淺談老閘加固改造工程質量控制措施和安全性驗算

郭 輝

一、概述

經過幾十年運行，隨著水情與工情的變化，水工建筑物使用功能逐步降低。一些水工建筑物原主體結構仍滿足安全性要求，如閘底板部分閘墻及翼墻稍加維修仍可利用。若拆除后原址重建，不僅增加了投資成本，而且對原基礎會產生破壞，因此對于這種類型的水工建筑物可采用除險加固的方法來提高工程的安全性和穩定性。山東省濟寧市近年來對運行35年以上老閘進行了安全性論證，對部分老閘實施了改造和加固，使老閘換新顏，使用功能更加豐富，社會效益更加顯著。

二、加固改造實施的必要性與主要內容

據統計，濟寧市部分水工建筑物經過40年左右時間的運行，混凝土表面碳化嚴重，碳化深度一般達8～10mm；閘門銹蝕嚴重，水封老化漏水；隨著水情與工情不斷發生變化，一些供水工程實施后，正常水位普遍抬高，原有消能設施功能降低；同時上下游段河床沖刷嚴重，公路橋狹窄，與兩側道路缺乏銜接，影響了地方經濟社會發展。因此老舊水工建筑物加固改造勢在必行。

老閘改造項目的主要內容為：增加消力池長度，一般在原有消力池基礎上接長10～20m；重建下游海漫及防沖槽；閘身及涵洞洞身進行防碳化處理；拆除重建門槽部位的閘墩、胸墻、工作橋和檢修便橋；更換鋼閘門和啟閉機；擴建公路橋，閘身兩側路堤墻及橋頭接線重建；對上下游河道進行清淤，增長兩側護砌；更換通訊和電氣設備等。

通過老閘改造加固，可極大提升原有水工建筑物安全性和功能性。保留了原閘底板閘墻和洞身，使過水更通暢，流水形態更有序。相對于重建，老閘加固改造可避免基礎開挖及處理方面的安全性問題；同時加固改造可節約大量成本，經濟社會效益顯著。

三、施工流程控制措施

老閘加固工程不同于新閘的建設，施工流程要遵循先地下、后地上、先重后輕的建筑施工程序，同時要優先考慮原有構件的拆除帶來的施工危險源，進行防范和處理，危險消除后，再開展正常施工。

（一）上下游攔河壩的填筑

上下游圍堰施工效果直接關系到整個施工期的安全，對如期完成工程建設至關重要。攔河壩是在老河道中填筑，由于上下游河床淤積嚴重，一般在壩址上懸浮的淤泥上筑壩，有一定的風險，要經歷填料—塌陷—加填—壩身傾覆的過程。某工程沉陷深度達到2m 左右，尤其筑壩合攏后，隨著閘內外水位差加大，且處于懸浮壩基的攔河壩水平位移明顯，最大位移近2m，此時也帶動垂直位移的產生，甚至會發生隨閘內水位抽降，壩基淤泥隨水位滑動，造成壩身潰壩的危險。對此應根據不同情況，提出針對性的加固與放慢抽降水方法解決。

（二）對閘底板以下揚壓力的控制

老閘加固期間來自于閘底板以下揚壓力，即滲壓與上浮力作用，都會對施工造成麻煩，上下游水位差（大于5m 以上），滲壓力較大。應依據水情與土質參數進行水力計算，布置降壓井；同時要根據原設計要求防止揚壓力對閘底板產生反彈，要進行壓載處理，具體壓載重量應根據揚壓力值來確定，并合理均勻布置在閘底板上。

（三）植筋施工

老閘加固工程構件是通過植筋方法連接成整體結構的。科學合理的施工工藝極為重要，應確保滿足鋼筋安裝的設計意圖和要求組織實施。某水閘加固工程需對公路橋▽38m 以上部位的交通橋墩墻（框架）、排架部位、▽38m 至▽30.5m 底板間的工作閘門槽、檢修門槽進行植筋，植筋固化材料質量與孔深鋼筋插入深度是關鍵因素，要嚴格按照洗孔、清孔、插入鋼筋的工藝流程施工。該項目植筋共約8990 根，首先進行現場植筋施工試驗，拉拔后確定鋼筋插入深度，配筋Φ18、Φ20、Φ22 得出鉆孔深度分別為30cm、32cm、32cm，統一采用32cm 作為鋼筋插入深度。植筋24h 后進行拉拔檢測，經檢測其拉拔值均達到150kN/m2＞110～130kN/m2（設計值），效果較為顯著。

