棗莊市病險水閘現(xiàn)狀及除險加固探討

史仁朋

(棗莊市水利勘測設(shè)計院 277800)

棗莊市現(xiàn)有水閘390余座，其中，大型水閘19座，中型水閘48座，小(2)型以上水閘320余座。上述水閘多建于20世紀五六十年代，多年來為棗莊市的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮了巨大的作用。經(jīng)過多年的運行，水閘工程設(shè)施普遍存在老化和損壞，嚴重影響工程的安全和經(jīng)濟效益的發(fā)揮，大型病險水閘直接威脅下游人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。棗莊市自2009年2月開始對大中型水閘進行了全面的安全鑒定和加固處理。筆者是棗莊市水閘安全鑒定和加固的總設(shè)計負責(zé)人，下面從病險水閘現(xiàn)狀、成因和解決的對策等作些剖析，以供同行借鑒。

1 病險水閘現(xiàn)狀

棗莊市現(xiàn)有大中型水閘67座，其中，一類水閘9座(多為近幾年新建)，二類水閘12座，三類水閘13座，四類水閘33座，也就是說68%以上的水閘都是帶病運行。這些水閘對棗莊市的河道防洪、排澇、供水、灌溉和航運等發(fā)揮了極其重要的作用。但大部分水閘修建于“大躍進”、“學(xué)大寨”及“文化大革命”等特殊歷史年代，受當時社會經(jīng)濟和技術(shù)條件等限制，多數(shù)工程設(shè)計標準較低、施工質(zhì)量差，有很多是“三邊”工程，同時建成后運行管理制度不完善，工程正常維修養(yǎng)護經(jīng)費無正常投入渠道，更新改造、除險加固費用投入不足，在運行過程中逐漸產(chǎn)生老化病害，年久失修，帶病運行，不僅不能發(fā)揮水閘興利除害的功能，反而威脅著當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，甚至產(chǎn)生嚴重的安全隱患。根據(jù)調(diào)查和檢測的情況來看，棗莊市病險水閘存的比較普遍問題主要如下:

地基不均勻沉降，造成閘室結(jié)構(gòu)變形(垂直和水平)破壞，閘室沉降、管涌、流土、止水和排水設(shè)施失效。水閘下游消力池、海漫、防沖槽及護坡等防沖設(shè)施水毀嚴重。邊墩兩側(cè)刺墻斷裂或無刺墻，造成閘室澆滲，個別銜接段出現(xiàn)塌坑，威脅邊墩和堤壩的安全。閘門門板表層剝落、門體變形、焊縫開裂或鉚釘松動，止水橡皮老化破損或缺失;鋼閘門滾輪轉(zhuǎn)動不靈。閘室、排架、胸墻、工作橋、交通橋梁板及上下游翼墻等混凝土構(gòu)件裂縫、碳化、凍融剝蝕、鋼筋銹蝕，強度等級降低，止水損壞、漏水。卷揚式或螺桿式啟閉機鋼絲繩斷絲、銹蝕、接頭變形;機械運轉(zhuǎn)異常、制動失靈或有雜音;保護裝置缺損，螺桿彎曲變形。輸配電系統(tǒng)設(shè)施陳舊老化，接頭不牢，設(shè)備多為淘汰落后產(chǎn)品，備用發(fā)動機損壞或無備用電源;防雷設(shè)施不健全。水閘上、下游河道寬度與水閘標準不配套，大大降低了河道的行洪能力。大部分水閘觀測設(shè)施缺損，測壓管堵塞，基準點損壞或松動，不少水閘連最基本的沉降位移標點和測壓管都沒有。許多水閘啟閉機房、管理房破舊，漏水嚴重，部分水閘甚至沒有管理房。

