水閘閘基水下隱患探查及綜合分析

黎周，李靈軍，臧振濤

（1.三門縣水利局，浙江 臺州 317100；2.水利部綜合事業(yè)局，北京 100053；3.杭州水利水電勘測設(shè)計院有限公司，浙江 杭州 310006）

1 工程概況

某水閘建成于1933年。水閘共設(shè)8孔，結(jié)構(gòu)形式為胸墻式平底閘，閘孔總凈寬20 m，原設(shè)計最大流量141m3/s，排澇標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇，是一座集排澇、灌溉、擋潮等功能于一體的中型水閘。

根據(jù)2016 年水閘工程安全評價中工程現(xiàn)狀調(diào)查分析成果，該水閘在長期運行使用過程中，閘室已出現(xiàn)不均勻沉降，工作橋面、啟閉機房墻體出現(xiàn)不同程度的破裂，局部胸墻與邊墩連接處開裂等問題。

2 閘基隱患及分析

2.1 閘底板表面裂縫分析

采用水下攝像技術(shù)對閘底板表面進行缺陷探查，結(jié)果顯示閘底板存在3條貫穿性裂縫，分別位于1#（左岸第一個閘室，裂縫靠右閘墩）、7#（右岸第二個閘室，裂縫靠左閘墩）、8#（右岸第一個閘室，裂縫靠左閘墩）閘室的閘底板。裂縫平面寬度約0.50～3 mm，縱向、豎向均貫穿，即裂縫順?biāo)飨蜇灤┲辽舷掠蔚淖o坦接縫位置、裂縫豎向貫穿整個閘底板結(jié)構(gòu)厚度。裂縫上表面的縫兩側(cè)的混凝土存在小范圍脫落現(xiàn)象，裂縫兩側(cè)高差不明顯。

2.2 閘底板變形縫有效性分析

根據(jù)閘底板表面水下攝像與微創(chuàng)可視鉆芯探查成果，并結(jié)合1955年變形縫鑿除重修的相關(guān)記錄可知：

5#閘室閘底板存在一條豎向的、非階梯狀的設(shè)計變形縫，變形縫離右墩25 cm，縫寬2～3 mm，縫內(nèi)有少量的油毛氈或瀝青填縫料殘留。1955年鑿修重澆的混凝土，澆筑質(zhì)量不高、空隙較多，鉆取的芯樣呈碎塊狀，通過芯樣完整性、外壁光滑程度，定性判斷5#閘室上游底板上部混凝土抗壓強度10～15 MPa，5#閘室下游底板上部混凝土抗壓強度10～25 MPa，整體反映出當(dāng)時“鑿除重澆”質(zhì)量不均勻，且新舊混凝土基本上已經(jīng)脫開；閘底板表面可見的兩條裂縫的水平間距約20 cm，通過鉆芯發(fā)現(xiàn)的裂縫深度約25～30 cm，與當(dāng)年維修記錄基本對應(yīng)，其中左側(cè)裂縫寬0.20～0.70 mm，右側(cè)裂縫寬0.50～2 mm，裂縫兩邊的表面混凝土部分已脫落，裂縫兩側(cè)高差不明顯；平面上，兩條縫均延伸至底板與上下游護坦交界處，從豎向來看，兩條縫已與下部失效了的變形縫上下貫通。

2.3 閘底板結(jié)構(gòu)分層及脫空綜合分析

采用微創(chuàng)可視鉆芯法對水閘1#、4#、8#閘室閘底板內(nèi)部及底部進行探查，典型孔內(nèi)探查圖如圖1所示。

圖1 閘底板隱患微創(chuàng)可視鉆芯孔典型攝像截圖

由微創(chuàng)可視鉆芯探查成果顯示，水閘閘底板自上而下分別為混凝土底板、碎石墊層、原狀地基土?；炷恋装搴穸炔町愝^小，最大厚度為125 cm，最小厚度為120 cm，閘底板內(nèi)部存在孔洞、裂隙等缺陷，鉆取的芯樣外壁及攝像顯示的孔壁表面“較為粗糙”、局部“粗糙”。根據(jù)芯樣完整性、孔壁光滑程度等可以定性判斷閘底板混凝土抗壓強度20～25 MPa，局部部位的芯樣呈碎塊狀且孔壁粗糙、孔洞裂隙較多，抗壓強度10～15 MPa。碎石墊層厚度差異較大，最大厚度為17 cm，最小厚度為6 cm，部分碎石已與上部的閘底板混凝土膠結(jié)；部分探查孔內(nèi)的地基土為流變性大的無法鉆取的淤泥、浮泥，水下攝像期間，孔底易變形，甚至影響清晰攝像，部分探查孔內(nèi)的為淤泥質(zhì)粘土，鉆取時基本成型或勉強成型，在水下攝像期間，孔底基本不變形。

