淺談老閘加固改造工程質(zhì)量控制措施和安全性驗(yàn)算

郭 輝

一、概述

經(jīng)過(guò)幾十年運(yùn)行，隨著水情與工情的變化，水工建筑物使用功能逐步降低。一些水工建筑物原主體結(jié)構(gòu)仍滿(mǎn)足安全性要求，如閘底板部分閘墻及翼墻稍加維修仍可利用。若拆除后原址重建，不僅增加了投資成本，而且對(duì)原基礎(chǔ)會(huì)產(chǎn)生破壞，因此對(duì)于這種類(lèi)型的水工建筑物可采用除險(xiǎn)加固的方法來(lái)提高工程的安全性和穩(wěn)定性。山東省濟(jì)寧市近年來(lái)對(duì)運(yùn)行35年以上老閘進(jìn)行了安全性論證，對(duì)部分老閘實(shí)施了改造和加固，使老閘換新顏，使用功能更加豐富，社會(huì)效益更加顯著。

二、加固改造實(shí)施的必要性與主要內(nèi)容

據(jù)統(tǒng)計(jì)，濟(jì)寧市部分水工建筑物經(jīng)過(guò)40年左右時(shí)間的運(yùn)行，混凝土表面碳化嚴(yán)重，碳化深度一般達(dá)8～10mm；閘門(mén)銹蝕嚴(yán)重，水封老化漏水；隨著水情與工情不斷發(fā)生變化，一些供水工程實(shí)施后，正常水位普遍抬高，原有消能設(shè)施功能降低；同時(shí)上下游段河床沖刷嚴(yán)重，公路橋狹窄，與兩側(cè)道路缺乏銜接，影響了地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。因此老舊水工建筑物加固改造勢(shì)在必行。

老閘改造項(xiàng)目的主要內(nèi)容為：增加消力池長(zhǎng)度，一般在原有消力池基礎(chǔ)上接長(zhǎng)10～20m；重建下游海漫及防沖槽；閘身及涵洞洞身進(jìn)行防碳化處理；拆除重建門(mén)槽部位的閘墩、胸墻、工作橋和檢修便橋；更換鋼閘門(mén)和啟閉機(jī)；擴(kuò)建公路橋，閘身兩側(cè)路堤墻及橋頭接線(xiàn)重建；對(duì)上下游河道進(jìn)行清淤，增長(zhǎng)兩側(cè)護(hù)砌；更換通訊和電氣設(shè)備等。

通過(guò)老閘改造加固，可極大提升原有水工建筑物安全性和功能性。保留了原閘底板閘墻和洞身，使過(guò)水更通暢，流水形態(tài)更有序。相對(duì)于重建，老閘加固改造可避免基礎(chǔ)開(kāi)挖及處理方面的安全性問(wèn)題；同時(shí)加固改造可節(jié)約大量成本，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。

三、施工流程控制措施

老閘加固工程不同于新閘的建設(shè)，施工流程要遵循先地下、后地上、先重后輕的建筑施工程序，同時(shí)要優(yōu)先考慮原有構(gòu)件的拆除帶來(lái)的施工危險(xiǎn)源，進(jìn)行防范和處理，危險(xiǎn)消除后，再開(kāi)展正常施工。

（一）上下游攔河壩的填筑

上下游圍堰施工效果直接關(guān)系到整個(gè)施工期的安全，對(duì)如期完成工程建設(shè)至關(guān)重要。攔河壩是在老河道中填筑，由于上下游河床淤積嚴(yán)重，一般在壩址上懸浮的淤泥上筑壩，有一定的風(fēng)險(xiǎn)，要經(jīng)歷填料—塌陷—加填—壩身傾覆的過(guò)程。某工程沉陷深度達(dá)到2m 左右，尤其筑壩合攏后，隨著閘內(nèi)外水位差加大，且處于懸浮壩基的攔河壩水平位移明顯，最大位移近2m，此時(shí)也帶動(dòng)垂直位移的產(chǎn)生，甚至?xí)l(fā)生隨閘內(nèi)水位抽降，壩基淤泥隨水位滑動(dòng)，造成壩身潰壩的危險(xiǎn)。對(duì)此應(yīng)根據(jù)不同情況，提出針對(duì)性的加固與放慢抽降水方法解決。

