謝先坤

（上海市水利工程設計研究院有限公司，上海 200061）

1 概述

內河航運以其運量大、成本低及污染小的優(yōu)勢在基礎設施中發(fā)揮了其它運輸方式不可替代的作用。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，內河航運發(fā)揮越來越大作用，據(jù)有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，上海內河運量占社會總運量的1/4，其中建材運量占城市建材運量的4/5 以上。為滿足工程建設、工農業(yè)產品及生活用品運輸需要，大多數(shù)航道都超設計負荷運行。超標準船只的通行一方面由于船只尺寸增大，閘首、閘室及引航道富裕寬度小，增加了船只與鋼筋混凝土墻碰撞的頻率；另一方面，船舶噸級加大，船只與兩岸鋼筋混凝土墻之間的碰撞力較原設計加大。

船只首先將護舷等凸出閘室墻面建筑物碰損，然后船只直接碰撞閘室鋼筋混凝土墻面，撞擊力超過混凝土局部受壓承載力，導致鋼筋混凝土墻體表面混凝土出現(xiàn)開裂、破碎及露筋現(xiàn)象，特別是在閘室位置的墻頂及豎向分縫處等邊角部，由于船只撞擊時，其局部受壓面積較小，局部壓應力更大，受損現(xiàn)象更為普遍。閘室相鄰段受力差異大，擋墻分縫處止水帶拉裂。船只碰撞閘首門槽，導致門槽彎曲變形。

墻體表面混凝土的破碎脫落：一方面使墻體的抗彎剛度和結構承載力降低，抵抗外荷載能力減弱；另一方面混凝土保護層厚度減小甚至鋼筋出露，導致鋼筋銹蝕，進一步導致混凝土脹裂剝落。墻體表面裂縫的存在，一方面導致鋼筋直接與空氣接觸，加速鋼筋銹蝕，影響其安全性和耐久性；另一方面，裂縫降低了墻體的整體性。墻段之間止水帶的拉裂，導致墻后土體流失，影響工程的安全。門槽彎曲變形，使閘門啟閉運行不靈活，止水不嚴，漏水現(xiàn)象嚴重，影響船閘正常運行。

為避免損壞部分對結構安全影響和防止船只進一步撞壞鋼筋混凝土墻體，危及工程的安全，船閘工程需定期進行安全鑒定評估，根據(jù)鑒定評估成果采取措施進行維修加固。

目前，對船閘安全評估及加固研究鮮見，本文在總結相關工程經(jīng)驗的基礎上，對船閘安全評估內容與方法及船閘加固技術進行探討，為類似工程提供借鑒。

2 船閘安全狀態(tài)評估

船閘安全狀態(tài)鑒定評估通過現(xiàn)狀調查、現(xiàn)場安全檢測、工程復核計算、安全評價等形成安全鑒定報告。

2.1 現(xiàn)狀調查分析

船閘工程現(xiàn)狀調查分析的內容包括技術資料收集、工程現(xiàn)狀全面檢查和對工程存在問題進行初步分析。

收集的資料主要包括船閘設計資料、施工資料及運行管理資料。設計資料主要有船閘的設計文件及圖紙、工程地質勘測報告等，對設計水文資料、地質條件進行分析。施工資料主要有施工技術總結、工程質量檢測、觀測設施及觀測數(shù)據(jù)資料等，分析工程施工期間遇到的問題及設計變更情況，施工質量是否滿足設計要求。運行管理資料主要包括管理規(guī)章制度、運行操作規(guī)程、日常與定期檢查維修情況及相關觀測資料，分析船閘是否按設計工況運行。

工程現(xiàn)狀全面檢查主要包括船閘通航情況、土建結構、金屬結構及機電現(xiàn)狀外觀情況。調查船閘現(xiàn)狀通航情況，分析通航船只噸位及年均通航量是否超過設計通航能力及超設計程度，分析超負荷通航對工程的影響。對船閘內外河引航道、閘室、內外閘首及內外河護岸的鋼筋混凝土結構損壞情況、裂縫分布狀況、鋼筋銹脹、止水分縫拉裂及沉降錯位情況進行調查統(tǒng)計，對水下結構進行探測，檢查內外河沖刷情況。金屬結構檢查主要為鋼閘門與機電設備的保養(yǎng)情況，閘門表面是否有銹跡、支撐機構運轉的靈活性、啟閉設備運轉制動準確性，啟掉鋼絲是否滿足強度要求。機電設備檢查為照明與顯示設備是否正常，各種開關、繼電保護裝置是否清潔、觸點是否良好、接頭是否牢固、各主令控制器及限位裝置定位是否準確，電氣接地、導線絕緣、變壓器及發(fā)電機是否合格。

