縮空氣將浮箱、通道及盾底內(nèi)的水體排出，形成足夠大的浮力，用以克服沉柜主體自身重量(約28t)，在水中實現(xiàn)自浮。岸上施工人員利用纜繩將沉柜拖拽至檢修的位置，打開浮箱和盾首上的放氣閥，放氣下沉至指定位置[2]。

當(dāng)沉柜下沉至檢修位置后，關(guān)閉所有放氣閥及盾首艙門，向通道、盾底內(nèi)充氣，利用壓縮空氣，完全排開內(nèi)部水體，實現(xiàn)人造無水施工環(huán)境。檢修人員從通道進入盾底，實施水下修補。

4 自浮式開口鋼圍堰

由于氣壓沉柜總高度超過10.25m，而萬福閘閘孔上部(公路橋底部)至底板高度為10.0m，加上沉柜在水中需上浮一定高度，故直接使用氣壓沉柜進入閘孔內(nèi)對底板及伸縮縫進行修補顯然是不可行的。經(jīng)技術(shù)人員查看工程圖紙和現(xiàn)場反復(fù)測量，對氣壓沉柜進行了改進：去除盾首(高度為2.7m)，將沉柜改制為自浮式開口鋼圍堰，其自浮移動原理和氣壓沉柜類似。需要移動時將通道頂端用特制端蓋封閉，端蓋上裝設(shè)進、排氣閥，與供氣系統(tǒng)相連。

經(jīng)復(fù)核和現(xiàn)場試驗，滿足浮動條件，開口鋼圍堰可自浮至閘室內(nèi)進行水下修補。當(dāng)自浮式開口鋼圍堰移至閘孔內(nèi)所需檢修的位置時，打開浮箱和通道端蓋上面的放氣閥放氣，使其下沉至指定位置；再由潛水工下水對盾底邊緣進行人工堵漏，采用兩臺以上潛水泵抽排通道及盾底內(nèi)積水，待基本抽干后留一臺排污泵抽排盾底邊緣的少量漏水。用木板在盾底內(nèi)制作雙層子堰，將所需修補的部位圍上，再用干棉花吸去其中積水，實施修補。

5 水下修補主要施工工藝

5.1 清理

施工人員利用扁鏨子和風(fēng)鎬對底板、消力池(坎)混凝土損壞處鑿除表面外露骨料、松散混凝土等，清理破損處的伸縮縫。在伸縮縫處理過程中，剔除縫中雜質(zhì)及松動老化層，然后用高壓水將伸縮縫沖洗干凈。

5.2 修補的原材料和配合比

5.2.1 原材料

底板、消力池(坎)混凝土破損部位修補采用聚合物抗裂砂漿或者抗裂混凝土，添加HK-UW-1添加劑，該添加劑在水下澆筑具有固化快、早強時間短、終期強度高等特點；伸縮縫修補材料必須考慮其變形性，同時也需考慮其強度，此次采用的是一種水下混凝土黏合劑，它具有一定的彈性，能適應(yīng)伸縮縫的變形需要，同時在水下對混凝土有良好的黏結(jié)性能，可滿足泄洪時的材料穩(wěn)定性要求。

5.2.2 配合比

HK-UW-1水下澆筑混凝土的配合比見表1(重量比)。

表1 混凝土配合比

施工過程中要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁?、砂石料的粒徑進行現(xiàn)場試驗以確定合適的樹脂用量，調(diào)整好各組分的配合比。拌和骨料：按確定的配合比將石子、砂、水泥拌和均勻后待用。配制樹脂：HK-UW-1有A和B兩組份，A∶B=3∶1，按比例將兩組分混合均勻；最后將配制好的樹脂倒入骨料中，拌和均勻。

水下混凝土黏合劑由A、B兩組組成，A為主劑，B為固化劑，使用時將兩組分按3.7∶1混合均勻后，倒入清理干凈的水下混凝土伸縮縫中即可，施工方便。固化時間和氣溫有關(guān)，但均可在1d內(nèi)固化。根據(jù)材料生產(chǎn)單位在水下環(huán)境中進行的模擬試驗，其主要性能指標見表2。

