基于梁山節(jié)制閘的閘基除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)研究

李桂森 王偉 白玉

摘 要：濟(jì)寧市梁山節(jié)制閘是一座以蓄水調(diào)水為主兼有防洪、除澇功能的綜合性水利樞紐工程，在防洪除澇和灌溉中發(fā)揮了巨大作用。經(jīng)全面安全鑒定，該節(jié)制閘存在滲漏情況，已產(chǎn)生滲透破壞，影響閘基的穩(wěn)定。本文正是以此為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)比較分析，提出了改建閘室底板加固方案，并進(jìn)行了內(nèi)力計(jì)算和止水設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：節(jié)制閘；閘基滲漏；除險(xiǎn)加固

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.160

1 工程概況

梁山節(jié)制閘位于濟(jì)寧市嘉祥縣紙坊鎮(zhèn)湯山、梁山兩村之間，洙趙新河干流24+038處，屬于淮河流域湖西水系洙趙新河干流上的大型節(jié)制閘。該節(jié)制閘1972年開(kāi)始施工，1975年建成興利，控制流域面積4206km2，正常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)按3年一遇除澇設(shè)計(jì)，非常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇防洪校核，設(shè)計(jì)流量620m3/s，防洪流量1220m3/s。

梁山節(jié)制閘閘室底板采用6×10m的170#混凝土小底板，每塊下設(shè)三根直徑0.8m長(zhǎng)17m混凝土井柱樁；閘槽用170#混凝土澆注，槽內(nèi)安裝花崗巖石滑道，閘孔內(nèi)安裝3.3×6.3m梁格式鋼絲網(wǎng)鋼筋混凝土平面閘門(mén)；砌石閘墩，鋼筋混凝土排架，閘門(mén)重9.8t，一啟六繩鼓式啟閉機(jī)四臺(tái)；閘室前設(shè)170#混凝土縱向長(zhǎng)10m厚0.5m的上游鋪蓋；下游設(shè)縱向長(zhǎng)10m深1.0m的消力池，消力池下設(shè)15m長(zhǎng)的漿砌塊石護(hù)坦和5m長(zhǎng)的干砌石海漫及縱向長(zhǎng)3m深1.4m拋亂石防沖槽；岸墻采用空箱三鉸拱結(jié)構(gòu)，下設(shè)6根長(zhǎng)17m的混凝土井柱樁基礎(chǔ)。

2 現(xiàn)狀問(wèn)題

梁山節(jié)制閘經(jīng)過(guò)30多年的運(yùn)行，該閘老化嚴(yán)重。依據(jù)水利部頒布的《水閘安全鑒定規(guī)定SL214-98》，對(duì)梁山閘進(jìn)行了全面安全鑒定，發(fā)現(xiàn)該閘閘室底板前緣北向南110-170米段存在集中滲流帶，滲水?dāng)y帶泥砂，已產(chǎn)生滲透破壞，影響閘基的穩(wěn)定。該水閘的安全狀態(tài)運(yùn)用指標(biāo)已無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，工程存在嚴(yán)重的安全問(wèn)題。

3 閘基滲漏除險(xiǎn)加固方案優(yōu)選

根據(jù)工程現(xiàn)狀，初擬采用以下兩種方案：方案一對(duì)存在問(wèn)題的閘基段進(jìn)行靜壓灌漿處理；方案二改建存在問(wèn)題的閘室底板，并對(duì)閘下流失土體進(jìn)行回填粘土夯實(shí)。

（1）方案一：靜壓灌漿處理。首先采用高壓噴射灌漿技術(shù)，在閘室底板區(qū)域外緣構(gòu)筑具有一定強(qiáng)度、能夠阻止土體側(cè)移、限制漿液擴(kuò)散范圍的地下圍封板墻，隔斷閘基土體與周圍土體的聯(lián)系，然后采用靜壓灌漿法從靠近圍封板墻處開(kāi)始，順序逐步向閘底板處靠近進(jìn)行灌漿施工，迫使基礎(chǔ)外圍灌注的漿液向基礎(chǔ)下土層擠入。為避免因施工擾動(dòng)引起閘室的附加沉降，將圍封板墻設(shè)置在距閘底板加固區(qū)域稍遠(yuǎn)的安全距離處。

（2）方案二：改建閘室底板。對(duì)存在滲流問(wèn)題的閘室段底板進(jìn)行拆除改建，并對(duì)該段閘室下流失土體進(jìn)行回填粘土夯實(shí)。為避免改建后閘室段仍存在滲流問(wèn)題，需做好改建底板的止水設(shè)計(jì)。

（3）方案比選。以上兩方案均可解決閘室滲流問(wèn)題，但在施工技術(shù)要求、現(xiàn)狀施工可行性上存在一定差異，需根據(jù)工程現(xiàn)狀選擇合理的方案。

