“U型”鋼圍堰在大治河船閘門槽搶修中的應(yīng)用

張 羽 胡春麟

“U型”鋼圍堰在大治河船閘門槽搶修中的應(yīng)用

張 羽 胡春麟

一、工程背景

1.工程概況

大治河西閘位于上海市閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)大治河口，西距黃浦江約800m，為中型水利工程，主要由節(jié)制閘、船閘和公路橋組成。節(jié)制閘共6孔，每孔寬10m，閘門采用直升平面鋼閘門；船閘通航等級(jí)為300t級(jí)，閘室有效長(zhǎng)度300m，寬度20m，閘門寬12m，采用升臥式平面鋼閘門；工程于1977年12月動(dòng)工建設(shè)，1979年12月竣工投入運(yùn)行，是上海市浦東片最主要的水利樞紐工程，具有防汛、調(diào)水、通航等綜合功能。

2.運(yùn)行現(xiàn)狀

大治河西閘位于浦東片，根據(jù)《上海市水利控制片水資源調(diào)度實(shí)施細(xì)則》，非汛期主要為引水，每日一到兩潮，閘內(nèi)水位控制在2.9～3.2m（上海吳淞高程，下同），年累計(jì)運(yùn)行300余閘次。同時(shí)，大治河西閘承擔(dān)通航功能，船閘年累計(jì)通航噸位近3000萬(wàn)t，24h不間斷通航，船閘運(yùn)行非常頻繁。

3.搶修背景

（1）大治河船閘運(yùn)行至今已近40年，水工結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備及附屬設(shè)施等均出現(xiàn)不同程度老化，尤其是船閘外閘首南北兩側(cè)門槽導(dǎo)軌和混凝土水下部分破損較嚴(yán)重，導(dǎo)致閘門升降至距離底板25～30cm時(shí)有明顯卡阻現(xiàn)象，當(dāng)內(nèi)外河水位差較大時(shí)甚至無(wú)法啟閉。2012年3月和2014年7月已分別兩次對(duì)門槽水下部分進(jìn)行加固處理。

（2）大治河船閘建于20世紀(jì)70年代，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，設(shè)計(jì)通航等級(jí)為300t級(jí)，而實(shí)際過(guò)閘船舶有的已逾千噸，通航壓力非常大。尤其2016年8月上海市在全國(guó)率先取消船舶過(guò)閘費(fèi)征收，社會(huì)船舶較以往又大幅增加。除了大量社會(huì)船舶，大治河船閘還承擔(dān)了非常重要的環(huán)衛(wèi)船舶通航保障工作。上海市每天有近一萬(wàn)噸生活垃圾需由環(huán)衛(wèi)船舶經(jīng)由大治河船閘運(yùn)往浦東老港垃圾填埋場(chǎng)，而大治河船閘是水上唯一口門。

（3）2016年2季度大治河船閘門槽水下探摸檢測(cè)報(bào)告表明，兩側(cè)門槽護(hù)角鋼板和軌道多處缺失、翹起，局部開(kāi)裂，外角混凝土有缺損現(xiàn)象，為確保船閘正常運(yùn)行，需及時(shí)修復(fù)。

二、門槽損壞及原因分析

大治河船閘外河緊鄰黃浦江，受潮汐影響，內(nèi)外河水位差在不斷變化，通常在1m以上。除了門槽軌道銹蝕，混凝土本身老化、松動(dòng)原因外，經(jīng)分析，可能還有如下原因：

1.船舶撞擊

大治河船閘通航量大，過(guò)閘時(shí)閘室都是滿閘狀態(tài)，加之社會(huì)船舶普遍存在超噸位和超載現(xiàn)象，進(jìn)出閘室時(shí)又經(jīng)常存在搶檔現(xiàn)象，船速較快。船舷甚至船頭不可避免地會(huì)蹭刮和撞擊閘室墻。船舶行進(jìn)時(shí)對(duì)建筑物的撞擊力屬于動(dòng)荷載，撞擊力道大，日積月累，會(huì)加速門槽損壞。

2.運(yùn)行方式

大治河船閘與上海市大多數(shù)船閘一樣為簡(jiǎn)易船閘，采用套閘結(jié)構(gòu)，未設(shè)專門的排水孔和輸水廊道，通過(guò)開(kāi)啟一側(cè)閘門進(jìn)行補(bǔ)放水來(lái)平衡水位差，一般設(shè)置的開(kāi)啟高度是0.3～0.5m。閘門長(zhǎng)年在同一高度附近開(kāi)啟，尤其是水位差較大時(shí)，開(kāi)啟瞬間門槽將受到閘門巨大的沖擊力，易形成疲勞撞擊，導(dǎo)致門槽損壞。