以上現(xiàn)狀是棗莊市病險水閘的主要癥狀，亟待進行除險加固。

2 病險水閘主要成因

經(jīng)分析，棗莊市病險水閘成因往往是諸多因素綜合作用的結(jié)果，但總體來看，主要有以下幾方面的成因。

2.1 設(shè)計因素

限于建設(shè)時的歷史條件和建設(shè)管理程序不完善，加之受當時經(jīng)濟實力所限，致使很多建筑物混凝土和砂漿強度偏低，設(shè)計標準低，富余量少。許多工程設(shè)計的前期工作做得不細，甚至邊設(shè)計邊施工，缺乏必要的地質(zhì)勘探資料，導(dǎo)致地基基礎(chǔ)承載力不足，沉降不均勻或過大。以前的水閘大多采用勃萊法或萊因法擬設(shè)閘基防滲長度，這兩種方法精度均較差，再加上滲徑系數(shù)c值估計偏小，造成防滲長度L偏小、滲徑短，滲流坡降J大于允許滲流坡降［J］，致使?jié)B透破壞。另外在設(shè)計中側(cè)向未設(shè)置防滲刺墻，在高水位差工況下，發(fā)生閘側(cè)澆滲，引起邊墩兩側(cè)出現(xiàn)滲流通道。下游消能防沖設(shè)施長度和厚度不足，海漫末端未設(shè)置防沖槽，導(dǎo)致下游海漫及兩岸護坡水毀嚴重。柴油發(fā)電機配套容量太小或無備用電源，非常情況下利用自發(fā)電啟閉困難或無法啟閉;在啟閉機設(shè)計中，閘門自身重量、水壓產(chǎn)生的摩阻力考慮不足，造成啟閉困難。設(shè)計水閘時的氣象、水文資料少，系列短，致使計算的設(shè)計洪水偏小，防洪標準不夠。觀測設(shè)施布設(shè)不合理、不健全，無防護裝置，甚至沒有觀測設(shè)施。

2.2 施工因素

由于20世紀五六十年代建設(shè)的水閘大部分清基不徹底，地基處理方法(墊層法)比較單一，在施工過程中回填土的質(zhì)量和壓實度達不到設(shè)計要求，且存在局部厚度和承載力不均的現(xiàn)象，造成水閘產(chǎn)生不均勻沉降?；炷僚浜媳冗x配不當、施工時攪拌不均勻、振搗不密實，混凝土強度等級達不到設(shè)計要求。閘門鋼材材質(zhì)或混凝土強度、安裝尺寸、焊縫質(zhì)量、預(yù)埋件埋設(shè)和表面防腐處理達不到設(shè)計和規(guī)范要求，閘槽偏差大，螺桿中心與門板吊耳中心有偏差，引起閘門在啟閉時發(fā)生卡阻。下游海漫和防沖槽內(nèi)的石料粒徑偏小，下游水毀嚴重;排水孔反濾層施工質(zhì)量差或未設(shè)置反濾層，起不到反濾的作用，造成閘室揚壓力過大，消力池也因壓力過大而破壞。水閘兩側(cè)回填黏土成分不均或填土未嚴格分層夯實，壓實度和回填土質(zhì)量達不到規(guī)范要求，導(dǎo)致側(cè)向滲徑不足，引起側(cè)向澆滲。啟閉機和電氣設(shè)備制造和安裝質(zhì)量達不到相關(guān)要求，降低了其使用壽命。

2.3 運行管理因素

閘門操作不規(guī)范、開閘速度過快、多孔閘門啟閉時順序不對等等，引起遠離式水躍、集中水流及折沖水流、旋渦、回流等異?，F(xiàn)象，造成消力池、海漫及下游河岸的嚴重沖刷。啟閉機操作不規(guī)范，電機、軸承、滾輪、鋼絲繩、儀表和避雷器未按規(guī)定定期維修保養(yǎng)和校核，自備電源發(fā)電機未正常維護檢修，變壓器超負荷運行;啟閉時超過預(yù)定位置將螺桿壓彎、機架橋頂裂。由于多數(shù)大中型水閘都設(shè)有交通橋，雖然在設(shè)計中對交通橋的荷載作了限制(一般按生產(chǎn)橋標準)，但往往發(fā)生超載現(xiàn)象，導(dǎo)致水閘沉降加劇及不均勻沉降。水閘兩側(cè)翼墻邊上堆放重物加劇了其抗滑、抗傾及結(jié)構(gòu)破壞，水閘上下游亂開挖(采砂)等，造成上下游翼墻、護坡及護底損壞。

3 解決問題的對策

近年來，黨中央和國務(wù)院非常重視水利工作，加大了水利基礎(chǔ)設(shè)施的投資力度，依據(jù)水利部辦規(guī)計［2009］85號文精神，對大中型水閘要進行全面的安全鑒定，根據(jù)鑒定結(jié)論，確定加固內(nèi)容。棗莊水利部門抓住國家加大病險水閘除險加固的歷史機遇，積極主動爭取上級有關(guān)部門支持，多方籌集資金，對棗莊市所有大中型病險水閘一次性進行了安全鑒定，繼而分批分期進行加固處理。自2010年以來，山東省水利廳分期下達對棗莊市安全鑒定結(jié)論為三、四類病險水閘的除險加固任務(wù)，截至目前，已按期完成省水利廳下達的任務(wù)。棗莊市在病險水閘除險加固設(shè)計中主要采取了以下措施。

