船閘安全狀態(tài)評(píng)估與加固技術(shù)探討

謝先坤

（上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200061）

1 概述

內(nèi)河航運(yùn)以其運(yùn)量大、成本低及污染小的優(yōu)勢(shì)在基礎(chǔ)設(shè)施中發(fā)揮了其它運(yùn)輸方式不可替代的作用。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，內(nèi)河航運(yùn)發(fā)揮越來(lái)越大作用，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，上海內(nèi)河運(yùn)量占社會(huì)總運(yùn)量的1/4，其中建材運(yùn)量占城市建材運(yùn)量的4/5 以上。為滿足工程建設(shè)、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品及生活用品運(yùn)輸需要，大多數(shù)航道都超設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行。超標(biāo)準(zhǔn)船只的通行一方面由于船只尺寸增大，閘首、閘室及引航道富裕寬度小，增加了船只與鋼筋混凝土墻碰撞的頻率；另一方面，船舶噸級(jí)加大，船只與兩岸鋼筋混凝土墻之間的碰撞力較原設(shè)計(jì)加大。

船只首先將護(hù)舷等凸出閘室墻面建筑物碰損，然后船只直接碰撞閘室鋼筋混凝土墻面，撞擊力超過(guò)混凝土局部受壓承載力，導(dǎo)致鋼筋混凝土墻體表面混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂、破碎及露筋現(xiàn)象，特別是在閘室位置的墻頂及豎向分縫處等邊角部，由于船只撞擊時(shí)，其局部受壓面積較小，局部壓應(yīng)力更大，受損現(xiàn)象更為普遍。閘室相鄰段受力差異大，擋墻分縫處止水帶拉裂。船只碰撞閘首門槽，導(dǎo)致門槽彎曲變形。

墻體表面混凝土的破碎脫落：一方面使墻體的抗彎剛度和結(jié)構(gòu)承載力降低，抵抗外荷載能力減弱；另一方面混凝土保護(hù)層厚度減小甚至鋼筋出露，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，進(jìn)一步導(dǎo)致混凝土脹裂剝落。墻體表面裂縫的存在，一方面導(dǎo)致鋼筋直接與空氣接觸，加速鋼筋銹蝕，影響其安全性和耐久性；另一方面，裂縫降低了墻體的整體性。墻段之間止水帶的拉裂，導(dǎo)致墻后土體流失，影響工程的安全。門槽彎曲變形，使閘門啟閉運(yùn)行不靈活，止水不嚴(yán)，漏水現(xiàn)象嚴(yán)重，影響船閘正常運(yùn)行。

為避免損壞部分對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響和防止船只進(jìn)一步撞壞鋼筋混凝土墻體，危及工程的安全，船閘工程需定期進(jìn)行安全鑒定評(píng)估，根據(jù)鑒定評(píng)估成果采取措施進(jìn)行維修加固。

目前，對(duì)船閘安全評(píng)估及加固研究鮮見(jiàn)，本文在總結(jié)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)船閘安全評(píng)估內(nèi)容與方法及船閘加固技術(shù)進(jìn)行探討，為類似工程提供借鑒。

2 船閘安全狀態(tài)評(píng)估

船閘安全狀態(tài)鑒定評(píng)估通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)、工程復(fù)核計(jì)算、安全評(píng)價(jià)等形成安全鑒定報(bào)告。

2.1 現(xiàn)狀調(diào)查分析

船閘工程現(xiàn)狀調(diào)查分析的內(nèi)容包括技術(shù)資料收集、工程現(xiàn)狀全面檢查和對(duì)工程存在問(wèn)題進(jìn)行初步分析。

收集的資料主要包括船閘設(shè)計(jì)資料、施工資料及運(yùn)行管理資料。設(shè)計(jì)資料主要有船閘的設(shè)計(jì)文件及圖紙、工程地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告等，對(duì)設(shè)計(jì)水文資料、地質(zhì)條件進(jìn)行分析。施工資料主要有施工技術(shù)總結(jié)、工程質(zhì)量檢測(cè)、觀測(cè)設(shè)施及觀測(cè)數(shù)據(jù)資料等，分析工程施工期間遇到的問(wèn)題及設(shè)計(jì)變更情況，施工質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求。運(yùn)行管理資料主要包括管理規(guī)章制度、運(yùn)行操作規(guī)程、日常與定期檢查維修情況及相關(guān)觀測(cè)資料，分析船閘是否按設(shè)計(jì)工況運(yùn)行。