（四）防碳化處理

某老閘閘身碳化嚴重，最大碳化深度為10mm左右。通過試驗采用打磨、沖洗、晾干、批膩、人工細磨、表層封閉的施工流程。封閉材料采用環氧樹脂（50%）+固化劑（50%）進行配制，封閉噴刷前做好底層面的處理，噴刷2～3 遍，封閉面不得有明顯脫落現象；面層色彩、均勻性等符合技術控制要求，局部段出現的色彩不一、表層脫落等問題進行返工直至達標，確保整個碳化處理效果。

（五）腳手架支撐和模板安裝

老閘加固涉及到高支模方案的編制和落實。某水閘加固項目施工中，僅對墩墻門槽部位鑿除，其余保留。▽41m 至▽30.5m 搭設滿堂腳手架，腳手架懸高10.5m，門槽部位用立桿支撐，根據不同的部位，分幾次澆筑混凝土，鑿除混凝土與保留構件混凝土之間的連接，既要鑿除多余部分，又要保留混凝土結構的完整性，不得產生結構性擾動破壞。設置對銷螺絲的，采用組合式Φ16 螺桿，水閘空間最大懸高19.5m。經檢查，成形的門槽（采用灌漿料）周邊新老混凝土結合較好，施工腳手架支撐堅固，模板及支點安裝合理，保證了整個施工過程未出現跑模、炸模情況，結構內外質量均符合設計要求。

（六）鋼閘門的制安

鋼閘門制安是老閘加固改造中的重點環節，某個工程共8 扇鋼閘門，其中7 扇長度為8.05m，1 扇（通航孔）9.02m，寬度為6.7m。由于在廠里進行生產制作和噴鋅，超長運輸有一定的困難，故分兩節運輸至工地拼裝、吊裝。閘門到工地拼裝，很好地解決了平整、焊接（翻身）等復雜技術難題，保證了閘門的安裝質量。

四、老閘加固改造工程安全性驗算

（一）穩定驗算

KC=fG/P＞[KC]=1.05

土圍堰自重：G=ρV

迎水面水平水壓力：P=1/2×H2×ρ水

（二）降排水驗算

降排水關系到老閘加固改造工程的成敗。當水閘處于完建期時，有部分閘上下游水位達到5m 以上，形成滲透壓力較大，從上游到下游，左右兩岸側向滲透壓力，涌向閘塘，處理不好無法施工，正常釆用水力計算進行確定。計算公式：

Q=1.366K（2H-S）S/（lgR-lgr）

式中：

Q—系統涌水量（m3/d）；

K—含水層的滲透系數（m/d）；

H—含水層的厚度（m）；

S—地下水降低值（m）；

r—井點假想半徑（m）。

每一眼井排水容量：q=65πdLK1/3

q—每一眼井的排水容量（m3/d）；

d—降水井濾管半徑；

L—濾水高度（m）；

K—含水層的滲透系數（m/d）。

井管最少數量：n=1.1Q/q

井點平均間距：D=L/n，其中L 為總管長度；n 為井點管數量。

（三）高支模的驗算

老閘加固改造項目，懸高位置一般從閘底板到啟閉機房底部，高度可達20m 左右，腳手架可能不在一條直線上，因此要根據高空作業的要求，編制高支模方案。驗算腳手架整體穩定性，結合進場材料確定相關參數，推求允許高度，允許高度應大于實際高度，方可確認為安全。岸墻與翼墻等混凝土構件在懸高情況下澆筑，由于產生對模板的側壓力，模板型號、強度應滿足要求，可通過驗算取得基本數據。涉及到安全性的驗算內容：（1）腳手架搭設高度計算；（2）混凝土對模板的側壓力計算及模板拉桿產生的側向壓力，選擇滿足強度和剛度要求的拉桿螺栓是確保整體施工安全的關鍵；（3）由于滿堂腳手高度較高，要對啟閉機房及公路橋頂面承重部分進行驗算；（4）立桿作為承載支架的關鍵要素，應滿足施工要求，故必須對立桿剛度、強度穩定進行驗算。

五、結束語

老閘改造加固工程項目可提高原閘安全性，解決運行過程中的質量問題，節約社會資源，減少工程投資。本文介紹了老閘加固改造的必要性和主要內容，分析了施工流程控制措施，并詳細論述了穩定性、降排水、高支模等安全性驗算過程，可為水利工程老閘加固改造提供一定參考■