方案一采用高壓噴射灌漿與靜壓灌漿相結(jié)合的方式，灌漿能夠很好的對(duì)閘基進(jìn)行加固，進(jìn)而解決閘基滲流問(wèn)題。但現(xiàn)狀存在滲流問(wèn)題的閘基僅占閘室段的一半，高壓噴射灌漿的封堵范圍不易確定，過(guò)大的封堵范圍易造成浪費(fèi)且增加工程投資，稍小的封堵范圍內(nèi)有現(xiàn)狀閘室不利于施工；此外高壓噴射灌漿和靜壓灌漿均需首先利用機(jī)械在現(xiàn)狀閘室底板上造孔，然后把帶有噴頭的灌漿管下至土層的預(yù)定位置進(jìn)行灌漿，現(xiàn)狀閘室底板為建于40年前的170#鋼筋砼小底板，在其上密布造孔損傷較大，易造成二次破壞，產(chǎn)生新問(wèn)題。

方案二直接拆除現(xiàn)狀小底板并對(duì)閘下流失土體進(jìn)行回填粘土夯實(shí)，該方案亦能解決閘基滲流問(wèn)題。拆除現(xiàn)狀小底板直接對(duì)閘下土體進(jìn)行回填夯實(shí)工程量較大，但施工更加直觀可靠，且對(duì)現(xiàn)有完好閘室段沒(méi)有不利影響。但需特別注意改建閘室小底板與現(xiàn)狀閘墩基礎(chǔ)間做好止水設(shè)計(jì)，避免新舊結(jié)構(gòu)間新的滲流隱患。

綜上，鑒于方案一存在二次破壞的可能性，且施工技術(shù)復(fù)雜，最終確定選用方案二更適用于本閘滲流加固。

4 具體方案設(shè)計(jì)

（1）閘底板拆除改建設(shè)計(jì)及內(nèi)力計(jì)算。依據(jù)方案二將閘室段小底板拆除9塊，重建小底板仍采用原駝峰堰形式，采用C25鋼筋砼，小底板寬5.4m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)10.00m，堰頂高程33.13m。

底板的受力較為復(fù)雜，承受的荷載有自重、水重、滲壓力、浮托力、地基反力等。計(jì)算單元順?biāo)鞣较蛉螌捗祝捎脧椥缘鼗悍ǎü喜楸矸ǎ┻M(jìn)行閘底板的內(nèi)力計(jì)算，計(jì)算工況分別為施工完建期、正常運(yùn)行期、校核運(yùn)行期。通過(guò)計(jì)算可知校核運(yùn)行期閘底板內(nèi)力最大，最大彎矩Mmax=-140.41kN·m，最大剪力Qmax=-81.48kN。因而閘底板可按校核運(yùn)行期進(jìn)行閘底板配筋計(jì)算。

（2）閘底板止水設(shè)計(jì)。在改建小底板與現(xiàn)狀閘墩基礎(chǔ)之間設(shè)置一道復(fù)合橡膠止水帶、一道遇水膨脹止水條，縫間用聚乙烯泡沫板填充。該止水設(shè)計(jì)難點(diǎn)是改建小底板為現(xiàn)澆混凝土而現(xiàn)狀閘墩基礎(chǔ)為陳舊混凝土，兩者之間施工工藝不同且所處狀態(tài)各異。

采用現(xiàn)狀閘墩基礎(chǔ)永久縫處開(kāi)槽、改建小底板分層澆筑、兩者達(dá)到相同高程時(shí)安裝止水、最后采用聚合物砂漿封閉處理的方案，即施工準(zhǔn)備→現(xiàn)狀閘墩永久縫開(kāi)槽/改建小底板分層澆筑→現(xiàn)狀閘墩槽面清理、修補(bǔ)→止水材料安裝→槽面封閉→切縫，施工中應(yīng)注意在永久縫處開(kāi)槽時(shí)保護(hù)現(xiàn)狀閘墩內(nèi)置鋼筋。

5 結(jié)論

梁山節(jié)制閘經(jīng)過(guò)30多年的運(yùn)行，老化嚴(yán)重，閘室底板前緣北向南110-170米段存在集中滲流帶，滲水?dāng)y帶泥砂，已產(chǎn)生滲透破壞，影響閘基的穩(wěn)定。本文通過(guò)方案比選，提出通過(guò)改建閘室底板的方案來(lái)進(jìn)行除險(xiǎn)加固，并對(duì)閘底板進(jìn)行了止水設(shè)計(jì)，避免了閘基發(fā)生進(jìn)一步的滲漏和滲透變形破壞，增加了閘基的穩(wěn)定性，其經(jīng)驗(yàn)可供同類工程參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]樸哲浩，宋力.我國(guó)病險(xiǎn)水閘成因及除險(xiǎn)加固工程措施[J].水利建設(shè)與管理，2011（01）：71-73.

[2]劉燕.泊頭市小園節(jié)制閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)[J].河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2013，6（02）：4-7.

[3]李鐵軍，張德寧，付均惠. 德州市大道王節(jié)制閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)[J]. 工程建設(shè)，2017（01）：17-18.