工程現(xiàn)狀全面檢查主要包括船閘通航情況、土建結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電現(xiàn)狀外觀情況。調(diào)查船閘現(xiàn)狀通航情況，分析通航船只噸位及年均通航量是否超過(guò)設(shè)計(jì)通航能力及超設(shè)計(jì)程度，分析超負(fù)荷通航對(duì)工程的影響。對(duì)船閘內(nèi)外河引航道、閘室、內(nèi)外閘首及內(nèi)外河護(hù)岸的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損壞情況、裂縫分布狀況、鋼筋銹脹、止水分縫拉裂及沉降錯(cuò)位情況進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，對(duì)水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，檢查內(nèi)外河沖刷情況。金屬結(jié)構(gòu)檢查主要為鋼閘門與機(jī)電設(shè)備的保養(yǎng)情況，閘門表面是否有銹跡、支撐機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的靈活性、啟閉設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)準(zhǔn)確性，啟掉鋼絲是否滿足強(qiáng)度要求。機(jī)電設(shè)備檢查為照明與顯示設(shè)備是否正常，各種開(kāi)關(guān)、繼電保護(hù)裝置是否清潔、觸點(diǎn)是否良好、接頭是否牢固、各主令控制器及限位裝置定位是否準(zhǔn)確，電氣接地、導(dǎo)線絕緣、變壓器及發(fā)電機(jī)是否合格。

根據(jù)前述的資料收集及現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行初步分析，提出需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)和工程復(fù)核計(jì)算的項(xiàng)目。

2.2 現(xiàn)狀安全檢測(cè)

船閘現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)的項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)工程情況、管理運(yùn)營(yíng)中存在的問(wèn)題及具體條件等因素綜合研究確定。一般包括地基土、填料的基本工程性質(zhì)，防滲、導(dǎo)滲和消能防沖設(shè)施的有效性和完整性，混凝土結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量，混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形和耐久性，閘門、啟閉機(jī)的安全性，電氣設(shè)備的安全性等。

船閘閘首地基滲流異?；蜻^(guò)閘水流流態(tài)異常的，應(yīng)重點(diǎn)檢測(cè)水下部位有無(wú)止水失效、結(jié)構(gòu)斷裂、基土流失、河道沖坑和岸墻護(hù)坡塌陷等異?，F(xiàn)象。閘室或岸墻翼墻發(fā)生異常沉降傾斜滑移等情況除應(yīng)檢測(cè)水下部位結(jié)構(gòu)外還應(yīng)檢測(cè)地基土和填料土的基本工程性質(zhì)指標(biāo)。

混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)應(yīng)包括：主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件或有防滲要求的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)破壞結(jié)構(gòu)整體性或影響工程安全運(yùn)用的裂縫，應(yīng)檢測(cè)裂縫的分布寬度長(zhǎng)度和深度，必要時(shí)應(yīng)檢測(cè)鋼筋的銹蝕程度分析裂縫產(chǎn)生的原因；對(duì)承重結(jié)構(gòu)荷載超過(guò)原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)而產(chǎn)生明顯變形的，應(yīng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形值；對(duì)主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面發(fā)生銹脹裂縫或剝蝕磨損保護(hù)層破壞較嚴(yán)重的，應(yīng)檢測(cè)鋼筋的銹蝕程度，必要時(shí)應(yīng)檢測(cè)混凝土的碳化深度和鋼筋保護(hù)層厚度；結(jié)構(gòu)因受侵蝕性介質(zhì)作用而發(fā)生腐蝕的應(yīng)測(cè)定侵蝕性介質(zhì)的成分含量檢測(cè)結(jié)構(gòu)的腐蝕程度。

通過(guò)照相、目測(cè)及量測(cè)等手段，檢查閘門的外觀形態(tài)與閘門的銹蝕情況，采用超聲測(cè)厚儀對(duì)閘門面板、主梁、邊梁、次梁及桁架等構(gòu)建進(jìn)行蝕余厚度檢測(cè)，并進(jìn)行銹蝕頻數(shù)統(tǒng)計(jì)，分析閘門的銹蝕速率是否在正常范圍內(nèi)。檢查啟閉機(jī)涂層的完好性，電氣及傳動(dòng)設(shè)備磨損、變形情況，鋼絲繩是否有斷痕、彎折、擠壓、變形局部增大、局部減少及變扁等現(xiàn)象，齒輪磨損及硬度情況，卷筒表面及輪緣有無(wú)損傷裂縫。通過(guò)對(duì)電機(jī)測(cè)量絕緣電阻，判斷有無(wú)局部貫穿性缺陷、絕緣老化和受潮現(xiàn)象。

