三堡一線船閘大修水工設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

李曉燕 張公略

摘 要：針對(duì)三堡一線船閘在長期超負(fù)荷運(yùn)行情況下出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)安全隱患問題，主要采取了漿砌塊石結(jié)構(gòu)閘室系船鉤更換技術(shù)、漿砌石靠船墻綜合結(jié)構(gòu)加固技術(shù)和粉土地基條件下變位翼墻多措施的綜合處理技術(shù)等多項(xiàng)具有創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)技術(shù)，合理有效地解決了船舶大型化超負(fù)荷運(yùn)行船閘水工結(jié)構(gòu)安全隱患問題，可為類似船閘大修及相似工程修復(fù)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵技術(shù);水工設(shè)計(jì);船閘大修

中圖分類號(hào)：U641? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）03-0071-03

1 工程概況

三堡船閘位于杭州市東南四季青鎮(zhèn)三堡村，是京杭運(yùn)河與錢塘江溝通的樞紐工程，目前建有一線與二線船閘。其中一線船閘為五級(jí)（300t）船閘，閘室尺度為160×12×2.5m，設(shè)計(jì)年通過能力為300萬t，于1989年2月正式投入營運(yùn)。一線船閘自建成至今已經(jīng)接近30年，曾經(jīng)于1999-2000年進(jìn)行過一次大修，也實(shí)施過多次小規(guī)模的改造工程，船閘目前運(yùn)行基本正常，但距離上一次大修也已經(jīng)超過15年，且船閘始終處在超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。除了船閘的常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)外，大的檢修（特別是水下部分）無法進(jìn)行，閘、閥門啟閉機(jī)械已經(jīng)遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)壽命，經(jīng)檢測(cè)，部分鋼結(jié)構(gòu)銹蝕較嚴(yán)重，上閘首工作閘門其承載能力已經(jīng)不滿足安全使用的要求;由于船舶大型化明顯，船閘主體及引航道的水工建筑物均出現(xiàn)不同程度的破損情況，2000年大修時(shí)增建的引航道靠船建筑物出現(xiàn)了局部坍塌，給船閘結(jié)構(gòu)和運(yùn)營帶來了一定的安全隱患，結(jié)構(gòu)耐久性大大降低，迫切需要進(jìn)行大修，以恢復(fù)和部分提高船閘的設(shè)計(jì)狀態(tài)，滿足船舶的安全、高效過閘要求。

2 船閘現(xiàn)狀分析

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)踏勘，一線船閘主體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)現(xiàn)異常的位移和沉降情況，閘室局部位置在泄水過程中發(fā)現(xiàn)有漏水情況，閘首和閘室內(nèi)壁混凝土及漿砌石表面磨損嚴(yán)重，局部粗骨料外露，閘室內(nèi)系船和防撞設(shè)施損毀嚴(yán)重。上游引航道導(dǎo)航靠船建筑物未發(fā)現(xiàn)異常的位移和沉降情況，主要為混凝土表面磨損和碰撞破壞，東側(cè)圓弧段翼墻與直線段翼墻連接處頂端砌石勾縫脫落，有明顯松動(dòng)痕跡，墻頂砼壓頂開裂。下游引航道東側(cè)靠船墻出現(xiàn)局部坍塌，其它導(dǎo)航靠船墻未發(fā)現(xiàn)異常的位移和沉降情況，主要為混凝土表面磨損和碰撞破壞。具體見圖1～圖4。

3 水工設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

本項(xiàng)目依據(jù)檢測(cè)報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)踏勘和業(yè)主協(xié)調(diào)會(huì)相關(guān)要求，按照規(guī)范技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，其總體設(shè)計(jì)原則如下：

