某節制閘除險加固設計研究

【摘要】某節制閘位于某河干流，集防洪、除澇和灌溉于一體的中型節制閘。經檢測節制閘存在嚴重安全隱患，水閘加固設計研究十分必要，除險加固勢在必行。根據工程現狀，結合環境條件及規范、規程，結合當前國內先進技術提出加固設計研究措施。

【關鍵詞】節制閘；除險加固；設計研究

新時期隨著經濟社會的快速發展，各級政府對水閘安全管理提出了越來越高的要求，水閘的運行安全將直接關系到當地國民經濟發展、社會秩序和人民生命財產安全，一旦結構失穩、運轉不靈，不僅對人身傷亡造成威脅，而且對下游城鎮及交通等基礎設施的毀壞等損失和影響較大。因此，水閘安全日益重要。結合某節制閘實際情況，對該閘除險加固實施設計研究。

1、某節制閘工程概況及存在的主要問題

節制閘位于某河干流，集防洪、除澇和灌溉于一體的中型節制閘。該閘自上世紀70年代投入運用以來，經過四十多年的運行，工程老化嚴重。2015年，由某研究院對節制閘進行了安全鑒定評估，并形成了安全鑒定安全評價總報告。認為水閘存在如下主要問題：某蓄水閘在設計條件下，水閘過流能力滿足要求；根據消能防沖復核結果，目前所采用的漿砌石結構抗沖能力較差，無法滿足消力要求，故建議改為鋼筋混凝土結構；海漫長度不滿足現行規范要求，應加長。閘后拋石防沖槽深度偏淺，應加深設置。機架橋混凝土碳化嚴重，裂縫較多，主梁的配筋不滿足現行規范強度要求。交通橋主梁的配筋不滿足現行規范強度要求，柱子裂縫噠、鋼筋銹蝕嚴重。某節制閘運用指標達不到設計標準，工程存在嚴重損壞，經除險加固后，才能達到正常運行，該閘評定為三類閘。

2、水閘除險加固的必要性

2.1 工程的老化破損致使水閘帶病帶險工作，對防洪帶來安全隱患。水閘建設至今，雖經上世紀70年代維修改造，但尚未進行大規模的除險加固工作，至今水閘帶病帶險工作，嚴重影響了水閘工程除害興利功能的發揮，給防洪帶來安全隱患，一旦遭遇洪災，開啟不靈影響泄洪與洪水調節將給當地社會的穩定與和諧帶來不利影響。

2.2 病險水閘嚴重影響著水閘興利效益的發揮。水是國家的戰略性基礎資源，水資源的調配顯得十分重要。隨著當地社會經濟的快速發展，水資源需求增長與水資源短缺這一矛盾日益突出。作為保障國民經濟持續發展的重要基礎設施之一，水閘在水資源調配過程中的興利功能，顯得越來越重要。由于水閘病險問題的存在，水閘應有的興利效益難以發揮，對當地農村、城鎮及工廠企業的生產生活帶來不利影響。通過水閘維修加固，加強管理與運用，增加地表徑流和灌溉回歸水的攔蓄，從而緩解水閘上游沿岸水資源緊缺矛盾，為解決流域內工農業缺水發揮重要的作用。

3、除險加固設計

3.1 工程任務。某節制閘工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型水閘。主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級。橋梁荷載等級維持原設計汽-10，相當于公路-Ⅱ級其車道荷載的效應乘以0.8的折減系數，車輛荷載的效應乘以0.7的折減系數。

通過對該閘除險加固結構及設備維修、改造，使水閘達到原有的設計標準，恢復原有功能，在滿足使用要求的情況下，保證結構的安全、穩定，確保水閘閘安全正常運行。根據某節制閘存在的主要問題及檢測結論，主要維修加固如下工程內容：改造上下游護坡、護底；更新改造機架橋、啟閉機房；更新改造交通橋；對閘墩、底板及排架柱混凝土表面進行鑿毛補強整體防護。

3.2 上下游護坡護底加固設計。本次除險加固設計對上、下游護坡護底全部拆除重建。重建后斷面尺寸基本保持原設計不變，漿砌石砂漿采用M10，上游護坡下鋪設土工膜防滲，下游護坡設反濾排水孔。

3.3 消能防沖設計。某節制閘消能工現狀為消力坎式消能構造，共分兩級。經復核，第一級消力坎高不滿足要求，池長不滿足要求；第二級消力坎高滿足要求，池長不滿足要求；海漫長度不符合要求，拋石防沖槽深度偏淺。根據復核結論，現有消力池不滿足要求，需要拆除重建。

消能防沖采用采用下挖式消力池，池深1.0m。首端寬66m，末端寬74m。消力池總長20m，其中斜坡段長5m，水平段長15m，底板為C25鋼筋混凝土結構，厚0.8m，下設C10素砼墊層，厚10cm。消力池出口設M10漿砌塊石海漫，寬74m，順水流向長26m，漿砌石護底厚度為0.5m，下設碎石墊層厚10cm。兩側岸坡采用M10漿砌石護坡，厚0.4m，下設碎石墊層厚10cm，坡面設反濾排水孔。

海漫下游為拋石防沖槽，順水流長17.0m，拋石深2.0m，表面砌干砌石，厚30cm，兩側岸坡為1：3，采用干砌石護砌，厚30cm。

3.4 防滲排水設計。現狀防滲系統由上游粘土和鋼筋砼鋪蓋、兩岸漿砌石護坡下粘土層及閘室兩側刺墻共同組成。排水通過設在消力池底板的排水孔進行，下設四級反濾。止水型式為混凝土結構之間為塑料止水片，漿砌石與混凝土結構之間為三布四油瀝青布。根據檢測，閘室段未發生明顯異常沉降、傾斜、滑移等情況，閘底板下土基無滲流異常；岸墻砂漿砌縫大部分脫落，部分有淘空，護坡排水管淤堵，導致護坡后土體排水不暢，下游護坡存在繞滲現象。本次除險加固結合上、下游護坡、護底的處理，對防滲排水設施拆除后進行重建。

3.5 混凝土表面破壞及裂縫處理。砼表面的麻面和脫落，屬于凍融剝蝕及碳化老化，采取的修補方法為“鑿舊補新”，即清除受到剝蝕作用損傷的老砼，鑿除厚度至新鮮混凝土面為宜，鑿除平均厚度3cm，然后澆筑或涂抹滿足特定耐久性要求的修補材料。

3.6 機架橋、啟閉機房設計。根據機架橋及啟閉機房現狀情況，及存在問題。為消除安全隱患，綜合考慮可采用A方案：機架橋及啟閉機房拆除改建，能徹底解決機架橋及啟閉機房安全隱患。

4、結語

魯北平原地區河道節制閘，多數為上世紀六七十年代建設的大中型水閘。以某節制閘為例研究此類水閘的共性問題，存在共性問題主要是消能防沖設施不滿足規范要求，混凝土結構碳化嚴重，裂縫較多，交通橋破損嚴重且不滿足現行規范強度要求。針對節制閘存在問題，結合現狀實際，借鑒國內先進技術，滿足現行標準基礎上，本著“科學、經濟、適用、耐久”的原則提出設計研究措施。滿足水閘的消能防沖要求，滿足結構安全，以使水閘結構安全、運行便利，使水閘更好地發揮蓄水效益，服務當地民生、發展國民經濟。