□（遼寧省凌源市水利局）

病險(xiǎn)水閘成因及其對(duì)應(yīng)加固方式研究

□張 楊（遼寧省凌源市水利局）

針對(duì)病險(xiǎn)水閘成因及加固，首先提出閘室破壞、地基破壞、消能防沖設(shè)施損壞、閘門與啟閉系統(tǒng)損壞、混凝土表面劣化等典型的病害種類及其產(chǎn)生原因，在此基礎(chǔ)上提出混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)、基礎(chǔ)檢測(cè)、閘門與啟閉設(shè)施檢測(cè)等水閘安全檢測(cè)方式，并總結(jié)不同水閘病害對(duì)應(yīng)的水閘加固方式，為水閘病害綜合防治，提升水閘運(yùn)行安全性、耐久性提供可靠依據(jù)。

病險(xiǎn)水閘；病害種類；病害成因；安全檢測(cè)；加固方式

0 引言

水閘在防洪除澇、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉、發(fā)電、供水、旅游等方面有重要作用，是最為基礎(chǔ)的水利設(shè)施。然而，由于受到歷史因素、技術(shù)條件等的影響，很多工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，并且后期運(yùn)管水平很低，對(duì)水閘運(yùn)行安全性、可靠性與耐久性等造成嚴(yán)重影響。文章對(duì)水閘病害種類、病害成因、安全性檢測(cè)、加固方式等進(jìn)行分析研究。

1 水閘病害種類與產(chǎn)生原因

1.1 閘室破壞

閘室破壞分為兩種形式，整體位移與局部變形，體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)位移超標(biāo)、混凝土結(jié)構(gòu)開裂、結(jié)構(gòu)縫增大等，這些體現(xiàn)形式間一般存在關(guān)聯(lián)性［1］。

結(jié)構(gòu)位移超標(biāo)產(chǎn)生原因?yàn)椋航Y(jié)構(gòu)超載；長(zhǎng)期承受不均勻荷載；地基設(shè)計(jì)施工不規(guī)范，導(dǎo)致地基承載能力欠缺；地基變形；混凝土強(qiáng)度減弱。混凝土結(jié)構(gòu)開裂與結(jié)構(gòu)縫增大屬于典型的局部變形問(wèn)題，產(chǎn)生原因?yàn)椋赫w位移較大；溫度開裂；干縮開裂；銹蝕開裂；施工裂縫。

1.2 地基破壞

水閘滲流有兩種形式，閘下滲流與側(cè)向滲流。滲流造成的變形是水閘結(jié)構(gòu)破壞主要表現(xiàn)形式，有管涌、接觸式破壞與流土3種基本形式。

水閘滲流破壞產(chǎn)生原因?yàn)椋涸O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，現(xiàn)有水閘為盡力滿足功能需求，大幅提升水位差；防滲流工程措施喪失功效；排水反濾工程措施喪失功效；存在威脅結(jié)構(gòu)自身整體性的工程裂縫；地基土存在缺陷。

1.3 消能防沖設(shè)施損壞

消能防沖設(shè)施損壞原因?yàn)椋涸O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，水閘運(yùn)行中，河道水力變化，導(dǎo)致在役消能防沖設(shè)施無(wú)法滿足實(shí)際要求；水閘設(shè)計(jì)不合理，設(shè)施構(gòu)建不全面；基礎(chǔ)薄弱；水閘運(yùn)管水平較低，尤其是開啟方法缺乏合理性，容易產(chǎn)生不良流態(tài)，對(duì)下游側(cè)設(shè)施造成破壞；人為破壞。

1.4 閘門與啟閉系統(tǒng)損壞

閘門與啟閉系統(tǒng)損壞原因?yàn)椋好姘搴土撼霈F(xiàn)變形或剝落；止水橡膠老化嚴(yán)重；閘門及其內(nèi)部構(gòu)件銹蝕。通常，閘門損壞大多是在過(guò)水情況下發(fā)生的，尤其是在一些較大的水力條件之下，閘門會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，造成失穩(wěn)。振動(dòng)作用下的閘門破壞機(jī)理十分復(fù)雜，當(dāng)前對(duì)于該問(wèn)題的研究還處在探索階段，但總體上講主要由不平穩(wěn)動(dòng)水作用造成。

啟閉系統(tǒng)損壞原因?yàn)椋簩?duì)于螺桿啟閉機(jī)，在閉門過(guò)程中由于閘門受阻、強(qiáng)行頂壓等問(wèn)題，螺桿被壓彎，系統(tǒng)啟閉力較低，大幅增加閘門阻力，導(dǎo)致銅螺母牙遭到嚴(yán)重磨損；對(duì)于卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)，由于啟閉機(jī)兩側(cè)松緊程度相差較大，使得兩側(cè)的拉力不相等，在開啟時(shí)容易造成卡阻問(wèn)題。