3.1 地基處理

地基處理的方法有墊層法、強夯法、振動水沖法、樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、深層攪拌樁、灌漿法、高壓噴射注漿(高噴樁)法及糾偏，這些方法均適用于拆除重建或移位改建水閘的地基處理，但對于加固地基只能用后三種方法。其中灌漿法有水泥灌漿法、粘土灌漿法和化學(xué)灌漿法;高壓噴射注漿有單管法、二管法、三管法及多管法;糾偏法有打孔掏土法、壓重法、錨桿靜壓樁法。棗莊市在基礎(chǔ)處理過程中對變形較小的采用打孔掏土法，該法利用土體的可壓縮性，在水閘沉降較小一側(cè)打孔，土體受壓縮后，促使沉降較小的一側(cè)沉降量增大，達到糾偏的效果。對變形稍大的采用錨桿靜壓樁糾偏，該法在基礎(chǔ)混凝土上鉆孔，并在鉆孔周圍混凝土上打設(shè)錨桿，通過錨桿提供的反力，將預(yù)制混凝土樁或鋼管樁從基礎(chǔ)預(yù)開孔洞中壓入地基，并將結(jié)構(gòu)頂升至同一高程;在糾偏加固中，頂升應(yīng)結(jié)合灌漿施工同時進行，以提高頂升后閘室地基的抗?jié)B能力。錨桿靜壓樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土和人工填土等地基土上的糾偏。

3.2 滲漏及防沖處理

對于水閘上游混凝土鋪蓋出現(xiàn)裂縫而導(dǎo)致的滲漏則采用混凝土裂縫修補的方法加固;如果由于其他原因?qū)е禄炷翉姸取⒖節(jié)B等性能不滿足要求，則應(yīng)對其拆除重建或補強加固或作防滲處理。對于底板與鋪蓋或鋪蓋之間水平止水破壞的可重設(shè)水平止水。對于本身滲徑長度不夠的，可以接長鋪蓋或在鋪蓋前打鋼筋混凝土防滲板樁。當發(fā)生側(cè)向繞滲時，可挖除墻背回填土，增設(shè)混凝土、漿砌石或塑性的粘土刺墻，然后回填粘土分層夯料;如果滲水發(fā)生在邊墩與翼墻的連接處，則說明原垂直止水已破壞，需重新做垂直止水。水閘下游消力池、海漫及兩岸護坡的水毀是最常見的問題。對于消力池設(shè)計不滿足要求的，可以采取增設(shè)置消力坎的措施處理，降低流速，減小沖刷。

3.3 混凝土碳化及裂縫處理

混凝土碳化后，鈍化膜被破壞造成鋼筋銹蝕，可采用表面封閉法或混凝土再堿化法進行防護。混凝土再堿化法是在混凝土表面涂刷堿性電解質(zhì)溶液，并通過在鋼筋及混凝土表面的電極輸入外加電流，提高混凝土內(nèi)部液體的堿性，使混凝土保持其保護鋼筋能力的方法。混凝土裂縫處理可在表面(迎水面)粘貼防水卷材或纖維復(fù)合材料，表面嵌填止水條或復(fù)合砂漿;深層裂縫可利用自壓力式注膠器通過埋設(shè)灌漿嘴進行裂縫化學(xué)灌漿。對于大面積復(fù)雜表面的涂層處理可采用聚脲彈性體技術(shù)，它是在聚氨酯反應(yīng)注射成型技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，結(jié)合了聚脲樹脂的反應(yīng)特性和反應(yīng)注射成型技術(shù)的快速混合、快速成型的特點，目前已經(jīng)在水利水電工程各類防滲涂層施工中得到應(yīng)用。

3.4 閘門漏水及啟閉系統(tǒng)故障處理

閘門的漏水一般由門板破損、止水橡皮老化及門槽的損壞引起，對于混凝土閘門門板的局部破損可采用高強度的混凝土修補，大面積損壞和止水橡皮老化的情況則進行更換。啟閉系統(tǒng)的故障主要為輸配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機、傳動系統(tǒng)等的故障。由于很多機電設(shè)備都已到了報廢年限，設(shè)備已是過時淘汰的產(chǎn)品，效率很低，安全性、可靠性非常差，對于這些設(shè)施最好的處理辦法就是更換。

4 結(jié)語

2011年中央一號文件的頒布和全國水利工作會議后，第一次將水利提升到關(guān)系經(jīng)濟安全、生態(tài)安全、國家安全的戰(zhàn)略高度，第一次鮮明地提出水利具有很強的公益性、基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性。水閘除險加固和水閘管理是水利工作的一個重要分支，我們要以這次水利改革發(fā)展為契機，認真解決大中型病險水閘存在的問題，使水利工程，特別是數(shù)目眾多的大中型水閘造福社會，為百姓謀福祉。