（1）通過船閘大修工程的實(shí)施，恢復(fù)和部分提高原船閘的設(shè)計(jì)狀態(tài)，船閘的規(guī)模、等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)保持不變，設(shè)計(jì)水位及組合維持原設(shè)計(jì)。拆除重建的閥門、附屬設(shè)施應(yīng)滿足目前實(shí)際過閘船舶的使用要求，按照1000噸級(jí)船舶進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）充分考慮大修工程的工期要求，根據(jù)檢測(cè)評(píng)估報(bào)告、歷史大修情況、船閘改造情況、運(yùn)行使用情況及檢修養(yǎng)護(hù)情況，綜合確定大修的內(nèi)容，重點(diǎn)對(duì)影響結(jié)構(gòu)安全和不滿足目前的船舶高效過閘使用要求的工程內(nèi)容進(jìn)行改造。對(duì)于水下部分，待閘室及引航道抽水形成干地條件后，進(jìn)一步確認(rèn)水下大修內(nèi)容。

（3）選擇合理可行的施工方案，加強(qiáng)施工期間現(xiàn)有建筑物的位移沉降觀測(cè)工作，確保施工安全。

（4）加強(qiáng)施工組織設(shè)計(jì)，合理安排施工順序，盡可能減少大修的停航時(shí)間，最大限度地降低對(duì)航運(yùn)企業(yè)和社會(huì)的影響。

（5）合理采用新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備。

其中，為了恢復(fù)和提高結(jié)構(gòu)及使用安全性，水工建筑物的大修內(nèi)容如下：

（1）對(duì)下游引航道東側(cè)坍塌的漿砌塊石靠船墻進(jìn)行加固修復(fù)。

（2）根據(jù)引航道抽水位的導(dǎo)航靠船墻前沿的實(shí)際淘刷情況，確定墻體是否采取加固及墻前的垂直及水平防護(hù)措施。

（3）船閘閘室內(nèi)壁部分系船鉤更換。

（4）對(duì)導(dǎo)航靠船墻墻體的松動(dòng)、破損部位，局部坍塌的護(hù)坡、護(hù)面結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)。

（5）對(duì)粉土地基條件下變位翼墻進(jìn)行多措施的綜合處理。

3.1? 漿砌石靠船墻綜合結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

該問題主要發(fā)生在下游引航道東側(cè)靠船墻，因船舶大型化，在長期超負(fù)荷運(yùn)營下，墻體前趾受水流及船行波影響，被逐步掏空后發(fā)生墻體失穩(wěn)造成塌陷，坍塌段長約140m。

針對(duì)該問題，設(shè)計(jì)中首先考慮圍堰圍護(hù)進(jìn)行干地加固，但是該段墻體后側(cè)即為引水涵洞，該涵洞不能停止引排水，且引水箱涵底部透水，圍堰圍護(hù)后航道水位僅能降至2.0m左右，須采取水上施工;同時(shí)還需確保墻后箱涵安全穩(wěn)定，加固后墻體的抗掏刷能力及抗墻后粉土的流失能力應(yīng)得到提高。

為此，對(duì)該段墻體采取了如下結(jié)構(gòu)加固技術(shù)：①墻前打設(shè)鋼板樁;②拆除漿砌石擋墻2.0m高程以上墻體;③下部新墻體及上部新墻體的底板澆筑;④2.0m以下部分墻體及墻后灌漿加固;⑤C25砼重新澆筑上部墻體，前沿2.5m高程以上40cm砌筑MU30的漿砌石，砌筑砂漿為M15。整個(gè)施工過程中應(yīng)加強(qiáng)箱涵及圍堰滲水監(jiān)測(cè)，圍堰滲水出現(xiàn)渾濁應(yīng)立即采取反壓反濾措施。墻頂高程維持現(xiàn)有高程，墻頂設(shè)置50kN系船柱，墻前設(shè)置輪胎護(hù)舷，結(jié)構(gòu)分段長度14m，共分為10段。具體見圖5。

加固后，經(jīng)觀測(cè)，墻體處理安全穩(wěn)定，總體表現(xiàn)良好，在多種受限條件并存的情況下，實(shí)現(xiàn)了該段墻體的成功加固。

3.2? 漿砌塊石結(jié)構(gòu)閘室系船鉤更換技術(shù)

