水閘中出現的典型問題及對應措施研究

肖 艷，張從從，韋愛群

(1.中水淮河規劃設計研究有限公司，安徽 合肥 230601；2.淮河水利委員會治淮工程建設管理局，安徽 蚌埠 233001；3.江蘇省水文水資源勘測局鹽城分局，江蘇 鹽城 224000)

0 前言

水閘作為水利工程體系中重要的一環，是利用閘門控制過閘流量和調節水位的水工建筑，在防洪排澇、農田水利灌溉、航運、發電、旅游等方面發揮著重要作用[1-2]。然而，由于水閘建造工期長，工程量大，發揮效益時間久等特點，以至于水閘的安全運行至關重要。而水閘的安全性又受到歷史因素、技術設計等方面影響，以及后期的運行管理、維修養護也至關重要[3-4]。目前淮河流域的水閘存在著或大或小的問題，本文根據調研30多座水閘發現的問題進行歸類分析，并給出相應的整改建議，可為類似工程提供一定的參考。

1 水閘中出現的問題及產生的原因分析

很多水閘都不可避免出現大大小小的病害問題，為了安全運行，就需要對“癥”下藥，找到水閘的病害問題，進行對應的加固處理，以保證水閘的平穩運行[5]。

水閘的問題不是單一方面存在的，很多問題都是相互關聯的，一種問題的產生往往會引發多個并發癥狀，反過來又會作用于原始問題，所以對于水閘的病害問題，應該格外重視，實地調研記錄，歸納分析原因，給出合理有效的加固建議[6]。

1.1 閘室結構問題

閘室作為水閘工程中重要的部分，是上游連接段和下游連接段的中樞系統。閘室出現的問題有兩種，一是閘室整體位移；二是閘室局部變形。具體問題表現為閘室水平和豎向位移超標、閘室結構出現裂縫等問題。造成水閘閘室結構出現整體位移的原因可能有：一是長期承受不均勻荷載；二是地基承載力設計不規范，造成地基承載力不滿足要求等。造成局部變形的原因可能有：一是不均勻位移引起混凝土開裂；二是內外溫度變化引起的混凝土裂縫，及其他干縮開裂、鋼筋銹蝕開裂等[7]。(舉例見圖1)

圖1 閘室結構變形開裂

1.2 閘室地基問題

地基受到閘室自重及外力作用下，可能產生不均勻沉降，引發閘室下沉或者傾斜問題，所以在水閘設計時，必須考慮到結構形式和構造均能適應地基土質條件。也有發生水閘滲流破壞。其原因是部分水閘地基土質為粉質黏土，抗滲性能不佳，也可能是地基滲徑長度不足，閘室周邊防滲體系不緊密，排水反濾措施失效。

1.3 閘門和啟閉系統問題

閘門和啟閉系統也是水閘易出現問題的構件，閘門出現的問題主要有面板、結構梁出現變形現象或剝落，閘門止水橡膠老化出現閘門漏水現象，閘門及其構件出現銹蝕。一般來說閘門出現問題是由于過閘水流大造成的，閘門會引發振動，造成失穩。

1.4 消能防沖設施問題

部分水閘的消能防沖設施出現損壞，具體導致破壞的原因可能有：一是原先設計標準低，遇到今年洪澇災害，水閘在運行中，河道內水力變化大，導致原先消能防沖設施不能滿足當前需要；二是水閘原先設計不合理，消能防沖設施不全面；三是水閘實際運行過程中管理維護不及時，導致不良流態產生，對下游防沖設施造成破壞。

1.5 混凝土結構問題

1.5.1 碳化和鋼筋銹蝕

水閘的主體結構是混凝土澆筑而成，而混凝土碳化是由于空氣中CO2和水泥中的堿性物質產生了化學反應造成的，混凝土碳化后會大幅度綜合其蘊含的堿性材料，使得鋼筋外部的保護層消失，從而鋼筋裸露出現銹蝕[8]。(舉例見圖2)

圖2 鋼筋裸露、銹蝕

1.5.2 混凝土剝落

混凝土剝落分為內因和外因，內因是由于混凝土的耐久性能差造成的；外因是過閘水流的沖磨，以及環境因素如：水、空氣、溫度、介質等因素與混凝土中的水化產物、添加劑、粗細骨料等物質發生了化學變化，導致混凝土外表層出現松孔從而脫落。(舉例見圖3)