根據(jù)前述的資料收集及現(xiàn)場檢查情況，對存在的問題進行初步分析，提出需進行現(xiàn)場安全檢測和工程復核計算的項目。

2.2 現(xiàn)狀安全檢測

船閘現(xiàn)場安全檢測的項目應根據(jù)工程情況、管理運營中存在的問題及具體條件等因素綜合研究確定。一般包括地基土、填料的基本工程性質，防滲、導滲和消能防沖設施的有效性和完整性，混凝土結構外觀質量，混凝土結構強度、變形和耐久性，閘門、啟閉機的安全性，電氣設備的安全性等。

船閘閘首地基滲流異?；蜻^閘水流流態(tài)異常的，應重點檢測水下部位有無止水失效、結構斷裂、基土流失、河道沖坑和岸墻護坡塌陷等異?，F(xiàn)象。閘室或岸墻翼墻發(fā)生異常沉降傾斜滑移等情況除應檢測水下部位結構外還應檢測地基土和填料土的基本工程性質指標。

混凝土結構的檢測應包括：主要結構構件或有防滲要求的結構，出現(xiàn)破壞結構整體性或影響工程安全運用的裂縫，應檢測裂縫的分布寬度長度和深度，必要時應檢測鋼筋的銹蝕程度分析裂縫產生的原因；對承重結構荷載超過原設計荷載標準而產生明顯變形的，應檢測混凝土強度、結構的應力和變形值；對主要結構構件表面發(fā)生銹脹裂縫或剝蝕磨損保護層破壞較嚴重的，應檢測鋼筋的銹蝕程度，必要時應檢測混凝土的碳化深度和鋼筋保護層厚度；結構因受侵蝕性介質作用而發(fā)生腐蝕的應測定侵蝕性介質的成分含量檢測結構的腐蝕程度。

通過照相、目測及量測等手段，檢查閘門的外觀形態(tài)與閘門的銹蝕情況，采用超聲測厚儀對閘門面板、主梁、邊梁、次梁及桁架等構建進行蝕余厚度檢測，并進行銹蝕頻數(shù)統(tǒng)計，分析閘門的銹蝕速率是否在正常范圍內。檢查啟閉機涂層的完好性，電氣及傳動設備磨損、變形情況，鋼絲繩是否有斷痕、彎折、擠壓、變形局部增大、局部減少及變扁等現(xiàn)象，齒輪磨損及硬度情況，卷筒表面及輪緣有無損傷裂縫。通過對電機測量絕緣電阻，判斷有無局部貫穿性缺陷、絕緣老化和受潮現(xiàn)象。

2.3 工程復核計算

船閘復核計算應以最新的規(guī)劃數(shù)據(jù)、檢查觀測資料和安全檢測成果為主要依據(jù)，因規(guī)劃數(shù)據(jù)的改變而影響安全運行的，應區(qū)別不同情況進行閘室岸墻和翼墻的整體穩(wěn)定性、抗?jié)B穩(wěn)定性、消能防沖或結構強度等復核計算，船閘結構因荷載標準的提高而影響工程安全的應復核其結構強度和變形，閘室或岸墻翼墻發(fā)生異常沉降傾斜滑移應以新測定的地基土和填料土的基本工程性質指標核算閘室或岸墻翼墻的穩(wěn)定性與地基整體穩(wěn)定性，閘室或岸墻翼墻的地基出現(xiàn)異常滲流應進行抗?jié)B穩(wěn)定性驗算。需要限制裂縫寬度的結構構件，出現(xiàn)超過允許值的裂縫應復核其結構強度和裂縫寬度；需要控制變形值的結構構件，出現(xiàn)超過允許值的變形應進行結構強度和變形驗算；對主要結構構件發(fā)生銹脹裂縫或表面剝蝕磨損而導致鋼筋保護層破壞和鋼筋銹蝕的，應按實際截面進行結構構件強度復核。閘門應對面板、梁體技啟閉力進行強度復核。

2.4 安全評價

總體安全性評估主要考慮船閘通航能力、結構完好程度、結構的穩(wěn)定與強度、防洪標準、抗沖能力及抗?jié)B穩(wěn)定性等方面內容，根據(jù)現(xiàn)場調查報告、現(xiàn)場安全檢測報告及復核計算報告，分析運用指標達到設計標準的程度，將船閘評定分為四類。根據(jù)鑒定成果提出合理措施。

3 船閘加固技術

對于評定為一類、二類閘及三類閘的分別應進行常規(guī)養(yǎng)護、大修加固及除險加固才能滿足設計要求正常運行。船閘加固主要包括結構破損加固、止水帶拉裂處理、防撞加固及閘門啟閉維修等。

3.1 混凝土結構修復

（1）混凝土破損缺陷修復

對于混凝土缺失較深面積較大以及鋼筋出露部位采用細石混凝土修補，其強度較原設計強度提高一級，對于混凝土缺失淺面積小的部位采用聚合物水泥砂漿進行修補。加固前，應對混凝土表面鑿毛，并露出混凝土堅硬部分，清除表面的松散層、附著物、油污、污垢及灰塵等，裸露的鋼筋應除銹，并涂一層環(huán)氧漿液，在尚未固化前再壓抹修補材料。

