某節(jié)制閘除險改造中閘室段加固措施淺析

陳曉睿

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 伊犁 830000)

1 工程概況

某節(jié)制閘位于新疆伊犁河中段上，工程由上游鋪蓋、閘室、消力池、海漫、防沖槽、岸墻及上下游連接段護(hù)坡等組成[1]。該閘共24孔，每孔凈寬6 m，閘室總寬度189 m，以蓄水調(diào)水為主兼有防洪除澇功能。該節(jié)制閘投入運行至今，在下游防洪除澇和農(nóng)田灌溉方面發(fā)揮了作用巨大，并取得了良好的效益。受當(dāng)時技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件的制約，該水閘工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，閘門、啟閉機(jī)等配套設(shè)施不全，導(dǎo)致水閘遺留問題較多。經(jīng)過多年的運行，混凝土工程、砌石工程以及啟閉、機(jī)電等設(shè)備老化、損壞，帶病運行，嚴(yán)重影響了節(jié)制閘的正常啟閉及安全，其閘室底板前緣由北向南110 m～170 m段有集中滲流帶，閘室兩岸岸墻為連拱、空箱式漿砌石結(jié)構(gòu)，抗?jié)B性能差，兩岸岸墻繞滲嚴(yán)重，20世紀(jì)80年代初就發(fā)生繞滲現(xiàn)象，滲水?dāng)y帶泥砂，造成岸墻斷裂、塌陷，已出現(xiàn)滲流破壞；機(jī)架橋橋墩碳化較嚴(yán)重，存在豎向裂縫，混凝土閘門有剝落、露筋及銹蝕現(xiàn)象；止水橡皮老化；閘槽埋件銹蝕，工程老化較嚴(yán)重。工程現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)不到設(shè)計要求，使節(jié)制閘不能發(fā)揮其正常防洪、灌溉效益。本根據(jù)節(jié)制閘閘室段現(xiàn)狀存在的問題進(jìn)行進(jìn)行閘室段加固方案研究，選擇出結(jié)構(gòu)安全、投資經(jīng)濟(jì)的閘室段加固方法進(jìn)行節(jié)制閘改造。

2 閘室段加固設(shè)計

2.1 閘室布置

該節(jié)制閘共24孔，每孔凈寬6 m，過水?dāng)嗝婵倢挾?44 m，閘室段長189 m，原閘墩頂高程618.50 m，閘底板為駝峰堰型，170#鋼筋砼小底板，下設(shè)3根17 m的鋼筋砼井注樁，堰頂高程613.13 m，順?biāo)鞣较蜷L10.00 m，中墩厚1.2 m，長7.5 m，下設(shè)3根長13 m，樁徑0.8 m的灌注樁，邊墩厚1.2 m，長10.3 m，下設(shè)4根長12 m，樁徑0.8 m的灌注樁，中墩及邊墩上下游側(cè)做成圓弧形。設(shè)工作閘門及檢修門各一道，工作門槽深0.20 m，寬0.52 m，檢修門槽深0.20 m，寬0.3 m。本次將根據(jù)重新復(fù)核的閘頂高程對原閘墩進(jìn)行加高，加高后墩頂高程為620.75 m。

2.2 閘墩加固設(shè)計

(1)墩頂加高

1)計算參數(shù)

閘底板高程：613.13 m；正常蓄水位：616.13 m；設(shè)計洪水位：619.28 m；校核洪水位：620.05 m。

2)計算方法

波浪要素根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》附錄E中的公式進(jìn)行計算，平均波高和平均波周期按莆田公式計算，波高與平均波高的比值按《水閘設(shè)計規(guī)范》查取。

(1)

(2)

式中：hm為平均波高，m；v0為計算風(fēng)速，擋水時17.1 m/s；D為風(fēng)區(qū)長度，800 m；Hm為風(fēng)區(qū)內(nèi)的平均水深，正常蓄水位時3.5 m，設(shè)計洪水位時6.65 m，校核洪水位時7.42 m；Tm為平均波周期，s。波浪中心線超出設(shè)計水位的高度按下式計算[2]：

(3)

(4)

式中：hz為波浪中心線超出設(shè)計水位的高度，m；hp為相應(yīng)于波列累計頻率p的波高，m；H為閘前水深，m；Lm為平均波長，m。

由規(guī)范可知，波高與平均波高的比值應(yīng)根據(jù)建筑物級別、hm、Hm確定[3]，對于2級水閘采用累積頻率為2%的波高值，安全加高值A(chǔ)按2級建筑物確定，擋水時正常蓄水位取0.5 m；泄水時，設(shè)計洪水位取1.0 m，校核洪水位取0.7 m。