1.5 混凝土表面劣化

1.5.1 碳化與鋼筋銹蝕

混凝土的碳化過(guò)程較為復(fù)雜，主要是CO2和堿性材料間的反應(yīng)。混凝土在碳化以后會(huì)大幅降低其堿度，損壞鋼筋外表面鈍化膜，使鋼筋產(chǎn)生一系列電化學(xué)腐蝕問(wèn)題，使得鋼筋銹蝕。另外一種造成鋼筋銹蝕現(xiàn)象的原因?yàn)橥饨缏入x子進(jìn)入混凝土內(nèi)，對(duì)鈍化膜造成破壞，在失去鈍化膜保護(hù)的位置形成銹蝕［2］。

1.5.2 剝蝕損壞

耐久性較差是產(chǎn)生剝蝕損失主要內(nèi)在原因。而外在原因?yàn)椋和饨缢畠鋈?；過(guò)流位沖磨和空蝕；鋼筋銹蝕；水質(zhì)侵蝕。

2 水閘安全性檢測(cè)

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)

2.1.1 混凝土表面剝蝕檢測(cè)

重點(diǎn)檢測(cè)混凝土表面是否存在疏松層，繪制剝蝕簡(jiǎn)圖，運(yùn)用目測(cè)等方法對(duì)剝蝕現(xiàn)象實(shí)施檢測(cè)與分析。

2.1.2 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

包括回彈法、射釘法與超聲回彈綜合法等。為提升檢測(cè)水平，在確保工程運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，經(jīng)常在已完成無(wú)損檢測(cè)的位置實(shí)施局部破壞檢測(cè)。

2.1.3 裂縫性狀檢測(cè)

對(duì)裂縫寬、長(zhǎng)、深、產(chǎn)生部位、滲出物等進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于深層裂縫而言，主要使用射線法與超聲波法。

2.1.4 碳化與鋼筋銹蝕檢測(cè)

重點(diǎn)檢測(cè)碳化深度、鋼筋銹蝕程度與外表面保護(hù)層厚度。

2.1.5 結(jié)構(gòu)縫檢測(cè)

檢測(cè)相鄰兩結(jié)構(gòu)之間是否存在錯(cuò)動(dòng)、開合。

2.2 基礎(chǔ)檢測(cè)

2.2.1 外觀檢測(cè)

檢測(cè)內(nèi)容為：是否存在擠壓變形、松動(dòng)和錯(cuò)動(dòng)；結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的結(jié)合位置是否存在錯(cuò)動(dòng)與開裂；建筑兩邊岸坡是否存在裂縫與滑坡；排水設(shè)施實(shí)際滲透量；消能防沖是否存在沖刷與剝蝕，尾水渠上是否存在淤積［3］。

2.2.2 沉降觀測(cè)

檢測(cè)內(nèi)容為：沉降變形構(gòu)造、設(shè)施考證；設(shè)施實(shí)際完好率；積累沉降；平均沉降觀測(cè)；不均勻沉降觀測(cè)。

2.2.3 地基土觀測(cè)

主要為基本的物理力學(xué)指標(biāo)檢測(cè)與地基承載能力試驗(yàn)。

2.3 閘門與啟閉設(shè)施檢測(cè)

檢測(cè)內(nèi)容為：閘門的外觀、變形、銹蝕與損傷。針對(duì)鋼制閘門與啟閉機(jī)，在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照《水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》的要求；對(duì)于混凝土閘門而言，除了要進(jìn)行構(gòu)件裂縫檢測(cè)，還要對(duì)各個(gè)零部件實(shí)際銹損水平等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)［4］。

3 病險(xiǎn)水閘加固方式

3.1 結(jié)構(gòu)變形處理

3.1.1 閘室糾偏

可采取應(yīng)力接觸的方法進(jìn)行糾偏，原理為：在沉降偏小側(cè)設(shè)置鉆孔排，有計(jì)劃和次序的在孔中掏挖軟泥，以此使地基的應(yīng)力能在局部區(qū)間以內(nèi)得到全面解除，促進(jìn)軟土向該側(cè)位移，提升沉降量，起到糾偏作用。

3.1.2 裂縫處理

處理裂縫時(shí)，不僅要關(guān)注防水性及耐久性的恢復(fù)，還要綜合經(jīng)濟(jì)性與美觀性。裂縫修補(bǔ)方法有很多種，比如：灌漿、表面覆蓋與鑿槽填充等。

