病險水閘成因及其對應加固方式研究

□（遼寧省凌源市水利局）

病險水閘成因及其對應加固方式研究

□張 楊（遼寧省凌源市水利局）

針對病險水閘成因及加固，首先提出閘室破壞、地基破壞、消能防沖設施損壞、閘門與啟閉系統(tǒng)損壞、混凝土表面劣化等典型的病害種類及其產生原因，在此基礎上提出混凝土結構檢測、基礎檢測、閘門與啟閉設施檢測等水閘安全檢測方式，并總結不同水閘病害對應的水閘加固方式，為水閘病害綜合防治，提升水閘運行安全性、耐久性提供可靠依據。

病險水閘；病害種類；病害成因；安全檢測；加固方式

0 引言

水閘在防洪除澇、農業(yè)生產灌溉、發(fā)電、供水、旅游等方面有重要作用，是最為基礎的水利設施。然而，由于受到歷史因素、技術條件等的影響，很多工程的設計標準較低，并且后期運管水平很低，對水閘運行安全性、可靠性與耐久性等造成嚴重影響。文章對水閘病害種類、病害成因、安全性檢測、加固方式等進行分析研究。

1 水閘病害種類與產生原因

1.1 閘室破壞

閘室破壞分為兩種形式，整體位移與局部變形，體現(xiàn)為結構位移超標、混凝土結構開裂、結構縫增大等，這些體現(xiàn)形式間一般存在關聯(lián)性［1］。

結構位移超標產生原因為：結構超載；長期承受不均勻荷載；地基設計施工不規(guī)范，導致地基承載能力欠缺；地基變形；混凝土強度減弱?；炷两Y構開裂與結構縫增大屬于典型的局部變形問題，產生原因為：整體位移較大；溫度開裂；干縮開裂；銹蝕開裂；施工裂縫。

1.2 地基破壞

水閘滲流有兩種形式，閘下滲流與側向滲流。滲流造成的變形是水閘結構破壞主要表現(xiàn)形式，有管涌、接觸式破壞與流土3種基本形式。

水閘滲流破壞產生原因為：設計標準低，現(xiàn)有水閘為盡力滿足功能需求，大幅提升水位差；防滲流工程措施喪失功效；排水反濾工程措施喪失功效；存在威脅結構自身整體性的工程裂縫；地基土存在缺陷。

1.3 消能防沖設施損壞

消能防沖設施損壞原因為：設計標準低，水閘運行中，河道水力變化，導致在役消能防沖設施無法滿足實際要求；水閘設計不合理，設施構建不全面；基礎薄弱；水閘運管水平較低，尤其是開啟方法缺乏合理性，容易產生不良流態(tài)，對下游側設施造成破壞；人為破壞。

1.4 閘門與啟閉系統(tǒng)損壞

閘門與啟閉系統(tǒng)損壞原因為：面板和梁出現(xiàn)變形或剝落；止水橡膠老化嚴重；閘門及其內部構件銹蝕。通常，閘門損壞大多是在過水情況下發(fā)生的，尤其是在一些較大的水力條件之下，閘門會產生較大振動，造成失穩(wěn)。振動作用下的閘門破壞機理十分復雜，當前對于該問題的研究還處在探索階段，但總體上講主要由不平穩(wěn)動水作用造成。

啟閉系統(tǒng)損壞原因為：對于螺桿啟閉機，在閉門過程中由于閘門受阻、強行頂壓等問題，螺桿被壓彎，系統(tǒng)啟閉力較低，大幅增加閘門阻力，導致銅螺母牙遭到嚴重磨損；對于卷揚啟閉機，由于啟閉機兩側松緊程度相差較大，使得兩側的拉力不相等，在開啟時容易造成卡阻問題。

1.5 混凝土表面劣化

1.5.1 碳化與鋼筋銹蝕

混凝土的碳化過程較為復雜，主要是CO2和堿性材料間的反應?；炷猎谔蓟院髸蠓档推鋲A度，損壞鋼筋外表面鈍化膜，使鋼筋產生一系列電化學腐蝕問題，使得鋼筋銹蝕。另外一種造成鋼筋銹蝕現(xiàn)象的原因為外界氯離子進入混凝土內，對鈍化膜造成破壞，在失去鈍化膜保護的位置形成銹蝕［2］。

1.5.2 剝蝕損壞

耐久性較差是產生剝蝕損失主要內在原因。而外在原因為：外界水凍融；過流位沖磨和空蝕；鋼筋銹蝕；水質侵蝕。

2 水閘安全性檢測

2.1 混凝土結構檢測

2.1.1 混凝土表面剝蝕檢測

重點檢測混凝土表面是否存在疏松層，繪制剝蝕簡圖，運用目測等方法對剝蝕現(xiàn)象實施檢測與分析。

2.1.2 混凝土強度檢測

包括回彈法、射釘法與超聲回彈綜合法等。為提升檢測水平，在確保工程運行安全的基礎上，經常在已完成無損檢測的位置實施局部破壞檢測。

2.1.3 裂縫性狀檢測

對裂縫寬、長、深、產生部位、滲出物等進行檢測。對于深層裂縫而言，主要使用射線法與超聲波法。

2.1.4 碳化與鋼筋銹蝕檢測

重點檢測碳化深度、鋼筋銹蝕程度與外表面保護層厚度。

2.1.5 結構縫檢測

檢測相鄰兩結構之間是否存在錯動、開合。

2.2 基礎檢測

2.2.1 外觀檢測

檢測內容為：是否存在擠壓變形、松動和錯動；結構和基礎的結合位置是否存在錯動與開裂；建筑兩邊岸坡是否存在裂縫與滑坡；排水設施實際滲透量；消能防沖是否存在沖刷與剝蝕，尾水渠上是否存在淤積［3］。

