柴埠口水閘病險災害及加固要點分析

張洪杰

（江西省贛撫平原水利工程管理局,江西 南昌 330000）

0 引言

水閘廣泛應用于農(nóng)業(yè)灌溉、防洪排澇、城鎮(zhèn)供水、航運發(fā)電等行業(yè)[1-2]。盡管我國建設了大量水閘發(fā)揮了顯著的工程效益,但受限于建設年代和經(jīng)濟技術條件,很多工程運行多年后均出現(xiàn)了不同程度的病害,突出表現(xiàn)在：結構損壞、防洪能力不足、建筑物老化、閘前淤積及相關設施失效。本文結合柴埠口水閘除險加固工程,分類分項探討水閘存在的病害和采取的加固措施。

1 工程概況

柴埠口水閘位于贛撫平原灌區(qū),是一座以灌溉為主,兼顧發(fā)電、航運等綜合利用的中型水閘,位于進賢縣李渡鎮(zhèn)柴埠口村附近,主要建筑物由進水閘、船閘組成,是撫東堤主要建筑物之一。工程建成以來,為贛撫平原灌區(qū)東總干渠提供農(nóng)業(yè)灌溉用水發(fā)揮了巨大的社會效益。

2 工程病險及加固措施

2.1 進水閘病害及加固要點

進水閘存在的主要問題是：進水閘砼存在老化、裂縫、蜂窩麻面、露石露筋現(xiàn)象；進水閘上部排架裂縫,啟閉梁預埋件銹蝕；進水閘消力池底板已出現(xiàn)縱橫裂縫和下沉現(xiàn)象,消力池深度、底板厚度及海漫長度不滿足要求；進水閘下游兩岸岸坡2010 年汛期出現(xiàn)泡泉滲漏險情,水閘基礎存在滲漏隱患；進水閘啟閉機房建設年代久遠,墻體裂縫,屋面為砼預制板漏水嚴重。

2.1.1 閘室混凝土

由于進水閘閘室砼表面老化碳化較嚴重,為提高進水閘閘墩表面的抗沖磨和抗老化性能,在混凝土表面噴一層2 mm厚的聚脲彈性體抗沖磨材料對老混凝土進行保護,實施后需滿足表1 中參數(shù)指標。

表1 抗沖耐磨型材料特性指標

噴涂聚脲彈性體固化快,10 s凝膠,10 min達到步行強度。復雜曲面不流掛；停工期短,對溫度和水分不敏感,施工時受環(huán)境溫度、濕度影響小。具有優(yōu)越的抗沖磨、防滲和抗腐蝕特性；撕裂強度大于50 kN/m,抗沖磨強度達到C60 硅粉混凝土的10 倍以上,高速水流沖刷無脫落。聚脲彈性體補強由底涂、噴涂聚脲彈性涂料、脂肪族聚氨酯面層組成。

2.1.2 消能防沖設施

現(xiàn)狀消力池長度均滿足要求,但深度及底板厚度不滿足要求,海漫長度不滿足要求?，F(xiàn)狀消力池底板裂縫,損毀嚴重。因此設計對消力池進行拆除重建,池長24.0 m,底板厚0.7 m,池深1.0 m。底板梅花形布置排水孔,孔、排距3 m×3 m。消力池后接15.0 m長的干砌石海漫,干砌石厚300 mm,下設150 mm后的砂礫石墊層。

2.2 閘基滲漏及處理

由于受當時施工技術限制,水閘成墻質量難以保證。高噴防滲墻軸線布置在上游混凝土鋪蓋上,未形成封閉,閘基存在滲漏的可能。且防滲墻左側起于左岸岸坡,右側止于右岸道路,長僅約65 m,根據(jù)地勘資料防滲墻之外仍有中粗砂墻透水層,兩側存在繞滲隱患。同時,防滲墻布置在進水池上游側,當撫河水位較高時,由于防滲墻后為砌石護坡亦存在沿坡面滲透的通道。且防滲墻已使用近30年,故在撫河發(fā)生特大洪水的汛期,進水閘下游兩側岸坡出現(xiàn)泡泉險情,閘基存在滲透問題。

2.2.1 基礎防滲處理方案擬定

根據(jù)《水閘設計規(guī)范》閘基的防滲長度應滿足：

式中：L為閘基防滲長度,m；ΔH為上下游水頭差,m,進水閘在設計洪水工況下,ΔH=11.09 m；C為允許滲徑系數(shù)值,進水閘基礎為中粗砂,C值取7。

根據(jù)式（1）可知,如果采用水平鋪蓋防滲,防滲長度應不小于77.63 m,鋪蓋過長且難以與坡面形成封閉的防滲體系,施工質量難以保證,故不予以考慮。根據(jù)本工程地質條件和目前較成熟且應用較為廣泛的垂直防滲技術,本次加固設計防滲處理采用垂直防滲方案。

