水闸除险加固设计方案研究

水闸除险加固设计方案研究

王琦

新疆伊犁河水利水电投资开发（集团）有限公司   835000

摘要：随着我国基础建设项目的增多，水利工程逐渐扩大施工范围。水利工程的健康有序发展，与人类有着密不可分的联系，如何做好水利工程水闸的除险加固工作，是水利部门必须面对的实际问题。本文通过对水闸设计环节中面临的风险进行分析，提出了合理的解决方式，以期提高水利工程的高效发展。

关键词：水闸；除险加固；设计方案

引言

加固设计是在现有工程基础上,采取综合加固措施,提出建设性设计方案和处理措施,使工程恢复设计指标,达到经济合理、安全可靠。水闸经过长期运行,常出现过流能力下降、闸基不均匀沉降、防渗稳定性不足等现象,为保障取用水户的用水效益和工程的安全运行,及时进行除险加固是经济合理的手段。

1水闸设计环节中面临的风险

1.1闸室的稳定性有待加强

目前的闸室需要进行具体的加固措施，才能在后续的抗洪工作中，确保水闸的安全运行。根据具体情况的分析可知，由于部分水利工程在运行过程中，在很大程度上，会出现区域性沉降的问题，从而进一步使闸体也出现一定程度的沉降，这种情况的发生，就会使闸室本身具有的抗滑等因素出现一定的阻碍，难以在现实状况下提高水闸整体的安全性，不能满足当前的水闸标准。如果闸基在这种情况下，出现一定程度的破损，很容易影响水利工程的安全性与稳定性，严重时，甚至威胁到人类的社会活动以及财产安全。

1.2防洪能力不达标

如果水闸的流量设置较小或者高度设置不达标，在水闸中单宽水流量远远大于下游河床的耐冲刷能力，严重降低了应有的防洪能力。在水闸施工中限于当时的技术条件，缺乏可参考的依据，施工人员制定防洪标准只能凭个人的经验来进行，这样的情况就导致了防洪标准不达标，造成水闸的病害。

1.3测绘质量不高

水闸设计过程中，需要做好施工测绘工作，通过测绘的方式来获取全面、准确的数据信息，这是保证水闸设计合理性和有效性的关键。但是，就目前的发展情况分析，不少水闸设计人员对于施工测绘的作用认识不足，在开展测绘工作时没能充分考虑工程的现实需求，没有针对施工现场进行准确、有效的测绘，导致得到的测量数据缺乏可靠性和准确性，测绘图纸的质量也就无法得到保证。同时，设计人员本身的专业素质和能力水平无法满足现场测绘工作的要求。例如，在设计人员不了解现代化测绘技能的情况下，会导致质量指标审核的局限性，引发严重的测绘问题，影响施工测绘的质量，继而影响水闸设计的效果。

2水闸除险加固设计方案研究

2.1闸室主体结构计算

计算主要依据规范《水工混凝土结构设计规范》、《水工建筑物荷载设计规范》，对闸室边墩、底板结构进行复核计算。结合地质报告分析，水闸边墩及检修桥环境类别为四类环境，底板环境类别为三类环境。

根据回弹法检测和钻芯法检测混凝土抗压强度检测，墩墙现龄混凝土强度推定值为27.0MPa，检修桥现龄混凝土强度推定值为24.5MPa。

经过配筋复核计算，基本组合时底板、缝墩、边墩面层钢筋受拉截面面积和底板底层钢筋受拉截面面积均满足规范要求，偶然组合时底板面层钢筋受拉截面面积和底板底层钢筋受拉截面面积均满足规范要求，底板现状情况的配筋满足规范要求。其中中墩不满足受力钢筋最小配筋率的要求。

根据《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008），对三类、四类环境，配筋混凝土最低强度等级为C25，胸墙、支墩及廊道结构经检测局部现龄期混凝土强度尚达不到设计强度，混凝土强度不满足规范要求。

经计算，闸室的闸墩主体结构满足结构性安全，闸室底板配筋率不满足要求及裂缝宽度均不满足要求。闸室结构不满足混凝土结构耐久性要求。

2.2远程控制和信息化设计

闸控系统由监控主机、现地监控单元、操作机构、各类传感器及通信网络组成。闸门监控系统采用开放式分层分布式结构，按控制优先级别可分为现地手动控制级、现地集中控制级、远程监控级。闸门监控站由现场设备和远程控制端设备组成。现场设备主要包括监控单元、闸位传感器、荷载传感器、ＩＰ网络扩展模块和供电单元；远程控制端设备组成包括数据库服务器和安装了闸门监控应用软件的监控计算机。