2.2.2 沉降觀測

檢測內容為：沉降變形構造、設施考證；設施實際完好率；積累沉降；平均沉降觀測；不均勻沉降觀測。

2.2.3 地基土觀測

主要為基本的物理力學指標檢測與地基承載能力試驗。

2.3 閘門與啟閉設施檢測

檢測內容為：閘門的外觀、變形、銹蝕與損傷。針對鋼制閘門與啟閉機，在檢測過程中應嚴格按照《水工鋼閘門和啟閉機安全檢測技術規(guī)程》的要求；對于混凝土閘門而言，除了要進行構件裂縫檢測，還要對各個零部件實際銹損水平等進行綜合評價［4］。

3 病險水閘加固方式

3.1 結構變形處理

3.1.1 閘室糾偏

可采取應力接觸的方法進行糾偏，原理為：在沉降偏小側設置鉆孔排，有計劃和次序的在孔中掏挖軟泥，以此使地基的應力能在局部區(qū)間以內得到全面解除，促進軟土向該側位移，提升沉降量，起到糾偏作用。

3.1.2 裂縫處理

處理裂縫時，不僅要關注防水性及耐久性的恢復，還要綜合經濟性與美觀性。裂縫修補方法有很多種，比如：灌漿、表面覆蓋與鑿槽填充等。

3.2 地基滲漏處理

地基滲漏的處理原則為有效降低滲透坡降，提升基礎抗?jié)B坡降，確保坡降滿足安全要求。基礎滲漏修復：對沉陷縫止水進行修復；對下游排水進行修復；適當延長上游側防滲鋪蓋；采取灌漿法對閘基進行全面加固。側向滲漏修復：閘背填土的開挖與回填；延長刺墻；修復垂直止水；采用灌漿法進行綜合處理。

3.3 消能防沖設施損壞處理

在消防防沖設施出現(xiàn)損壞后，應采取非工程與工程措施相結合方式進行處理。其中，非工程措施是指提升運管水平，選定最佳運行方式。若產生破壞的根本原因為水力條件變化，則需對設施進行改造，提升消能工程完善性。處理時，考慮到土工合成材料自身具有相對較好的反濾性，所以可在反濾層中使用，取代以往使用的砂礫料，可很好處理由于砂礫料級配問題帶來的影響。

3.4 閘門與啟閉系統(tǒng)損壞處理

由于以往設計、技術水平較低，現(xiàn)有大部分閘門均為鋼混結構閘門，經過多年使用，已經出現(xiàn)老化現(xiàn)象。在經濟條件支持情況下，加固時應考慮全面使用鋼制閘門。對于具有較高重要性的閘門，由于未設置檢修專用閘槽，在出現(xiàn)損壞以后，將造成嚴重后果?；诖耍槍Υ祟愃l，應先切割出一條工作閘槽，以絕后患。改造啟閉系統(tǒng)的過程中，應同時改造供電與控制線路，完善各種輔助設施的基本功能，提升系統(tǒng)自動化水平。

3.5 混凝土表面劣化處理

3.5.1 碳化與鋼筋銹蝕處理

針對碳化問題，根據碳化實際深度與部位，采取相應的處理方式。通常情況下，先去除碳化部分，清理混凝土表面，再使用高于設計標號的混凝土實施修補；如果外部鋼筋存在銹蝕，應先除銹再處理，對于銹蝕嚴重的部分，應進行換筋處理。此外還要注意，無論使用哪一種碳化處理方法，都要同時采取防碳化措施，比如：針對使用常規(guī)混凝土的修補方式，可配合使用環(huán)氧厚漿涂料進行封閉［5］。

3.5.2 剝蝕損壞處理

先清洗原剝蝕面，然后使用特定材料修補。在選取適宜修補材料過程中，應結合產生剝蝕問題的主要原因，使用對應的材料。比如：由凍融問題造成的剝蝕，應使用具備一定抗凍能力的聚合物砂漿完成修補。

4 總結

水閘病害是威脅水閘安全的主要因素，因此，水閘對應的安全性評價需要嚴格建立在現(xiàn)狀分析和安全檢測前提下。就目前來看，安全性評價主要依靠專家經驗，相應的評價體系還有待于完善和優(yōu)化。

［1］劉永，李巖，馬飛.德州市病險水閘除險加固措施及效益［J］.山東水利，2013，10（2）：33-34.

［2］宋兵偉，陳遠奇，賀清錄等.遼寧省大中型病險水閘現(xiàn)狀及其成因分析［J］.現(xiàn)代農業(yè)科技，2014，11（8）：260-261.

［3］任旭華，劉麗.水閘病害分析及其防治加固措施［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2013，12（6）：49-52.

［4］李娜，何鮮峰，張斌等.水閘除險加固管理工作信息管理系統(tǒng)的設計［J］.人民黃河，2014，10（4）：93-94.

［5］周習軍，張小會，趙健倉.病險水庫險情地質因素及勘察［J］.水利水電快報，2014，10（20）：29-32.

TV698.22

A

1673-8853（2017）01-0055-02

2016-11-14

（編輯：符蕾）

張楊（1980-），女，工程師，主要從事水利水電工作。