基于梁山節(jié)制閘的閘基除險加固設計研究

李桂森 王偉 白玉

摘 要：濟寧市梁山節(jié)制閘是一座以蓄水調水為主兼有防洪、除澇功能的綜合性水利樞紐工程，在防洪除澇和灌溉中發(fā)揮了巨大作用。經(jīng)全面安全鑒定，該節(jié)制閘存在滲漏情況，已產(chǎn)生滲透破壞，影響閘基的穩(wěn)定。本文正是以此為出發(fā)點，通過比較分析，提出了改建閘室底板加固方案，并進行了內力計算和止水設計。

關鍵詞：節(jié)制閘；閘基滲漏；除險加固

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.160

1 工程概況

梁山節(jié)制閘位于濟寧市嘉祥縣紙坊鎮(zhèn)湯山、梁山兩村之間，洙趙新河干流24+038處，屬于淮河流域湖西水系洙趙新河干流上的大型節(jié)制閘。該節(jié)制閘1972年開始施工，1975年建成興利，控制流域面積4206km2，正常運用洪水標準按3年一遇除澇設計，非常運用洪水標準為10年一遇防洪校核，設計流量620m3/s，防洪流量1220m3/s。

梁山節(jié)制閘閘室底板采用6×10m的170#混凝土小底板，每塊下設三根直徑0.8m長17m混凝土井柱樁；閘槽用170#混凝土澆注，槽內安裝花崗巖石滑道，閘孔內安裝3.3×6.3m梁格式鋼絲網(wǎng)鋼筋混凝土平面閘門；砌石閘墩，鋼筋混凝土排架，閘門重9.8t，一啟六繩鼓式啟閉機四臺；閘室前設170#混凝土縱向長10m厚0.5m的上游鋪蓋；下游設縱向長10m深1.0m的消力池，消力池下設15m長的漿砌塊石護坦和5m長的干砌石海漫及縱向長3m深1.4m拋亂石防沖槽；岸墻采用空箱三鉸拱結構，下設6根長17m的混凝土井柱樁基礎。

2 現(xiàn)狀問題

梁山節(jié)制閘經(jīng)過30多年的運行，該閘老化嚴重。依據(jù)水利部頒布的《水閘安全鑒定規(guī)定SL214-98》，對梁山閘進行了全面安全鑒定，發(fā)現(xiàn)該閘閘室底板前緣北向南110-170米段存在集中滲流帶，滲水攜帶泥砂，已產(chǎn)生滲透破壞，影響閘基的穩(wěn)定。該水閘的安全狀態(tài)運用指標已無法達到設計標準，工程存在嚴重的安全問題。

3 閘基滲漏除險加固方案優(yōu)選

根據(jù)工程現(xiàn)狀，初擬采用以下兩種方案：方案一對存在問題的閘基段進行靜壓灌漿處理；方案二改建存在問題的閘室底板，并對閘下流失土體進行回填粘土夯實。

（1）方案一：靜壓灌漿處理。首先采用高壓噴射灌漿技術，在閘室底板區(qū)域外緣構筑具有一定強度、能夠阻止土體側移、限制漿液擴散范圍的地下圍封板墻，隔斷閘基土體與周圍土體的聯(lián)系，然后采用靜壓灌漿法從靠近圍封板墻處開始，順序逐步向閘底板處靠近進行灌漿施工，迫使基礎外圍灌注的漿液向基礎下土層擠入。為避免因施工擾動引起閘室的附加沉降，將圍封板墻設置在距閘底板加固區(qū)域稍遠的安全距離處。

（2）方案二：改建閘室底板。對存在滲流問題的閘室段底板進行拆除改建，并對該段閘室下流失土體進行回填粘土夯實。為避免改建后閘室段仍存在滲流問題，需做好改建底板的止水設計。