2.3 工程復(fù)核計(jì)算

船閘復(fù)核計(jì)算應(yīng)以最新的規(guī)劃數(shù)據(jù)、檢查觀測(cè)資料和安全檢測(cè)成果為主要依據(jù)，因規(guī)劃數(shù)據(jù)的改變而影響安全運(yùn)行的，應(yīng)區(qū)別不同情況進(jìn)行閘室岸墻和翼墻的整體穩(wěn)定性、抗?jié)B穩(wěn)定性、消能防沖或結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等復(fù)核計(jì)算，船閘結(jié)構(gòu)因荷載標(biāo)準(zhǔn)的提高而影響工程安全的應(yīng)復(fù)核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形，閘室或岸墻翼墻發(fā)生異常沉降傾斜滑移應(yīng)以新測(cè)定的地基土和填料土的基本工程性質(zhì)指標(biāo)核算閘室或岸墻翼墻的穩(wěn)定性與地基整體穩(wěn)定性，閘室或岸墻翼墻的地基出現(xiàn)異常滲流應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B穩(wěn)定性驗(yàn)算。需要限制裂縫寬度的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，出現(xiàn)超過(guò)允許值的裂縫應(yīng)復(fù)核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和裂縫寬度；需要控制變形值的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，出現(xiàn)超過(guò)允許值的變形應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形驗(yàn)算；對(duì)主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生銹脹裂縫或表面剝蝕磨損而導(dǎo)致鋼筋保護(hù)層破壞和鋼筋銹蝕的，應(yīng)按實(shí)際截面進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度復(fù)核。閘門應(yīng)對(duì)面板、梁體技啟閉力進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核。

2.4 安全評(píng)價(jià)

總體安全性評(píng)估主要考慮船閘通航能力、結(jié)構(gòu)完好程度、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與強(qiáng)度、防洪標(biāo)準(zhǔn)、抗沖能力及抗?jié)B穩(wěn)定性等方面內(nèi)容，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)報(bào)告及復(fù)核計(jì)算報(bào)告，分析運(yùn)用指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的程度，將船閘評(píng)定分為四類。根據(jù)鑒定成果提出合理措施。

3 船閘加固技術(shù)

對(duì)于評(píng)定為一類、二類閘及三類閘的分別應(yīng)進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)護(hù)、大修加固及除險(xiǎn)加固才能滿足設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行。船閘加固主要包括結(jié)構(gòu)破損加固、止水帶拉裂處理、防撞加固及閘門啟閉維修等。

3.1 混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)

（1）混凝土破損缺陷修復(fù)

對(duì)于混凝土缺失較深面積較大以及鋼筋出露部位采用細(xì)石混凝土修補(bǔ)，其強(qiáng)度較原設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高一級(jí)，對(duì)于混凝土缺失淺面積小的部位采用聚合物水泥砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。加固前，應(yīng)對(duì)混凝土表面鑿毛，并露出混凝土堅(jiān)硬部分，清除表面的松散層、附著物、油污、污垢及灰塵等，裸露的鋼筋應(yīng)除銹，并涂一層環(huán)氧漿液，在尚未固化前再壓抹修補(bǔ)材料。

（2）混凝土裂縫修補(bǔ)

根據(jù)裂縫的寬度和深度分為兩類：一是未超標(biāo)裂縫，即裂縫的寬度不超過(guò)規(guī)范允許值且裂縫深度不超過(guò)保護(hù)層的厚度；二是超標(biāo)裂縫，即裂縫的寬度超過(guò)規(guī)范允許值或裂縫深度超過(guò)保護(hù)層的厚度。

對(duì)未超標(biāo)裂縫按保護(hù)性修補(bǔ)要求處理，即對(duì)其用環(huán)氧樹(shù)脂水泥砂漿進(jìn)行保護(hù)性修補(bǔ)，嵌入裂縫中。首先用鋼絲刷子將混凝土表面打毛，清除表面附著物，用水沖洗干凈后充分干燥，然后用樹(shù)脂充填混凝土表面的氣孔，再用修補(bǔ)材料涂覆表面。

對(duì)于超標(biāo)裂縫，擬對(duì)其進(jìn)行壓力灌漿修補(bǔ)，灌漿漿液采用雙酚A 型環(huán)氧樹(shù)脂。修補(bǔ)工序如下：裂縫清理-試漏-配制注漿液-壓力注漿-二次注漿-清理表面。

為達(dá)到加固效果，應(yīng)清除混凝土裂縫表面的松散物和縫內(nèi)異物；注漿材料應(yīng)按試驗(yàn)確定的配比，準(zhǔn)確稱量各組材料，攪拌均勻，漿液隨配隨用；灌漿順序，垂直縫應(yīng)自下而上，水平縫應(yīng)自一端向另一端逐一進(jìn)行。灌漿的壓力應(yīng)由地下水的壓力或縫隙的阻力大小確定。