三堡一線船閘閘室墻體為漿砌石結(jié)構(gòu)，系船鉤僅通過較小的系船塊體嵌入墻體，由于長期超載、超負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致閘室內(nèi)大量系船鉤缺失和損壞，考慮到文保需要，修復(fù)后墻體結(jié)構(gòu)不能發(fā)生較大變化，因此采用原位更換加固的方案，但因系纜力要求增大，需確保系船鉤錨固牢靠，從而對(duì)系船鉤補(bǔ)設(shè)方案進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)技術(shù)為：采用系船鉤斗式鋼底座，用來增強(qiáng)錨固力，并防止鉤體斷裂后飛出傷人。底座上設(shè)置系船鉤錨固螺栓，通過螺紋通孔用螺栓連接系船鉤。

具體技術(shù)方案如下：①局部鑿除原系船結(jié)構(gòu)混凝土預(yù)制塊，并清理老混凝土界面;②考慮漿砌石錨固力不足，每個(gè)底座后側(cè)采用9根化學(xué)錨栓錨固在墻體上;③安裝斗式鋼底座，底座與化學(xué)錨栓之間采用穿孔塞焊固定;④沿斗式底座頂部灌填高強(qiáng)環(huán)氧樹脂膠;⑤漿砌塊石墻身內(nèi)的系船鉤通過中間鉆孔進(jìn)行壓力灌漿，壓力不小于0.6MPa;⑥安裝系船鉤。如圖6所示。

按照上述技術(shù)方法，三堡一線船閘成功更換了閘室系船鉤，運(yùn)行使用情況良好。

3.3? 粉土地基條件下變位翼墻多措施的綜合處理技術(shù)

船閘大修期間，下游東側(cè)翼墻排水后發(fā)生突變，產(chǎn)生了較大的位移和沉降，分析其原因主要是墻底粉土流失，在較大的墻頂荷載作用下，引起墻體傾斜。該問題為突發(fā)問題，須及時(shí)處理，但是因下游引航道水位僅能降至2.0m左右，須采取水上施工。另外，墻體加固時(shí)，須確保閘首安全穩(wěn)定。

針對(duì)該問題，采用以下綜合加固措施：①先行開挖墻后填土進(jìn)行卸荷;②拆除發(fā)生傾斜的部分上部墻體;③采用高壓旋噴樁加固處理地基，要求加固后的高壓旋噴樁抗壓強(qiáng)度不小于2.5MPa;④對(duì)于保留墻體采用灌漿處理，建議采用自上而下灌漿法，灌漿壓力為0.4MPa，同時(shí)也對(duì)墻后填土進(jìn)行灌漿處理，減小土壓力;⑤采用C25砼重新澆筑上部墻體，墻后回填碎石等材料，減小土壓力，同時(shí)加強(qiáng)墻后反濾;⑥墻前砌筑MU30的漿砌石，砌筑砂漿為M15，以保持外觀的統(tǒng)一。如圖7所示。

經(jīng)上述綜合措施處理后，墻體安全穩(wěn)定。經(jīng)檢測(cè)，粉土中高壓旋噴樁抗壓強(qiáng)度均大于5.0MPa。

4 結(jié)語

水工建筑大修具有工程內(nèi)容多，工程量小，實(shí)施修復(fù)技術(shù)難度大，對(duì)施工要求高等特點(diǎn)。本文詳細(xì)介紹了三堡一線船閘大修水工設(shè)計(jì)的靠船墻修復(fù)、系船鉤更換及翼墻修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)。2018年4月三堡一線船閘按照上述方案完成了船閘大修任務(wù)并通航，實(shí)踐證明該水工關(guān)鍵技術(shù)在保證施工安全的前提下，恢復(fù)和部分提高了原船閘的設(shè)計(jì)狀態(tài)，滿足了船舶的安全、高效過閘要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司.杭州三堡一線船閘大修工程方案設(shè)計(jì)[R]. 2017.

[2] 浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司.三堡船閘工程水工結(jié)構(gòu)物檢測(cè)報(bào)告[R]. 2017.

[3] 浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司.杭州三堡船閘閘門及啟閉機(jī)安全檢測(cè)及評(píng)價(jià)報(bào)告[R]. 2017.

[4] 船閘檢修技術(shù)規(guī)程. JTS 320-3-2013.

[5] 公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范. JTG/T. J23-2008.