（二）對(duì)閘底板以下?lián)P壓力的控制

老閘加固期間來(lái)自于閘底板以下?lián)P壓力，即滲壓與上浮力作用，都會(huì)對(duì)施工造成麻煩，上下游水位差（大于5m 以上），滲壓力較大。應(yīng)依據(jù)水情與土質(zhì)參數(shù)進(jìn)行水力計(jì)算，布置降壓井；同時(shí)要根據(jù)原設(shè)計(jì)要求防止揚(yáng)壓力對(duì)閘底板產(chǎn)生反彈，要進(jìn)行壓載處理，具體壓載重量應(yīng)根據(jù)揚(yáng)壓力值來(lái)確定，并合理均勻布置在閘底板上。

（三）植筋施工

老閘加固工程構(gòu)件是通過(guò)植筋方法連接成整體結(jié)構(gòu)的?？茖W(xué)合理的施工工藝極為重要，應(yīng)確保滿(mǎn)足鋼筋安裝的設(shè)計(jì)意圖和要求組織實(shí)施。某水閘加固工程需對(duì)公路橋▽38m 以上部位的交通橋墩墻（框架）、排架部位、▽38m 至▽30.5m 底板間的工作閘門(mén)槽、檢修門(mén)槽進(jìn)行植筋，植筋固化材料質(zhì)量與孔深鋼筋插入深度是關(guān)鍵因素，要嚴(yán)格按照洗孔、清孔、插入鋼筋的工藝流程施工。該項(xiàng)目植筋共約8990 根，首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)植筋施工試驗(yàn)，拉拔后確定鋼筋插入深度，配筋Φ18、Φ20、Φ22 得出鉆孔深度分別為30cm、32cm、32cm，統(tǒng)一采用32cm 作為鋼筋插入深度。植筋24h 后進(jìn)行拉拔檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)其拉拔值均達(dá)到150kN/m2＞110～130kN/m2（設(shè)計(jì)值），效果較為顯著。

（四）防碳化處理

某老閘閘身碳化嚴(yán)重，最大碳化深度為10mm左右。通過(guò)試驗(yàn)采用打磨、沖洗、晾干、批膩、人工細(xì)磨、表層封閉的施工流程。封閉材料采用環(huán)氧樹(shù)脂（50%）+固化劑（50%）進(jìn)行配制，封閉噴刷前做好底層面的處理，噴刷2～3 遍，封閉面不得有明顯脫落現(xiàn)象；面層色彩、均勻性等符合技術(shù)控制要求，局部段出現(xiàn)的色彩不一、表層脫落等問(wèn)題進(jìn)行返工直至達(dá)標(biāo)，確保整個(gè)碳化處理效果。

（五）腳手架支撐和模板安裝

老閘加固涉及到高支模方案的編制和落實(shí)。某水閘加固項(xiàng)目施工中，僅對(duì)墩墻門(mén)槽部位鑿除，其余保留。▽41m 至▽30.5m 搭設(shè)滿(mǎn)堂腳手架，腳手架懸高10.5m，門(mén)槽部位用立桿支撐，根據(jù)不同的部位，分幾次澆筑混凝土，鑿除混凝土與保留構(gòu)件混凝土之間的連接，既要鑿除多余部分，又要保留混凝土結(jié)構(gòu)的完整性，不得產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性擾動(dòng)破壞。設(shè)置對(duì)銷(xiāo)螺絲的，采用組合式Φ16 螺桿，水閘空間最大懸高19.5m。經(jīng)檢查，成形的門(mén)槽（采用灌漿料）周邊新老混凝土結(jié)合較好，施工腳手架支撐堅(jiān)固，模板及支點(diǎn)安裝合理，保證了整個(gè)施工過(guò)程未出現(xiàn)跑模、炸模情況，結(jié)構(gòu)內(nèi)外質(zhì)量均符合設(shè)計(jì)要求。