表2 性能指標

5.3 混凝土損壞修補、灌漿施工過程

底板、消力池(坎)混凝土損壞處清理干凈后，依據(jù)破損部位深度及范圍，采用鍍鋅帶槽鋼釘或錨筋固定電焊鍍鋅鐵絲網(wǎng)(鋼筋網(wǎng))，然后確定修補澆筑的工程量，在防汛工作船上進行聚合物抗裂砂漿或者聚合物抗裂混凝土拌和，一次性運送至氣壓沉柜或者開口鋼圍堰內(nèi)進行現(xiàn)場澆筑，用刮刀將澆筑面刮至與原底板水平、收光，最后進入養(yǎng)護階段，養(yǎng)護時間不少于4h。

伸縮縫清洗完成后用風(fēng)機將縫內(nèi)吹干，在岸上拌好彈性環(huán)氧砂漿后采用料桶送至澆筑部位進行灌注，施工人員將專門的漏斗放在伸縮縫上，緩慢地通過漏斗向伸縮縫內(nèi)進行彈性環(huán)氧砂漿灌注，直至與兩側(cè)的混凝土面齊平，完成伸縮縫修補工作。

6 施工質(zhì)量控制及檢驗

水下檢修是一項施工工藝技術(shù)要求較高的工作，在施工過程中，不僅要抓好原材料質(zhì)量關(guān)，還要把握好施工工序關(guān)。專業(yè)技術(shù)人員負責(zé)現(xiàn)場施工、技術(shù)指導(dǎo)、質(zhì)量檢查工作，施工人員嚴格按有關(guān)規(guī)范、標準及設(shè)計要求施工。自檢合格后，由監(jiān)理人員進入氣壓沉柜或開口鋼圍堰內(nèi)現(xiàn)場檢查，待上一道工序通過檢查合格后方可進入下一道工序的施工，施工結(jié)束后出具自檢資料，監(jiān)理部復(fù)檢。

7 結(jié) 語

萬福閘水下修補工程經(jīng)過2015年汛期大流量開閘泄洪的嚴峻考驗后，2016年汛前，管理單位對該閘進行水下檢查，閘底板、消力池(坎)混凝土破損、伸縮縫口混凝土剝落及填料流失處修補質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)沖坑和明顯破損，達到了預(yù)期設(shè)計效果。實踐證明采用自浮式氣壓沉柜和開口鋼圍堰在無水狀態(tài)下進行水閘水下修補具有操作方便、直觀可靠、施工質(zhì)量易于控制、工期短等特點，該施工體系的成功運用不僅保證了萬福閘加固護底工程及其他土建項目的順利實施，而且為類似水閘水下修補工程的設(shè)計和施工積累了寶貴的經(jīng)驗。

[1] 江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司.淮河入江水道整治工程萬福閘加固工程施工圖設(shè)計總說明 [R] .江蘇：江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，2011.

[2] 王德俊.自浮式氣壓沉柜子在諫壁閘水下檢修中的應(yīng)用與改進[J].江蘇水利，2009(10).

Discussion on the construction practice of large sluice underwater repair project

WAN Quan, WANG Junqiu, CAI Lingling

(JiangsuJiangduWaterResourcesProjectManagementOffice,Jiangdu225200,China)

Brake plate, expansion joint and stilling basin are key parts of sluice project. Wanfuzha Project was established in 1962. Large flow discharge is frequent, lock chamber underwater structure suffers from high speed water scouring for long term. Damages at different degrees are produced, thereby seriously affecting the safe application of the project. It is determined that self-floating barometric buoy and open steel cofferdam are adopted for underwater repair on damaged parts under anhydrous state in order to ensure flood control safety of the project through scheme comparison. Practice shows that the construction plan can be operated conveniently. It is intuitive and reliable,and the quality can be easily controlled, which can be used as reference for similar projects.

barometric buoy; steel cofferdam; underwater repair

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.11.004

TV66

A

1005-4774(2016)11- 0018- 04