三堡一線船閘大修水工設計關鍵技術

李曉燕 張公略

摘 要：針對三堡一線船閘在長期超負荷運行情況下出現的結構安全隱患問題，主要采取了漿砌塊石結構閘室系船鉤更換技術、漿砌石靠船墻綜合結構加固技術和粉土地基條件下變位翼墻多措施的綜合處理技術等多項具有創新性的設計技術，合理有效地解決了船舶大型化超負荷運行船閘水工結構安全隱患問題，可為類似船閘大修及相似工程修復提供借鑒。

關鍵詞：關鍵技術;水工設計;船閘大修

中圖分類號：U641? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）03-0071-03

1 工程概況

三堡船閘位于杭州市東南四季青鎮三堡村，是京杭運河與錢塘江溝通的樞紐工程，目前建有一線與二線船閘。其中一線船閘為五級（300t）船閘，閘室尺度為160×12×2.5m，設計年通過能力為300萬t，于1989年2月正式投入營運。一線船閘自建成至今已經接近30年，曾經于1999-2000年進行過一次大修，也實施過多次小規模的改造工程，船閘目前運行基本正常，但距離上一次大修也已經超過15年，且船閘始終處在超負荷運行狀態。除了船閘的常規維護保養外，大的檢修（特別是水下部分）無法進行，閘、閥門啟閉機械已經遠超設計壽命，經檢測，部分鋼結構銹蝕較嚴重，上閘首工作閘門其承載能力已經不滿足安全使用的要求;由于船舶大型化明顯，船閘主體及引航道的水工建筑物均出現不同程度的破損情況，2000年大修時增建的引航道靠船建筑物出現了局部坍塌，給船閘結構和運營帶來了一定的安全隱患，結構耐久性大大降低，迫切需要進行大修，以恢復和部分提高船閘的設計狀態，滿足船舶的安全、高效過閘要求。

2 船閘現狀分析

根據檢測報告及現場踏勘，一線船閘主體結構沒有發現異常的位移和沉降情況，閘室局部位置在泄水過程中發現有漏水情況，閘首和閘室內壁混凝土及漿砌石表面磨損嚴重，局部粗骨料外露，閘室內系船和防撞設施損毀嚴重。上游引航道導航靠船建筑物未發現異常的位移和沉降情況，主要為混凝土表面磨損和碰撞破壞，東側圓弧段翼墻與直線段翼墻連接處頂端砌石勾縫脫落，有明顯松動痕跡，墻頂砼壓頂開裂。下游引航道東側靠船墻出現局部坍塌，其它導航靠船墻未發現異常的位移和沉降情況，主要為混凝土表面磨損和碰撞破壞。具體見圖1～圖4。

3 水工設計關鍵技術

本項目依據檢測報告及現場踏勘和業主協調會相關要求，按照規范技術要求進行設計，其總體設計原則如下：

（1）通過船閘大修工程的實施，恢復和部分提高原船閘的設計狀態，船閘的規模、等級和標準保持不變，設計水位及組合維持原設計。拆除重建的閥門、附屬設施應滿足目前實際過閘船舶的使用要求，按照1000噸級船舶進行設計。

（2）充分考慮大修工程的工期要求，根據檢測評估報告、歷史大修情況、船閘改造情況、運行使用情況及檢修養護情況，綜合確定大修的內容，重點對影響結構安全和不滿足目前的船舶高效過閘使用要求的工程內容進行改造。對于水下部分，待閘室及引航道抽水形成干地條件后，進一步確認水下大修內容。

（3）選擇合理可行的施工方案，加強施工期間現有建筑物的位移沉降觀測工作，確保施工安全。

（4）加強施工組織設計，合理安排施工順序，盡可能減少大修的停航時間，最大限度地降低對航運企業和社會的影響。

（5）合理采用新技術、新工藝、新材料和新設備。

其中，為了恢復和提高結構及使用安全性，水工建筑物的大修內容如下：

（1）對下游引航道東側坍塌的漿砌塊石靠船墻進行加固修復。

（2）根據引航道抽水位的導航靠船墻前沿的實際淘刷情況，確定墻體是否采取加固及墻前的垂直及水平防護措施。

（3）船閘閘室內壁部分系船鉤更換。

（4）對導航靠船墻墻體的松動、破損部位，局部坍塌的護坡、護面結構進行修復。

（5）對粉土地基條件下變位翼墻進行多措施的綜合處理。

3.1? 漿砌石靠船墻綜合結構加固技術

該問題主要發生在下游引航道東側靠船墻，因船舶大型化，在長期超負荷運營下，墻體前趾受水流及船行波影響，被逐步掏空后發生墻體失穩造成塌陷，坍塌段長約140m。

針對該問題，設計中首先考慮圍堰圍護進行干地加固，但是該段墻體后側即為引水涵洞，該涵洞不能停止引排水，且引水箱涵底部透水，圍堰圍護后航道水位僅能降至2.0m左右，須采取水上施工;同時還需確保墻后箱涵安全穩定，加固后墻體的抗掏刷能力及抗墻后粉土的流失能力應得到提高。