控制中心设在渠首管理站，现地监控站设在引水闸室内和冲沙闸室内。因闸门有３孔，均采用一门一机布置，共设３台启闭机，每台启闭机建设一套电气设备。根据闸门数量，为提高控制的保障性，设置现地控制单元（现地ＬＣＵ单元），共计２套。控制中心监控主机通过光缆与监控站的通信，远程监控闸门启闭设备和闸门动作。

2.3闸基灌浆加固方法

水闸地基为软弱的淤泥土,而水闸基础处理采用进入基岩的混凝土灌注桩,地基沉降时,水闸底板不会沉降,则闸底板下部容易造成脱空。根据调查了解,水闸挡水时出现的渗流异常也说明了这一点。水闸地基灌浆处理后,问题消除,但经过一段时间运行后又会出现,所以水闸底板灌浆是长期的加固措施。

此次采用钢板桩防渗墙对水闸防渗处理后再进行底板灌浆,填充底板以下空隙,增强底板以下土层的密实度。

为尽量保证闸底板的完整性,闸基充填灌浆布孔利用原有底板灌浆孔,水闸共10孔,闸室净宽15m,闸室长度20m,每个闸孔垂直水流方向共布置5排,每个闸孔共布置29个灌浆孔。

灌浆施工采用船上灌浆,孔位定位需要潜水员配合作业。结合水闸运行特点,为便于以后再次灌浆,本次灌浆材料采用粘土浆,建议粘土的塑性指数为10-25,粘粒含量为20%-45%,粉粒含量为40%-70%,砂粒含量小于10%。浆液水灰比大致控制在0.5-1.5：1之间,开灌时采用浓浆,以后慢慢调为稀浆。本次灌浆压力控制不大于0.1MPa,开始灌浆时按0.05MPa左右控制,如难以进浆,可适当加大压力。灌浆必须按分序加密的原则进行,同一排孔分两序施工,先施工Ⅰ序孔,再施工Ⅱ序孔。灌浆时先采用无压自重灌浆,然后再有压复灌,压力大小根据现场试验确定,以不破坏水闸底板为准。灌浆结束后,清理混凝土底板钻孔,采用环氧树脂混凝土进行水下封孔。

2.4止水施工

在实际的水闸工程项目的防水过程中，可能存在一定的水位差。在实际的工程项目建设阶段，压力过大会导致水闸与堤坝交接处存在一定的漏水问题，这种情况的出现会影响水闸工程项目的使用时间。一般在项目施工建设的过程中，涉及到的防水方法有以下类型：（1）水平止水。一般情况下，施工人员使用塑料止水带进行施工，其安装方法与上面提到的沉降缝填充法基本上类似。（2）垂直止水。垂直的止水方法中，紫铜片材是一种常用的止水材料。因铜片本身具有比较鲜明的特性，所以施工人员需对其进行退火操作，这对进一步提高铜片的延伸率有比较有效的作用，有利于后续铜片之间的焊接工作。

2.5导流施工

水利工程建设中导流施工必须合理选择导流方案和截流方法,导流方案必须根据施工现场、施工技术进行选择,尽量避免地形、水文等因素对水闸施工的影响以及坍塌事故的出现；节流方法需要先通过试验严格其有效性,而后才能进行合龙。

结语

除险加固设计方案应深入结合原工程,在保障后期运营期设计指标达到规划要求的前提下争取以最小的经济成本获取最佳经济效益。因此设计方案要深入复核现状工程概况,基于现状病害提出适宜的加固方案,并通过施工工艺、工期及经济指标比选,确定最优加固方案。

参考文献

［1］GB50288－2018，灌溉与排水工程设计标准［S］．北京:中国计划出版社，2018．

［2］SL252－2017，水利水电工程等级划分及洪水标准［S］．北京:中国水利水电出版社，2017．

［3］GB18306－2015，中国地震动参数区划图［S］．北京:中国标准出版社，2015．