3.2 地基滲漏處理

地基滲漏的處理原則為有效降低滲透坡降，提升基礎(chǔ)抗?jié)B坡降，確保坡降滿足安全要求?；A(chǔ)滲漏修復(fù)：對(duì)沉陷縫止水進(jìn)行修復(fù)；對(duì)下游排水進(jìn)行修復(fù)；適當(dāng)延長(zhǎng)上游側(cè)防滲鋪蓋；采取灌漿法對(duì)閘基進(jìn)行全面加固。側(cè)向滲漏修復(fù)：閘背填土的開挖與回填；延長(zhǎng)刺墻；修復(fù)垂直止水；采用灌漿法進(jìn)行綜合處理。

3.3 消能防沖設(shè)施損壞處理

在消防防沖設(shè)施出現(xiàn)損壞后，應(yīng)采取非工程與工程措施相結(jié)合方式進(jìn)行處理。其中，非工程措施是指提升運(yùn)管水平，選定最佳運(yùn)行方式。若產(chǎn)生破壞的根本原因?yàn)樗l件變化，則需對(duì)設(shè)施進(jìn)行改造，提升消能工程完善性。處理時(shí)，考慮到土工合成材料自身具有相對(duì)較好的反濾性，所以可在反濾層中使用，取代以往使用的砂礫料，可很好處理由于砂礫料級(jí)配問(wèn)題帶來(lái)的影響。

3.4 閘門與啟閉系統(tǒng)損壞處理

由于以往設(shè)計(jì)、技術(shù)水平較低，現(xiàn)有大部分閘門均為鋼混結(jié)構(gòu)閘門，經(jīng)過(guò)多年使用，已經(jīng)出現(xiàn)老化現(xiàn)象。在經(jīng)濟(jì)條件支持情況下，加固時(shí)應(yīng)考慮全面使用鋼制閘門。對(duì)于具有較高重要性的閘門，由于未設(shè)置檢修專用閘槽，在出現(xiàn)損壞以后，將造成嚴(yán)重后果?；诖?，針對(duì)此類水閘，應(yīng)先切割出一條工作閘槽，以絕后患。改造啟閉系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)同時(shí)改造供電與控制線路，完善各種輔助設(shè)施的基本功能，提升系統(tǒng)自動(dòng)化水平。

3.5 混凝土表面劣化處理

3.5.1 碳化與鋼筋銹蝕處理

針對(duì)碳化問(wèn)題，根據(jù)碳化實(shí)際深度與部位，采取相應(yīng)的處理方式。通常情況下，先去除碳化部分，清理混凝土表面，再使用高于設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)的混凝土實(shí)施修補(bǔ)；如果外部鋼筋存在銹蝕，應(yīng)先除銹再處理，對(duì)于銹蝕嚴(yán)重的部分，應(yīng)進(jìn)行換筋處理。此外還要注意，無(wú)論使用哪一種碳化處理方法，都要同時(shí)采取防碳化措施，比如：針對(duì)使用常規(guī)混凝土的修補(bǔ)方式，可配合使用環(huán)氧厚漿涂料進(jìn)行封閉［5］。

3.5.2 剝蝕損壞處理

先清洗原剝蝕面，然后使用特定材料修補(bǔ)。在選取適宜修補(bǔ)材料過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)生剝蝕問(wèn)題的主要原因，使用對(duì)應(yīng)的材料。比如：由凍融問(wèn)題造成的剝蝕，應(yīng)使用具備一定抗凍能力的聚合物砂漿完成修補(bǔ)。

4 總結(jié)

水閘病害是威脅水閘安全的主要因素，因此，水閘對(duì)應(yīng)的安全性評(píng)價(jià)需要嚴(yán)格建立在現(xiàn)狀分析和安全檢測(cè)前提下。就目前來(lái)看，安全性評(píng)價(jià)主要依靠專家經(jīng)驗(yàn)，相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系還有待于完善和優(yōu)化。

［1］劉永，李巖，馬飛.德州市病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固措施及效益［J］.山東水利，2013，10（2）：33-34.

［2］宋兵偉，陳遠(yuǎn)奇，賀清錄等.遼寧省大中型病險(xiǎn)水閘現(xiàn)狀及其成因分析［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014，11（8）：260-261.

［3］任旭華，劉麗.水閘病害分析及其防治加固措施［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2013，12（6）：49-52.

［4］李娜，何鮮峰，張斌等.水閘除險(xiǎn)加固管理工作信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.人民黃河，2014，10（4）：93-94.

［5］周習(xí)軍，張小會(huì)，趙健倉(cāng).病險(xiǎn)水庫(kù)險(xiǎn)情地質(zhì)因素及勘察［J］.水利水電快報(bào)，2014，10（20）：29-32.

TV698.22

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1673-8853（2017）01-0055-02

2016-11-14

（編輯：符蕾）

張楊（1980-），女，工程師，主要從事水利水電工作。