3.2 分縫處止水帶拉裂加固

分縫處止水帶拉裂，容易造成墻后土體流失，主要有兩種修補(bǔ)加固方案：（1）將墻后土體挖除，在縫內(nèi)塞遇水膨脹止水條，并在分縫處的墻后鋪設(shè)一層土工布，然后采用強(qiáng)度較高的粘土回填；（2）將墻后土體加固，一般采取劈裂注漿法，并在迎水側(cè)縫內(nèi)塞遇水膨脹止水條。

劈裂注漿順序由外向內(nèi)，注漿漿液采用水泥-水玻璃漿液，采用425#普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.7～1.0。水玻璃模數(shù)為3.0，摻入量為水泥用量的0.5～3%。漿液注入率為20%左右。注漿壓力為0.2～0.5MPa 左右，注漿流量控制在 7～10l/min。

3.3 側(cè)墻防撞加固

由于超大船只超頻率船只通行，如采用鋼護(hù)舷加固，一方面減少航道凈寬，另一方面鋼護(hù)弦容易被船只撞擊脫落，故一般在兩側(cè)的墻體貼強(qiáng)度高、剛度大的鋼板加固，船只碰撞直接作用在鋼板上，經(jīng)鋼板再傳遞到鋼筋混凝土墻體，通過(guò)鋼板的緩沖和擴(kuò)散作用，大大減少了作用在鋼筋混凝土墻體上的局部應(yīng)力，避免兩岸墻體混凝土損壞。鋼板加固效果關(guān)鍵在于鋼板與混凝土的連接。通常的鋼板與混凝土連接有粘結(jié)連接和螺栓連接方法。

粘結(jié)連接法是在被粘結(jié)的混凝土表面鑿毛清污后，采用膠粘劑涂抹在鋼材或混凝土被粘面上，然后將鋼板準(zhǔn)確地粘貼到混凝土表面上。螺栓連接法是首先在鋼板預(yù)留螺孔，混凝土墻體相應(yīng)位置上鉆孔，將鋼板緊貼在混凝土表面，然后在兩者之間采用螺栓錨固連接。普通螺栓與混凝土墻體之間有較大的縫隙，在受到船只的反復(fù)撞擊后容易松動(dòng)，導(dǎo)致鋼板固定失效，故一般采用特制液壓膨脹螺栓或化學(xué)螺栓固定鋼板。為保證墻體表面的平整，螺栓采用沉孔式結(jié)構(gòu)，由預(yù)制沉杯連接螺栓與鋼板，避免了螺栓凸出鋼板表面影響通航。為減少鋼板與混凝土之間的空隙，增加鋼板與混凝土墻體之間整體性，鋼板固定后，用速凝耐壓膠將鋼板四周與混凝土之間縫隙密封，待密封膠干硬后，用機(jī)械方法，從預(yù)留槽孔將灌注型粘鋼膠慢慢壓入鋼板與混凝土之間，使鋼板與混凝土之間牢固粘結(jié)為一體。

3.4 閘門及啟閉設(shè)備的維修

閘門及啟閉設(shè)備根據(jù)檢測(cè)情況進(jìn)行更換和維修養(yǎng)護(hù)：船閘閘門主要對(duì)止水橡皮進(jìn)行調(diào)整或更換，對(duì)活動(dòng)門槽局部變形彎曲進(jìn)行校正或更換。對(duì)閘門銹蝕部位進(jìn)行局部防腐處理，局部除銹達(dá)Sa2.5 級(jí)后涂環(huán)氧富鋅底漆80μm，環(huán)氧云鐵中間漆100μm，氯化橡膠面漆80μm。對(duì)啟閉機(jī)的大小齒輪更換，新的啟閉機(jī)大小齒輪的各項(xiàng)技術(shù)要求必須滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，內(nèi)河航運(yùn)量大大增加，超負(fù)荷超大船只對(duì)船閘碰撞作用遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，造成船閘墻體混凝土破損、鋼筋出露、裂縫出現(xiàn)、止水帶拉裂、啟閉設(shè)備磨損及機(jī)電設(shè)備老化，很多船閘存在安全隱患。為確保船閘運(yùn)行安全，須對(duì)船閘進(jìn)行安全狀態(tài)鑒定評(píng)估，對(duì)于不符合運(yùn)行要求的船閘需進(jìn)行維修或除險(xiǎn)加固。本文在相關(guān)工程鑒定評(píng)估及加固設(shè)計(jì)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為類似工程提供借鑒。