圖3 混凝土松散剝落

1.6 觀測設施問題

通過對水閘現場的運行管護資料查閱及現場查看發現，有些水閘未安裝觀測設施；有些水閘裝有觀測設施但未開展使用，有些水閘觀測設施出現損壞等問題。分析有幾點可能原因：一是設計時未考慮觀測點布置；二是觀測設施布局不合理，無法正常使用；三是確實沒有會使用觀測設施的專業人員。

2 整改加固建議

根據調研水閘的相關資料，整理分析現場檢查結果，依據水閘相關規定，結合實際工作經驗，按水閘各組成部分出現的問題，以及部位的關鍵性和問題程度，分析對水閘造成的影響，并給出對應的加固措施。

2.1 閘室結構變形處理

關于閘室糾偏問題可用應力接觸法處理，具體做法是在沉降位移較小側打孔，有計劃地從孔中掏挖軟泥，以使地基應力在局部得到緩解，促使軟土向被挖側轉移，增加被挖側的沉降量。具體實施中要注意挖軟土不挖硬土，挖深處不挖淺處，挖基底外部不挖內部。

2.2 裂縫處理

關于閘室裂縫的處理要達到防水性和耐久性目的外還要做到經濟和美觀。具體來說就是對裂縫處進行鑿孔填充，外部包裹混凝土漿，裂縫處灌漿等措施。

2.3 地基滲透處理

關于閘室地基滲透處理本著降低地基滲透坡降，提高地基抗滲能力，從而使地基滲透坡降滿足要求。具體做法有：一是修復沉降縫止水，重新加設止水設施；二是修復下游排水設施，將護坦底部反濾層拆除重建或加做反濾排水設施；三是適當延長上游鋪蓋長度；四是通過灌漿處理加固閘基[9-10]。

2.4 閘門和啟閉系統問題

根據調研的水閘歸類來看，有些小型水閘使用的是鋼混閘門，大型水閘使用平板鋼閘門和弧形閘門。針對鋼混閘門由于設計時間久、技術落后，大多出現老化現象，可以考慮將鋼混閘門更換成常用的鋼閘門；鋼閘門出現的變形和銹蝕問題應加強養護，變形矯正，涂防護材料，定期檢查記錄閘門運行情況。對于啟閉系統落后的水閘要改造啟閉系統，同時更新供電和控制線路，完善各種輔助設施，使得水閘運行管理趨于自動化管理。

2.5 混凝土表面劣化處理

2.5.1 碳化和鋼筋銹蝕問題處理

針對水閘混凝土結構碳化問題，可根據實際碳化深度和部位，采取對應措施。先清理碳化部位，去除表面混凝土，在選擇使用高于原先標號的混凝土在外部周圍修補。針對鋼混結構出現鋼筋裸露現象，應先對鋼筋進行除銹處理，再涂抹防銹劑、保護膜，外圍噴上混凝土包裹；若鋼筋銹蝕嚴重的可進行換筋處理，在更換部位重新澆筑混凝土，并涂混凝土保護劑[11]。

2.5.2 混凝土剝落問題處理

針對水閘結構混凝土剝落問題，應先清洗剝落部位，然后使用特定材料修補?；炷羷兟湓蛴卸喾N，每種都有相適應措施。如凍融問題造成的混凝土剝落，可選用具有抗凍性能好的聚合物砂漿修補；如因混凝土結構承載力不足造成的，可進行加固處理提高承載力，對軸心受壓柱可采用粘貼環向連續碳纖維布方式，對結構梁可采用梁底粘貼碳纖維布同時加設U型箍筋錨固形式加固，在加固前要清理松動混凝土塊，后用高型號混凝土或砂漿找平。

2.6 觀測設施問題處理

針對水閘缺少觀測設施的問題，可安裝專業觀測設施以便及時觀察水閘各項運行情況。對于存在觀測設施但無人使用或不會使用問題，可專門組織水閘管護人員進行專業培訓，以便更好地使用設施。

3 結語

1)水閘病害問題一直是影響水閘安全運行的不良因素。所以對水閘調研發現問題給出解決措施至關重要。

2)根據調研水閘情況來看，部分水閘建造于上世紀八九十年代，由于建造標準低，設計技術落后，質量先天不足，導致耐久性差，后期管護人員應加強巡查，定期開展安全鑒定工作，及時進行拆除重建或出險加固。

3)針對調研結果發現的水閘問題并給予解決措施，可對類似水閘工程建設提供一定的參考。