棗莊市病險水閘現狀及除險加固探討

史仁朋

(棗莊市水利勘測設計院 277800)

棗莊市現有水閘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業生產發揮了巨大的作用。經過多年的運行，水閘工程設施普遍存在老化和損壞，嚴重影響工程的安全和經濟效益的發揮，大型病險水閘直接威脅下游人民群眾的生命和財產安全。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計負責人，下面從病險水閘現狀、成因和解決的對策等作些剖析，以供同行借鑒。

1 病險水閘現狀

棗莊市現有大中型水閘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、灌溉和航運等發揮了極其重要的作用。但大部分水閘修建于“大躍進”、“學大寨”及“文化大革命”等特殊歷史年代，受當時社會經濟和技術條件等限制，多數工程設計標準較低、施工質量差，有很多是“三邊”工程，同時建成后運行管理制度不完善，工程正常維修養護經費無正常投入渠道，更新改造、除險加固費用投入不足，在運行過程中逐漸產生老化病害，年久失修，帶病運行，不僅不能發揮水閘興利除害的功能，反而威脅著當地經濟的發展，甚至產生嚴重的安全隱患。根據調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，造成閘室結構變形(垂直和水平)破壞，閘室沉降、管涌、流土、止水和排水設施失效。水閘下游消力池、海漫、防沖槽及護坡等防沖設施水毀嚴重。邊墩兩側刺墻斷裂或無刺墻，造成閘室澆滲，個別銜接段出現塌坑，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。輸配電系統設施陳舊老化，接頭不牢，設備多為淘汰落后產品，備用發動機損壞或無備用電源;防雷設施不健全。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

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

2.1 設計因素

限于建設時的歷史條件和建設管理程序不完善，加之受當時經濟實力所限，致使很多建筑物混凝土和砂漿強度偏低，設計標準低，富余量少。許多工程設計的前期工作做得不細，甚至邊設計邊施工，缺乏必要的地質勘探資料，導致地基基礎承載力不足，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閘基防滲長度，這兩種方法精度均較差，再加上滲徑系數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］，致使滲透破壞。另外在設計中側向未設置防滲刺墻，在高水位差工況下，發生閘側澆滲，引起邊墩兩側出現滲流通道。下游消能防沖設施長度和厚度不足，海漫末端未設置防沖槽，導致下游海漫及兩岸護坡水毀嚴重。柴油發電機配套容量太小或無備用電源，非常情況下利用自發電啟閉困難或無法啟閉;在啟閉機設計中，閘門自身重量、水壓產生的摩阻力考慮不足，造成啟閉困難。設計水閘時的氣象、水文資料少，系列短，致使計算的設計洪水偏小，防洪標準不夠。觀測設施布設不合理、不健全，無防護裝置，甚至沒有觀測設施。

2.2 施工因素

由于20世紀五六十年代建設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量和壓實度達不到設計要求，且存在局部厚度和承載力不均的現象，造成水閘產生不均勻沉降。混凝土配合比選配不當、施工時攪拌不均勻、振搗不密實，混凝土強度等級達不到設計要求。閘門鋼材材質或混凝土強度、安裝尺寸、焊縫質量、預埋件埋設和表面防腐處理達不到設計和規范要求，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生卡阻。下游海漫和防沖槽內的石料粒徑偏小，下游水毀嚴重;排水孔反濾層施工質量差或未設置反濾層，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，壓實度和回填土質量達不到規范要求，導致側向滲徑不足，引起側向澆滲。啟閉機和電氣設備制造和安裝質量達不到相關要求，降低了其使用壽命。

2.3 運行管理因素

閘門操作不規范、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、回流等異常現象，造成消力池、海漫及下游河岸的嚴重沖刷。啟閉機操作不規范，電機、軸承、滾輪、鋼絲繩、儀表和避雷器未按規定定期維修保養和校核，自備電源發電機未正常維護檢修，變壓器超負荷運行;啟閉時超過預定位置將螺桿壓彎、機架橋頂裂。由于多數大中型水閘都設有交通橋，雖然在設計中對交通橋的荷載作了限制(一般按生產橋標準)，但往往發生超載現象，導致水閘沉降加劇及不均勻沉降。水閘兩側翼墻邊上堆放重物加劇了其抗滑、抗傾及結構破壞，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，黨中央和國務院非常重視水利工作，加大了水利基礎設施的投資力度，依據水利部辦規計［2009］85號文精神，對大中型水閘要進行全面的安全鑒定，根據鑒定結論，確定加固內容。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論為三、四類病險水閘的除險加固任務，截至目前，已按期完成省水利廳下達的任務。棗莊市在病險水閘除險加固設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、沉井基礎、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打孔，土體受壓縮后，促使沉降較小的一側沉降量增大，達到糾偏的效果。對變形稍大的采用錨桿靜壓樁糾偏，該法在基礎混凝土上鉆孔，并在鉆孔周圍混凝土上打設錨桿，通過錨桿提供的反力，將預制混凝土樁或鋼管樁從基礎預開孔洞中壓入地基，并將結構頂升至同一高程;在糾偏加固中，頂升應結合灌漿施工同時進行，以提高頂升后閘室地基的抗滲能力。錨桿靜壓樁適用于淤泥、淤泥質土、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裂縫而導致的滲漏則采用混凝土裂縫修補的方法加固;如果由于其他原因導致混凝土強度、抗滲等性能不滿足要求，則應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。當發生側向繞滲時，可挖除墻背回填土，增設混凝土、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。對于消力池設計不滿足要求的，可以采取增設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合材料，表面嵌填止水條或復合砂漿;深層裂縫可利用自壓力式注膠器通過埋設灌漿嘴進行裂縫化學灌漿。對于大面積復雜表面的涂層處理可采用聚脲彈性體技術，它是在聚氨酯反應注射成型技術的基礎上發展而來的，結合了聚脲樹脂的反應特性和反應注射成型技術的快速混合、快速成型的特點，目前已經在水利水電工程各類防滲涂層施工中得到應用。

3.4 閘門漏水及啟閉系統故障處理

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。啟閉系統的故障主要為輸配電系統、柴油發電機、傳動系統等的故障。由于很多機電設備都已到了報廢年限，設備已是過時淘汰的產品，效率很低，安全性、可靠性非常差，對于這些設施最好的處理辦法就是更換。

4 結語

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系經濟安全、生態安全、國家安全的戰略高度，第一次鮮明地提出水利具有很強的公益性、基礎性、戰略性。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，特別是數目眾多的大中型水閘造福社會，為百姓謀福祉。