3)計算結(jié)果

經(jīng)計算，擋水時波浪計算高度值為0.513 m，擋水時墩頂高程為616.13+0.513+0.5=617.14 m。泄水時，設(shè)計洪水時墩頂高程為619.28+1=620.28 m，校核洪水時墩頂高程為620.05+0.7=620.75 m。墩頂高程取擋水和泄水兩種運用情況下的最大值即620.75 m，原墩頂高程為618.50 m，閘墩需加高2.25 m。本次將原閘墩頂部表層刷洗干凈，對表層舊鋼筋砼表面進(jìn)行鑿錨處理，然后澆筑C25鋼筋砼，表面進(jìn)行環(huán)氧砂漿抹面，加高后墩頂高程為620.75 m。

(2)閘墩裂縫處理

閘墩部分中墩下游段混凝土部分發(fā)現(xiàn)貫穿性裂縫，裂縫沿砂漿縫開裂，為不均勻沉降所致[5]。目前工程中裂縫的修補方法見表1。

表1 裂縫修補方法優(yōu)缺點比較表

結(jié)合本工程實際情況，裂縫處理采用方案五灌漿方法，灌漿材料采用水泥或化學(xué)材料。

3 閘基滲流加固處理方案

3.1 閘基滲流處理方案

根據(jù)現(xiàn)狀水閘閘室存在的問題，選擇兩種滲流處理方案進(jìn)行比選，根據(jù)比較結(jié)果選擇最優(yōu)方案進(jìn)行閘基處理，兩種方案為[6]：方案一對存在問題的閘基段進(jìn)行高壓噴射灌漿和靜壓灌漿結(jié)合處理；方案二對存在問題的閘室底板拆除重建，并對閘下流失土體部位進(jìn)行回填粘土夯實，具體方案比選見表2。

表2 閘基滲流處理方案比選表

對存在閘基滲流及底板以下土體流失的閘室段采用灌漿和拆除重建兩種方案均可解決，但在施工技術(shù)要求、現(xiàn)狀施工可行性上存在一定差異，根據(jù)兩種方案比選分析，鑒于方案一在灌漿中可能存在二次破壞，對施工環(huán)境和施工技術(shù)要求較高，最終確定選用方案二(拆除重建)更適用于本節(jié)制閘滲流加固。

3.2 閘底板設(shè)計

將閘室閘室南側(cè)9塊小底板拆除、垂直水流方向長度63.6 m，采用C25鋼筋砼重建小底板，形式保持原駝峰堰不變，小底板寬5.4 m，順?biāo)鞣较蜷L10.0 m，堰頂高程613.13 m。閘室底板的受力較為復(fù)雜，承受的荷載有自重、水重、滲壓力、浮托力、地基反力等。閘底板的內(nèi)力計算采用《理正巖土計算軟件》按彈性地基梁法(郭氏查表法)，計算單元順?biāo)鞣较蛉螌捗?，計算分施工完建期、正常運行期和校核運行期三種工況進(jìn)行計算分析，篇幅所限，列舉正常運行期計算結(jié)果見表3。

表3 正常運行期荷載組合內(nèi)力計算表

通過計算可知，施工完建期底板承受最大彎矩72.07 kN·m，最大剪力27.74 kN；正常運行期底板最大彎矩-82.70 kN·m，最大剪力-47.69 kN；校核運行期最大彎矩-140.41 kN·m，最大剪力-81.48 kN，由此可見，底板在校核運行期承受荷載最大，需按校核運行期進(jìn)行閘底板配筋計算。

3.3 閘底板止水設(shè)計

為消除滲流隱患，針對方案二進(jìn)行嚴(yán)格的止水設(shè)計。在拆除重建小底板與現(xiàn)有閘墩基礎(chǔ)之間設(shè)置兩道止水，一道651復(fù)合橡膠止水帶，一道“BWII型”遇水膨脹止水條，止水縫間用瀝青杉板(或聚乙烯泡沫板)填充。在止水設(shè)計施工時采用現(xiàn)狀閘墩基礎(chǔ)永久縫位置開槽，重建小底板應(yīng)分層澆筑，在新老建筑物達(dá)到相同高程時安裝止水，并采用聚合物砂漿封閉處理。

4 結(jié)論和建議

該節(jié)制閘具有防洪、節(jié)制、蓄水、灌溉等綜合利用的作用，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展和社會穩(wěn)定起到非常重要作用，水閘多年帶病運行，已經(jīng)嚴(yán)重影響了下游人民的生命財產(chǎn)安全。通過本次水閘除險加固改造，基本消除了安全隱患，恢復(fù)了水閘原有功能，確保了水閘后期運行和使用，工程于2017年竣工，目前運行良好，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供了保障和條件。