（六）鋼閘門(mén)的制安

鋼閘門(mén)制安是老閘加固改造中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，某個(gè)工程共8 扇鋼閘門(mén)，其中7 扇長(zhǎng)度為8.05m，1 扇（通航孔）9.02m，寬度為6.7m。由于在廠里進(jìn)行生產(chǎn)制作和噴鋅，超長(zhǎng)運(yùn)輸有一定的困難，故分兩節(jié)運(yùn)輸至工地拼裝、吊裝。閘門(mén)到工地拼裝，很好地解決了平整、焊接（翻身）等復(fù)雜技術(shù)難題，保證了閘門(mén)的安裝質(zhì)量。

四、老閘加固改造工程安全性驗(yàn)算

（一）穩(wěn)定驗(yàn)算

KC=fG/P＞[KC]=1.05

土圍堰自重：G=ρV

迎水面水平水壓力：P=1/2×H2×ρ水

（二）降排水驗(yàn)算

降排水關(guān)系到老閘加固改造工程的成敗。當(dāng)水閘處于完建期時(shí)，有部分閘上下游水位達(dá)到5m 以上，形成滲透壓力較大，從上游到下游，左右兩岸側(cè)向滲透壓力，涌向閘塘，處理不好無(wú)法施工，正常釆用水力計(jì)算進(jìn)行確定。計(jì)算公式：

Q=1.366K（2H-S）S/（lgR-lgr）

式中：

Q—系統(tǒng)涌水量（m3/d）；

K—含水層的滲透系數(shù)（m/d）；

H—含水層的厚度（m）；

S—地下水降低值（m）；

r—井點(diǎn)假想半徑（m）。

每一眼井排水容量：q=65πdLK1/3

q—每一眼井的排水容量（m3/d）；

d—降水井濾管半徑；

L—濾水高度（m）；

K—含水層的滲透系數(shù)（m/d）。

井管最少數(shù)量：n=1.1Q/q

井點(diǎn)平均間距：D=L/n，其中L 為總管長(zhǎng)度；n 為井點(diǎn)管數(shù)量。

（三）高支模的驗(yàn)算

老閘加固改造項(xiàng)目，懸高位置一般從閘底板到啟閉機(jī)房底部，高度可達(dá)20m 左右，腳手架可能不在一條直線(xiàn)上，因此要根據(jù)高空作業(yè)的要求，編制高支模方案。驗(yàn)算腳手架整體穩(wěn)定性，結(jié)合進(jìn)場(chǎng)材料確定相關(guān)參數(shù)，推求允許高度，允許高度應(yīng)大于實(shí)際高度，方可確認(rèn)為安全。岸墻與翼墻等混凝土構(gòu)件在懸高情況下澆筑，由于產(chǎn)生對(duì)模板的側(cè)壓力，模板型號(hào)、強(qiáng)度應(yīng)滿(mǎn)足要求，可通過(guò)驗(yàn)算取得基本數(shù)據(jù)。涉及到安全性的驗(yàn)算內(nèi)容：（1）腳手架搭設(shè)高度計(jì)算；（2）混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力計(jì)算及模板拉桿產(chǎn)生的側(cè)向壓力，選擇滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求的拉桿螺栓是確保整體施工安全的關(guān)鍵；（3）由于滿(mǎn)堂腳手高度較高，要對(duì)啟閉機(jī)房及公路橋頂面承重部分進(jìn)行驗(yàn)算；（4）立桿作為承載支架的關(guān)鍵要素，應(yīng)滿(mǎn)足施工要求，故必須對(duì)立桿剛度、強(qiáng)度穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算。

五、結(jié)束語(yǔ)

老閘改造加固工程項(xiàng)目可提高原閘安全性，解決運(yùn)行過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題，節(jié)約社會(huì)資源，減少工程投資。本文介紹了老閘加固改造的必要性和主要內(nèi)容，分析了施工流程控制措施，并詳細(xì)論述了穩(wěn)定性、降排水、高支模等安全性驗(yàn)算過(guò)程，可為水利工程老閘加固改造提供一定參考■