（2）混凝土裂縫修補

根據(jù)裂縫的寬度和深度分為兩類：一是未超標裂縫，即裂縫的寬度不超過規(guī)范允許值且裂縫深度不超過保護層的厚度；二是超標裂縫，即裂縫的寬度超過規(guī)范允許值或裂縫深度超過保護層的厚度。

對未超標裂縫按保護性修補要求處理，即對其用環(huán)氧樹脂水泥砂漿進行保護性修補，嵌入裂縫中。首先用鋼絲刷子將混凝土表面打毛，清除表面附著物，用水沖洗干凈后充分干燥，然后用樹脂充填混凝土表面的氣孔，再用修補材料涂覆表面。

對于超標裂縫，擬對其進行壓力灌漿修補，灌漿漿液采用雙酚A 型環(huán)氧樹脂。修補工序如下：裂縫清理-試漏-配制注漿液-壓力注漿-二次注漿-清理表面。

為達到加固效果，應清除混凝土裂縫表面的松散物和縫內異物；注漿材料應按試驗確定的配比，準確稱量各組材料，攪拌均勻，漿液隨配隨用；灌漿順序，垂直縫應自下而上，水平縫應自一端向另一端逐一進行。灌漿的壓力應由地下水的壓力或縫隙的阻力大小確定。

3.2 分縫處止水帶拉裂加固

分縫處止水帶拉裂，容易造成墻后土體流失，主要有兩種修補加固方案：（1）將墻后土體挖除，在縫內塞遇水膨脹止水條，并在分縫處的墻后鋪設一層土工布，然后采用強度較高的粘土回填；（2）將墻后土體加固，一般采取劈裂注漿法，并在迎水側縫內塞遇水膨脹止水條。

劈裂注漿順序由外向內，注漿漿液采用水泥-水玻璃漿液，采用425#普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.7～1.0。水玻璃模數(shù)為3.0，摻入量為水泥用量的0.5～3%。漿液注入率為20%左右。注漿壓力為0.2～0.5MPa 左右，注漿流量控制在 7～10l/min。

3.3 側墻防撞加固

由于超大船只超頻率船只通行，如采用鋼護舷加固，一方面減少航道凈寬，另一方面鋼護弦容易被船只撞擊脫落，故一般在兩側的墻體貼強度高、剛度大的鋼板加固，船只碰撞直接作用在鋼板上，經(jīng)鋼板再傳遞到鋼筋混凝土墻體，通過鋼板的緩沖和擴散作用，大大減少了作用在鋼筋混凝土墻體上的局部應力，避免兩岸墻體混凝土損壞。鋼板加固效果關鍵在于鋼板與混凝土的連接。通常的鋼板與混凝土連接有粘結連接和螺栓連接方法。

粘結連接法是在被粘結的混凝土表面鑿毛清污后，采用膠粘劑涂抹在鋼材或混凝土被粘面上，然后將鋼板準確地粘貼到混凝土表面上。螺栓連接法是首先在鋼板預留螺孔，混凝土墻體相應位置上鉆孔，將鋼板緊貼在混凝土表面，然后在兩者之間采用螺栓錨固連接。普通螺栓與混凝土墻體之間有較大的縫隙，在受到船只的反復撞擊后容易松動，導致鋼板固定失效，故一般采用特制液壓膨脹螺栓或化學螺栓固定鋼板。為保證墻體表面的平整，螺栓采用沉孔式結構，由預制沉杯連接螺栓與鋼板，避免了螺栓凸出鋼板表面影響通航。為減少鋼板與混凝土之間的空隙，增加鋼板與混凝土墻體之間整體性，鋼板固定后，用速凝耐壓膠將鋼板四周與混凝土之間縫隙密封，待密封膠干硬后，用機械方法，從預留槽孔將灌注型粘鋼膠慢慢壓入鋼板與混凝土之間，使鋼板與混凝土之間牢固粘結為一體。

3.4 閘門及啟閉設備的維修

閘門及啟閉設備根據(jù)檢測情況進行更換和維修養(yǎng)護：船閘閘門主要對止水橡皮進行調整或更換，對活動門槽局部變形彎曲進行校正或更換。對閘門銹蝕部位進行局部防腐處理，局部除銹達Sa2.5 級后涂環(huán)氧富鋅底漆80μm，環(huán)氧云鐵中間漆100μm，氯化橡膠面漆80μm。對啟閉機的大小齒輪更換，新的啟閉機大小齒輪的各項技術要求必須滿足相關規(guī)范的要求。

4 結束語

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，內河航運量大大增加，超負荷超大船只對船閘碰撞作用遠超設計標準，造成船閘墻體混凝土破損、鋼筋出露、裂縫出現(xiàn)、止水帶拉裂、啟閉設備磨損及機電設備老化，很多船閘存在安全隱患。為確保船閘運行安全，須對船閘進行安全狀態(tài)鑒定評估，對于不符合運行要求的船閘需進行維修或除險加固。本文在相關工程鑒定評估及加固設計實踐的基礎上，總結相關經(jīng)驗，為類似工程提供借鑒。