沿海地區(qū)水閘設(shè)計(jì)有關(guān)問題探討

韓良凱

(丹東市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 丹東 118000)

1 工程概況

新立閘位于東港市大孤山鎮(zhèn)新立屯村東南方向，距新立屯村約1km，橫跨于小洋河河道，東西走向。主要任務(wù)是蓄水、擋潮，將咸淡水域分開。綜合利用水資源、改善小洋河水環(huán)境等方面將起到重要的作用。本閘泄洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為30a一遇，擋潮標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇。

采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，最大過閘流量為296.0m3/s(P=3.3%)，該閘自上游到下游共分為4段，分別為15.0m上游鋪蓋段、14.0m閘室段、24.5m消力池段、27.0m下游海漫段。新立閘共5孔，每孔凈寬5.8m，高5.1m。閘室左右兩側(cè)河灘地采用溢流堰，左右壩體長(zhǎng)度均為106.6m。在河道左側(cè)河灘地修建人行橋，人行橋長(zhǎng)110m。在新立提水站附近修建管理房，管理房面積75m2，內(nèi)含設(shè)備室，控制室，變、配電室。

以東港市新立閘工程為例，探討沿海地區(qū)水閘設(shè)計(jì)中普遍存在的共性問題進(jìn)行分析。①如何解決沿海地區(qū)閘基礎(chǔ)液化、滲漏問題；③如何可以直觀、有效地檢測(cè)閘基處理的效果；③在感潮河段建設(shè)新立閘，如何解決海水侵蝕問題。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)液化，滲漏問題

對(duì)于地基土中的液化土層，設(shè)計(jì)中一般可以采取挖除置換、強(qiáng)力夯實(shí)、樁基礎(chǔ)等常用處理方法。

1)液化土層厚度不大時(shí)，基礎(chǔ)外邊緣每側(cè)外伸加密或換土處理的寬度，≥1倍換填基床厚度，且≥2.0m(換填后頂面應(yīng)力大于地基承載力)。

2)將液化土層全部挖除，置換為砂石或灰土墊層。

3)采用強(qiáng)力夯實(shí)法(如強(qiáng)夯，擠密砂樁，振動(dòng)振沖加密等)，將可液化砂土中的孔隙水排出，提高土的密度，擠密液化砂土，減少沉降量，增加地基承載力，成為不液化地基。對(duì)于加固工程，應(yīng)處理至液化深度以下。

4)對(duì)于較深厚的松軟地基，尤其是上部為松軟土層、下部為硬土層的地基。樁基必須嵌入非液化土層，樁端嵌入碎石土，礫、粗、中砂，堅(jiān)硬黏性土≥0.5m；對(duì)其他非巖石土≥1.0m。

新立閘底板底面高程為-2.10--2.30m來看，閘基以下地層為粉砂、細(xì)砂及圓礫。其中粉砂層較薄，且厚度稍有變化，屬嚴(yán)重液化，不經(jīng)過抗液化處理不宜直接作為天然地基持力層。細(xì)砂層雖然厚度較大，承載力相對(duì)較高，但上部約6m厚中等液化的部分不經(jīng)過抗液化處理也不宜作為天然地基持力層。圓礫層承載力高，若作為天然地基持力層開挖量較大，不經(jīng)濟(jì)。經(jīng)施工、工程投資比較，本工程采用高壓擺噴圍封板墻技術(shù)，沿閘底板四周，設(shè)置擺噴板墻一道，板墻厚0.2m，深度至-15.2m高程(粉細(xì)砂層底部)。設(shè)置高壓擺噴圍封板墻既解決了閘基液化，又解決了防滲。同時(shí)高壓擺噴圍封板墻較常規(guī)的灌注樁基聯(lián)合防滲方案節(jié)省資金30%。同時(shí)降低施工難度，處理效果十分顯著。

2.2 如何對(duì)閘基礎(chǔ)處理效果進(jìn)行檢測(cè)

根據(jù)《水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》對(duì)高壓擺噴灌漿的質(zhì)量檢查可采用圍井檢查法及鉆孔檢查法。以上兩種檢測(cè)方法僅能檢測(cè)高壓灌漿滲透情況及厚度較大和深度較小的高噴墻，不能檢測(cè)出高壓灌漿墻體是否連續(xù)，厚度是否均勻。針對(duì)以上問題，新立閘工程高壓擺噴圍封板墻采用電磁波進(jìn)行地下雷達(dá)掃描方法進(jìn)行地下部分的檢查[1]。

本工程完成地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線共計(jì)5條，同時(shí)用GPS進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地定位。工程區(qū)內(nèi)主要的地質(zhì)體主要為混凝土墻體，墻體外部的黏土，根據(jù)原地質(zhì)部門勘探，由上往下主要巖性為粉砂、細(xì)沙、砂礫。工程量統(tǒng)計(jì)表詳見表1。

表1 工程量統(tǒng)計(jì)表

地質(zhì)雷達(dá)是物探勘察中的一種高精度無損探測(cè)技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)的工作原理是以脈沖形式的高頻寬帶電磁波向地下發(fā)送，電磁波在地下介質(zhì)傳播過程中，當(dāng)遇到存在電性差異的地下目標(biāo)體(或埋藏物)。電磁波發(fā)生反射返回到地面，再由接收天線接收。