三、搶修前期準(zhǔn)備

為了確保此次門槽搶修的順利進(jìn)行，將對(duì)全市生活垃圾運(yùn)輸?shù)挠绊懡档阶畹?，水閘管理單位前期與綠容、環(huán)衛(wèi)、航務(wù)、海事、水派、物流及施工等單位反復(fù)磋商、協(xié)調(diào)。經(jīng)多方努力，最終確定此次門槽搶修臨時(shí)停航72h，具體施工時(shí)間為2016年11月21日8: 00至2016年11月24日8:00，24h連續(xù)作業(yè)，主要是為了抓住枯水期小潮汛、低潮位期間的施工有利時(shí)機(jī)。

四、維修方案與施工工藝

1.維修方案

經(jīng)反復(fù)研究，最終決定采用“U型”鋼圍堰局部擋水，強(qiáng)排后行成基本無(wú)水的施工環(huán)境，南北兩側(cè)門槽同時(shí)施工。

（1）“U型”鋼圍堰

外閘首底板頂高程-1.20m，外河設(shè)計(jì)最高水位4.40m，根據(jù)歷史潮位資料和預(yù)測(cè)潮位，2016年11月最高潮位約4.0m左右，綜合考慮門槽寬度、門槽埋件布置、作業(yè)空間及吊裝等因素，最終鋼圍堰設(shè)計(jì)為水平斷面尺寸2.0m×1.9m，高度5.5m，自重2.5t。

（2）施工方法

在臨時(shí)停航的條件下，首先關(guān)閉內(nèi)閘首閘門擋水。開(kāi)啟外閘首工作閘門至最高位置，鎖定工作閘門，由潛水員潛入外閘首水下將門槽周圍雜物清理干凈，便于鋼圍堰平穩(wěn)放置。雜物清理干凈之后，在閘墩側(cè)標(biāo)出圍堰安放位置，由浮吊工作船將圍堰安裝就位至外閘首門槽處。

鋼圍堰就位后，首先進(jìn)行臨時(shí)支撐，以防止沖擊錯(cuò)位。在鋼圍堰堰頂搭設(shè)施工腳手，布置潛水泵。一只鋼圍堰內(nèi)水的體積約20m3，考慮到滲水量，以30m3計(jì)，布置4臺(tái)5.5kW潛水泵進(jìn)行強(qiáng)排和4臺(tái)2.7kW的潛水泵進(jìn)行經(jīng)常性排水。

當(dāng)水泵安裝完畢，接通電源，便立即進(jìn)行強(qiáng)排水，使圍堰內(nèi)外產(chǎn)生水頭差，潛水員水下將堵漏材料緊貼在鋼圍堰與閘墩、底板間的縫隙內(nèi)，隔斷滲水通道，使圍堰內(nèi)施工部位逐步形成無(wú)水作業(yè)環(huán)境。局部漏水處由潛水員在圍堰外側(cè)堵漏，根據(jù)縫隙大小用長(zhǎng)度不等的棉絮卷堵塞，邊抽水邊堵漏，直至不漏水為止。堵漏結(jié)束鋼圍堰內(nèi)立即布置4臺(tái)潛水泵進(jìn)行經(jīng)常性排水，保證鋼圍堰內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間為基本無(wú)水環(huán)境。

2.施工工藝

（1）門槽預(yù)埋件修補(bǔ)以及混凝土鑿除

在鋼圍堰內(nèi)具備作業(yè)條件后，施工人員搭設(shè)施工腳手，先對(duì)門槽表面進(jìn)行清理，去除污泥、粘著物，用水清洗干凈后，檢查門槽主軌埋件、側(cè)軌埋件、混凝土等部位的損壞情況，做好記錄。

將門槽損壞埋件切割，對(duì)其后部的混凝土采用機(jī)械結(jié)合人工鑿除損壞部位表面，露出骨料和鋼筋，以增加新老混凝土的結(jié)合。用高壓水槍沖洗表面浮渣，鑿除面層粗糙，邊緣呈八字形，接觸面表面清理干凈，無(wú)松動(dòng)碎石。