（3）方案比選。以上兩方案均可解決閘室滲流問題，但在施工技術要求、現(xiàn)狀施工可行性上存在一定差異，需根據(jù)工程現(xiàn)狀選擇合理的方案。

方案一采用高壓噴射灌漿與靜壓灌漿相結合的方式，灌漿能夠很好的對閘基進行加固，進而解決閘基滲流問題。但現(xiàn)狀存在滲流問題的閘基僅占閘室段的一半，高壓噴射灌漿的封堵范圍不易確定，過大的封堵范圍易造成浪費且增加工程投資，稍小的封堵范圍內有現(xiàn)狀閘室不利于施工；此外高壓噴射灌漿和靜壓灌漿均需首先利用機械在現(xiàn)狀閘室底板上造孔，然后把帶有噴頭的灌漿管下至土層的預定位置進行灌漿，現(xiàn)狀閘室底板為建于40年前的170#鋼筋砼小底板，在其上密布造孔損傷較大，易造成二次破壞，產(chǎn)生新問題。

方案二直接拆除現(xiàn)狀小底板并對閘下流失土體進行回填粘土夯實，該方案亦能解決閘基滲流問題。拆除現(xiàn)狀小底板直接對閘下土體進行回填夯實工程量較大，但施工更加直觀可靠，且對現(xiàn)有完好閘室段沒有不利影響。但需特別注意改建閘室小底板與現(xiàn)狀閘墩基礎間做好止水設計，避免新舊結構間新的滲流隱患。

綜上，鑒于方案一存在二次破壞的可能性，且施工技術復雜，最終確定選用方案二更適用于本閘滲流加固。

4 具體方案設計

（1）閘底板拆除改建設計及內力計算。依據(jù)方案二將閘室段小底板拆除9塊，重建小底板仍采用原駝峰堰形式，采用C25鋼筋砼，小底板寬5.4m，順水流方向長10.00m，堰頂高程33.13m。

底板的受力較為復雜，承受的荷載有自重、水重、滲壓力、浮托力、地基反力等。計算單元順水流方向取單寬米，采用彈性地基梁法（郭氏查表法）進行閘底板的內力計算，計算工況分別為施工完建期、正常運行期、校核運行期。通過計算可知校核運行期閘底板內力最大，最大彎矩Mmax=-140.41kN·m，最大剪力Qmax=-81.48kN。因而閘底板可按校核運行期進行閘底板配筋計算。

（2）閘底板止水設計。在改建小底板與現(xiàn)狀閘墩基礎之間設置一道復合橡膠止水帶、一道遇水膨脹止水條，縫間用聚乙烯泡沫板填充。該止水設計難點是改建小底板為現(xiàn)澆混凝土而現(xiàn)狀閘墩基礎為陳舊混凝土，兩者之間施工工藝不同且所處狀態(tài)各異。

采用現(xiàn)狀閘墩基礎永久縫處開槽、改建小底板分層澆筑、兩者達到相同高程時安裝止水、最后采用聚合物砂漿封閉處理的方案，即施工準備→現(xiàn)狀閘墩永久縫開槽/改建小底板分層澆筑→現(xiàn)狀閘墩槽面清理、修補→止水材料安裝→槽面封閉→切縫，施工中應注意在永久縫處開槽時保護現(xiàn)狀閘墩內置鋼筋。

5 結論

梁山節(jié)制閘經(jīng)過30多年的運行，老化嚴重，閘室底板前緣北向南110-170米段存在集中滲流帶，滲水攜帶泥砂，已產(chǎn)生滲透破壞，影響閘基的穩(wěn)定。本文通過方案比選，提出通過改建閘室底板的方案來進行除險加固，并對閘底板進行了止水設計，避免了閘基發(fā)生進一步的滲漏和滲透變形破壞，增加了閘基的穩(wěn)定性，其經(jīng)驗可供同類工程參考。

參考文獻：

[1]樸哲浩，宋力.我國病險水閘成因及除險加固工程措施[J].水利建設與管理，2011（01）：71-73.

[2]劉燕.泊頭市小園節(jié)制閘除險加固工程設計[J].河北工程技術高等專科學校學報，2013，6（02）：4-7.

[3]李鐵軍，張德寧，付均惠. 德州市大道王節(jié)制閘除險加固設計[J]. 工程建設，2017（01）：17-18.