根據(jù)電磁波原理，地質(zhì)雷達(dá)對(duì)接收到的電磁波進(jìn)行信號(hào)處理和分析，根據(jù)信號(hào)波形、強(qiáng)度等參數(shù)來推斷地下目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)及幾何形態(tài)，清晰反映地質(zhì)現(xiàn)象，從而達(dá)到對(duì)地下介質(zhì)的探測(cè)。本工程地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)采用GV-100型探地雷達(dá)系統(tǒng)，100M天線，探測(cè)深度可達(dá)15-20m。地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集后，最終得到各測(cè)線的成果圖，見圖1。

新立閘工程中對(duì)高壓擺噴墻采用了圍井試驗(yàn)，同時(shí)還采用較先進(jìn)的地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)進(jìn)行物探，完成地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線5條，給出地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)的結(jié)論，再次驗(yàn)證了本次地基處理的良好成效。通過地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在高壓擺噴墻檢測(cè)中的應(yīng)用情況得出以下幾點(diǎn)：

1)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)法對(duì)高壓擺噴墻進(jìn)行無損探測(cè)具有優(yōu)良的穿透深度，檢測(cè)效率高，檢測(cè)結(jié)果可靠度高，不影響擺噴墻的使用壽命。

2)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)高壓擺噴墻施工中存在的各種病害，將各種病害消滅在萌芽狀態(tài)中，避免造成安全隱患。

圖1 各測(cè)線成果圖

2.3 沿海地區(qū)混凝土侵蝕問題

鹽霧地區(qū)許多混凝土工程都面臨著耐久性不良的嚴(yán)重問題，混凝土侵蝕主要有混凝土碳化、氯離子侵蝕、凍融循環(huán)等。海水侵蝕主要是海水中的氯離子、鎂離子及硫酸根離子與水泥中的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鈣和氫氧化鎂等化合物。由于新形成物不斷析出，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物體積膨脹，混凝土孔隙結(jié)構(gòu)遭到內(nèi)應(yīng)力破壞，混凝土強(qiáng)度降低，從而造成混凝土構(gòu)件內(nèi)部出現(xiàn)裂縫并不斷擴(kuò)展，鋼筋銹蝕，甚至剝落[2]。

新立閘位于鹽霧地區(qū)，該閘主要任務(wù)是蓄水、擋潮，將海水淡水分開。本次設(shè)計(jì)選用普通硅酸鹽水泥的同時(shí)，采用了防腐硅烷浸漬劑對(duì)閘墩、基礎(chǔ)及鋼筋混凝土閘門進(jìn)行涂抹。以達(dá)到提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

硅烷浸漬劑化學(xué)名稱是異丁基三乙氧基硅烷液體，為無色透明液體。可用于配制防水產(chǎn)品。小分子結(jié)構(gòu)可穿透混凝土表面，滲透到混凝土內(nèi)部與暴露在酸性或堿性環(huán)境中的空氣及基底中的水分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成防水層，抑制水分進(jìn)入到基底中。產(chǎn)生防水、防氯離子、抗紫外線的性能且具有透氣性。可有效防止基材因滲水、日照、酸雨和海水的侵蝕而對(duì)混凝土及內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)的腐蝕、疏松、剝落、霉變而引發(fā)的病變，提高建筑物的使用壽命。經(jīng)保護(hù)的基材具有良好的斥水性，并保留原有的外觀。堿性環(huán)境如澆注不久的混凝土，會(huì)刺激該反應(yīng)并加速斥水層的形成。提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐鹽堿性、抗凍融性、防水性等特性，延長(zhǎng)鋼筋混凝土壽命。同時(shí)該產(chǎn)品還具有以下特點(diǎn)：①優(yōu)異的滲透深度，能滲透到混凝土表面下3-4mm深度；②<0.2mm的裂縫自動(dòng)愈合；③防水層不會(huì)因結(jié)構(gòu)表面磨損而失去整體防水能力，且防水層具有自我修復(fù)能力；④涂膜的憎水性使液態(tài)水在坡面和立面上難以停留，基材內(nèi)部的水分子很容易向外散逸，使涂膜下的基材保持自然的干濕平衡，而不會(huì)造成像全封閉涂膜那樣濕氣無法散出而引起鼓泡或表層脫皮。⑤本品屬易燃品，固化后會(huì)釋放出微量乙醇，應(yīng)注意安全預(yù)防措施，不要暴露在空氣中，儲(chǔ)存和使用本時(shí)品，要注意通風(fēng)，遠(yuǎn)離火花、熱源、明火。

3 結(jié) 語

針對(duì)沿海地區(qū)水閘設(shè)計(jì)和研究，文章以東港市新立閘工程為例，對(duì)閘基礎(chǔ)液化、滲漏問題；檢測(cè)閘基處理的效果；海水侵蝕3個(gè)方面進(jìn)行了分析，從施工、工程投資、工程管理等方面進(jìn)行了比選，克服了諸多設(shè)計(jì)難題。得出了設(shè)計(jì)方案。在現(xiàn)如今科學(xué)技術(shù)和施工工藝不斷完善的基礎(chǔ)上，其建設(shè)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量得到了顯著提高。

新立閘修建后，使上游河水不受海水的污染，增加灌溉面積，改善閘址上游水環(huán)境。結(jié)合小洋河堤防綠化，構(gòu)成小洋河一道靚麗的碧水綠化帶。