切割、鑿除、清理完畢后，跟據(jù)現(xiàn)場(chǎng)尺寸以及施工圖紙制作埋件。根據(jù)門槽軌道鐵、角鋼實(shí)際損壞情況，按設(shè)計(jì)尺寸對(duì)磨損軌道鐵在其表面覆蓋鋼板、更換角鋼，修補(bǔ)鋼板與原埋件、角鋼連接采用護(hù)角焊縫和表面塞焊。對(duì)原工字鋼腹板利用搭接材料與原門槽鋼筋和工字鋼焊接，提高埋件的整體強(qiáng)度和剛度。

埋件預(yù)埋應(yīng)將其與原埋件上下焊接牢固，同時(shí)垂直方向應(yīng)符合要求，確保橫平豎直。變形埋件應(yīng)進(jìn)行矯正、錨固，且必須與原門槽結(jié)構(gòu)中的鋼筋焊牢。

處理完成后，對(duì)修補(bǔ)埋件進(jìn)行防腐處理。補(bǔ)缺、更換的埋件與混凝土接觸面刷水泥砂漿。

（2）門槽混凝土修補(bǔ)

門槽埋件修補(bǔ)完成和待修補(bǔ)混凝土表面鑿除后，用高壓水槍沖洗干凈，在作業(yè)面上用毛刷均勻涂刷一層水泥凈漿，在預(yù)埋件修補(bǔ)完成后，用模板進(jìn)行立模，采用C30細(xì)石混凝土修補(bǔ)填實(shí)。此次門槽混凝土澆筑采用HK-UW-1新型環(huán)氧混凝土澆筑，該混凝土在多次船閘門槽維修中得到了成功應(yīng)用，使用效果良好，具有可在水下澆注，固化快，混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快，終期強(qiáng)度高等特點(diǎn)，特別適用于門槽加固處理?；炷翝仓戤吅螅M(jìn)行無(wú)水養(yǎng)護(hù)12h，確保達(dá)到強(qiáng)度要求。

無(wú)水養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，拆模，施工圍堰撤場(chǎng)，靜水養(yǎng)護(hù)48h后，正常啟閉閘門。實(shí)際運(yùn)行表明：閘門運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)卡阻、振動(dòng)現(xiàn)象，啟閉機(jī)油壓正常，運(yùn)行時(shí)間縮短。

五、建議與探討

門槽水下部分損壞是水閘運(yùn)行一定年限后的通病，病老水閘尤為突出。目前江蘇省水閘管理單位在水閘水下維修、搶修方面積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，值得學(xué)習(xí)借鑒。但采用局部擋水修補(bǔ)的方式，屬于事后補(bǔ)救措施，難度大，往往還不能根治存在問(wèn)題。如果在水閘設(shè)計(jì)時(shí)作適當(dāng)優(yōu)化，可能起到事半功倍的效果：（1）在工作閘門上下游側(cè)均設(shè)置檢修門槽，并盡量靠近兩側(cè)墩頭，配備相應(yīng)的檢修閘門，這樣可以為整個(gè)閘室段水下部位的檢修提供便利條件。（2）對(duì)水閘門槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：一是設(shè)計(jì)成可拆卸的門槽軌道結(jié)構(gòu)，今后可定期維修或更換；二是門槽混凝土澆筑時(shí)采用整體式“U型”鋼板作為模板，澆筑完成后即作為門槽護(hù)鋼板和滾輪軌道，可提高門槽整體剛度和使用壽命。

六、結(jié)語(yǔ)

在各方通力合作下，大治河船閘門槽水下結(jié)構(gòu)搶修僅用了不到72h就全部完成并恢復(fù)通航。運(yùn)行至今，閘門啟閉正常，無(wú)卡阻、震動(dòng)現(xiàn)象，安全可靠性提高。實(shí)踐證明采用“U型”鋼圍堰局部擋水的方式對(duì)水閘水下部位進(jìn)行維修是可行的，尤其對(duì)于不具備長(zhǎng)時(shí)間斷流停航的船閘更加適用。建議今后水閘管理單位在運(yùn)行中要強(qiáng)化管理，提升調(diào)度水平，合理控制閘門開(kāi)度；設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)考慮在工作閘門兩側(cè)增設(shè)檢修門槽，進(jìn)一步優(yōu)化門槽結(jié)構(gòu)，方便今后運(yùn)行

（作者單位：上海市堤防（泵閘）設(shè)施管理處 200080 江蘇省江都水利工程管理處 225200）