2.2.2 處理方案比選

根據(jù)目前成墻技術,成墻工藝有高噴灌漿、射水造墻（射水法造砼防滲墻）、液壓抓斗法等。

由表2 可知,雖然液壓抓斗和射水造墻成墻造價較低,但是由于施工需要一定的施工場地,且防滲墻與建筑物形成封閉的防滲體系需拆除部分建筑物,待防滲墻實施后再對其重建,不但延長工期、增加施工難度,還增加工程投資。同時由于基礎主要為中粗砂,液壓抓斗和射水造墻施工有一定局限性。因此,結合工程地質條件和現(xiàn)場實際情況,從經(jīng)濟技術的角度出發(fā),本階段設計推薦采用高噴灌漿防滲墻方案。

表2 砼防滲墻施工工藝比較表

2.2.3 防滲加固設計

進水閘基礎采用高噴灌漿處理,擺噴,孔距1.2 m。防滲墻起于進水閘左側30 m處的公路,止于進水閘右側管理房圍墻,防滲墻長85 m。進水閘段高噴防滲墻布置在進水池砼底板上,與進水閘形成封閉的防滲體系。高噴灌漿防滲墻深入基巖0.5 m,墻體抗壓強度：R28≥5.0 MPa；墻體滲透系數(shù)：K≤1.0×10-6cm/s。

根據(jù)其他工程措施施工需要,進水閘上游將設施工圍堰,圍堰基礎采用高噴灌漿防滲,下游亦設圍堰。為避免上下游水位差對高噴防滲墻的影響,確保防滲墻質量,閘基礎防滲墻應在圍堰實施之后進行施工,同時施工期應對下游圍堰內充水,確保上下游水位差控制在1.0 m以內。

2.3 船閘病害及加固要點

船閘位于進水閘右側,屬贛撫航道上的通航建筑物,同時兼有抗御撫河洪水任務。目前船閘閘墩及閘室砼老化、蜂窩麻面；啟閉機房建設年代久遠,墻體裂縫,屋面為砼預制板漏水嚴重；人字門啟閉設備陳舊、老化啟閉機房裂縫,漏水；輸水閥門及啟閉設備不能正常工作。

2.3.1 混凝土補強

由于船閘上下閘首表面碳化較深,砼表面老化碳化較嚴重,為提高船閘上下閘首表面的抗沖磨和抗老化性能,在混凝土表面噴一層2 mm厚的聚脲彈性體抗沖磨材料對老混凝土進行保護。

2.3.2 人字鋼閘門、輸水閥啟閉機房

4 座人字鋼閘門啟閉機房以及輸水閥啟閉機房建于20 世紀50 年代,屋面為砼預制板?，F(xiàn)狀墻體裂縫、漏水嚴重,設計對其拆除重建。啟閉機房為磚混結構,房屋高5.1 m,長8.2 m,寬4.2 m。

2.4 安全監(jiān)測設施

柴埠口水閘各建筑物無任何安全監(jiān)測設施,水閘無水情、雨情測報設施,工程管理設施簡陋,不能滿足工程管理需要。本樞紐主要監(jiān)測項目有：沉降及水平位移觀測、水位及流量觀測、揚壓力觀測。

2.4.1 沉降及水平位移觀測

水閘水平位移采用視準線法進行監(jiān)測,進水閘閘墩各上設1 個測點,共8 個測點,在右岸布置一個工作基點和一個校核基點；船閘在上下閘首各閘墩上設1個測點,共4 個測點,在船閘下閘首左岸布置一個工作基點和一個校核基點。合計觀測基點12 個,工作基點2 個,校核基點2 個。進水閘、船閘垂直位移采用精密水準法進行監(jiān)測,各閘墩垂直位移監(jiān)測點與水平位移監(jiān)測點共用。在進水閘閘址上游附近地基穩(wěn)固可靠處,共布設2 個水準基點。

2.4.2 水位及流量觀測

水位觀測：在進水閘右岸閘前設1 個,在下游流量觀測斷面岸邊設1 個；在船閘左岸上閘首閘前設1 個,在下閘首下游流量觀測斷面岸邊設1 個；共計水位觀測點4 個。

3 結語

基于柴埠口水閘各分部分項工程存在的險情,加固方案從混凝土補強、進水閘構件重建更換、閘基防滲、船閘處理及監(jiān)測設施增補等方面完成了水閘整體除險加固設計,方案自始至終貫徹了環(huán)保、節(jié)約及經(jīng)濟等理念,從根本上解決了水閘存在的病險災害,為贛撫平原灌區(qū)發(fā)揮更大的灌溉通航效益奠定了堅實基礎。