探查成果同時顯示，在1#閘室下游一側(cè)靠近右閘墩處，閘底板與碎石墊層間存在明顯脫空現(xiàn)象，脫空量7cm，其它鉆孔未見明顯脫空，但除部分鉆孔碎石墊層較為密實外，其它鉆孔內(nèi)碎石墊層無密實性好的填充物、碎石墊層有一定程度的松散。由此表明，這些孔的碎石墊層與原狀土未形成像“泥結(jié)石”那樣的密實度高、滲透性低的混合層。

3 閘基滲透隱患綜合分析

采用1#、4#、8#閘室閘底板的微創(chuàng)可視鉆芯孔，在試驗水頭2 m 的情況下，參考《水利水電工程注水試驗規(guī)程》（SL345-2007），開展簡易原位注水試驗，試驗成果如表1。

表1 閘基滲透性現(xiàn)場測試成果表 單位：cm/s

由表1 可知，閘基綜合滲透系數(shù)推算值為10-2～10-3量級。對照微創(chuàng)鉆芯鉆取的閘底板下部的芯樣和孔底水下攝像成果，除部分鉆孔碎石墊層較為密實外，其他鉆孔的碎石墊層并不密實，碎石墊層與原狀土未能形成像“泥結(jié)石”那樣的密實度高、滲透性低的混合層，因此，綜合判斷：水閘閘底板下的碎石墊層與浮泥、淤泥等軟弱土層一起，已形成了一道薄弱的滲透通道。

4 閘墩變形分析

4.1 閘墩墩頂差異沉降分析

由于缺乏原設(shè)計墩頂高程數(shù)據(jù)、原位觀測資料，且水準(zhǔn)基準(zhǔn)點存在下沉現(xiàn)象，故開展各閘墩墩頂?shù)牟町惓两禍y量，相關(guān)成果如表2所示。

表2 水閘閘墩頂部差異沉降量一覽表 單位：cm

由表2可知，上下游閘墩差異沉降呈凸字形，兩側(cè)大、中間小的規(guī)律很明顯，其中左邊墩與中間墩的差異沉降量為最大，達15.52 cm，右閘墩差異沉降量其次，達11.16 cm。

4.2 閘墩傾斜量分析

對水閘閘墩進行傾斜量測，結(jié)果如表3所示。

表3 閘墩傾斜測線成果表 單位：cm

由表3可知，岸側(cè)閘墩傾斜大、中間閘墩傾斜小；左邊墩及1#～4#閘墩向左岸傾斜，傾斜量為2.20～13.61 cm，5#～7#閘墩及右邊墩向右岸傾斜，傾斜量為2.47～11.53 cm，其中，最大傾斜13.61 cm，發(fā)生于左邊墩的上游側(cè)。

5 結(jié)語

通過對水閘閘基進行水下隱患探查分析可知：①在80 多年的運行過程中，1#、7#、8#閘室閘底板分別存在一條不規(guī)則的貫穿縫，縫寬0.50～3 mm；②5#閘室變形縫縫寬2 mm，縫內(nèi)存在瀝青及油毛氈殘渣，變形縫的止水功能已失效；③閘基分為閘底板、碎石墊層、地基土，其中閘底板整體強度為20～25 MPa，底板內(nèi)部存在裂隙、孔洞；碎石墊層部分與上部混凝土底板膠結(jié)，但墊層較為松散，地基土分為浮泥、淤泥及淤泥質(zhì)粘土，碎石墊層與地基土形成一個軟弱層，易發(fā)生滲透現(xiàn)象；④閘墩發(fā)生不均勻沉降，整體呈凸字形，兩側(cè)大、中間小，同時左邊墩及1#～4#閘墩向左岸傾斜，5#～7#閘墩及右邊墩向右岸傾斜。