為此，對該段墻體采取了如下結構加固技術：①墻前打設鋼板樁;②拆除漿砌石擋墻2.0m高程以上墻體;③下部新墻體及上部新墻體的底板澆筑;④2.0m以下部分墻體及墻后灌漿加固;⑤C25砼重新澆筑上部墻體，前沿2.5m高程以上40cm砌筑MU30的漿砌石，砌筑砂漿為M15。整個施工過程中應加強箱涵及圍堰滲水監測，圍堰滲水出現渾濁應立即采取反壓反濾措施。墻頂高程維持現有高程，墻頂設置50kN系船柱，墻前設置輪胎護舷，結構分段長度14m，共分為10段。具體見圖5。

加固后，經觀測，墻體處理安全穩定，總體表現良好，在多種受限條件并存的情況下，實現了該段墻體的成功加固。

3.2? 漿砌塊石結構閘室系船鉤更換技術

三堡一線船閘閘室墻體為漿砌石結構，系船鉤僅通過較小的系船塊體嵌入墻體，由于長期超載、超負荷運行，導致閘室內大量系船鉤缺失和損壞，考慮到文保需要，修復后墻體結構不能發生較大變化，因此采用原位更換加固的方案，但因系纜力要求增大，需確保系船鉤錨固牢靠，從而對系船鉤補設方案進行了針對性設計，主要設計技術為：采用系船鉤斗式鋼底座，用來增強錨固力，并防止鉤體斷裂后飛出傷人。底座上設置系船鉤錨固螺栓，通過螺紋通孔用螺栓連接系船鉤。

具體技術方案如下：①局部鑿除原系船結構混凝土預制塊，并清理老混凝土界面;②考慮漿砌石錨固力不足，每個底座后側采用9根化學錨栓錨固在墻體上;③安裝斗式鋼底座，底座與化學錨栓之間采用穿孔塞焊固定;④沿斗式底座頂部灌填高強環氧樹脂膠;⑤漿砌塊石墻身內的系船鉤通過中間鉆孔進行壓力灌漿，壓力不小于0.6MPa;⑥安裝系船鉤。如圖6所示。

按照上述技術方法，三堡一線船閘成功更換了閘室系船鉤，運行使用情況良好。

3.3? 粉土地基條件下變位翼墻多措施的綜合處理技術

船閘大修期間，下游東側翼墻排水后發生突變，產生了較大的位移和沉降，分析其原因主要是墻底粉土流失，在較大的墻頂荷載作用下，引起墻體傾斜。該問題為突發問題，須及時處理，但是因下游引航道水位僅能降至2.0m左右，須采取水上施工。另外，墻體加固時，須確保閘首安全穩定。

針對該問題，采用以下綜合加固措施：①先行開挖墻后填土進行卸荷;②拆除發生傾斜的部分上部墻體;③采用高壓旋噴樁加固處理地基，要求加固后的高壓旋噴樁抗壓強度不小于2.5MPa;④對于保留墻體采用灌漿處理，建議采用自上而下灌漿法，灌漿壓力為0.4MPa，同時也對墻后填土進行灌漿處理，減小土壓力;⑤采用C25砼重新澆筑上部墻體，墻后回填碎石等材料，減小土壓力，同時加強墻后反濾;⑥墻前砌筑MU30的漿砌石，砌筑砂漿為M15，以保持外觀的統一。如圖7所示。

經上述綜合措施處理后，墻體安全穩定。經檢測，粉土中高壓旋噴樁抗壓強度均大于5.0MPa。

4 結語

水工建筑大修具有工程內容多，工程量小，實施修復技術難度大，對施工要求高等特點。本文詳細介紹了三堡一線船閘大修水工設計的靠船墻修復、系船鉤更換及翼墻修復等關鍵技術。2018年4月三堡一線船閘按照上述方案完成了船閘大修任務并通航，實踐證明該水工關鍵技術在保證施工安全的前提下，恢復和部分提高了原船閘的設計狀態，滿足了船舶的安全、高效過閘要求。

參考文獻：

[1] 浙江省交通規劃設計研究院有限公司.杭州三堡一線船閘大修工程方案設計[R]. 2017.

[2] 浙江省交通規劃設計研究院有限公司.三堡船閘工程水工結構物檢測報告[R]. 2017.

[3] 浙江省交通規劃設計研究院有限公司.杭州三堡船閘閘門及啟閉機安全檢測及評價報告[R]. 2017.

[4] 船閘檢修技術規程. JTS 320-3-2013.

[5] 公路橋梁加固施工技術規范. JTG/T. J23-2008.