淺談東河水利樞紐水閘防滲加固工程處理方法

梁健偉 中山市堤圍管理中心

1.東河水利樞紐工程管理所基本情況

東河水利樞紐工程管理所包括東河水閘、東河船閘和東河泵站，是一個以防洪、防潮、排澇、灌溉、航運、沖污等功能為主的大（2）型，主要建筑物級別為1級綜合水利樞紐工程，是中順大圍防洪排澇體系重要的組成部分。中順大圍東河水利樞紐工程位于中順大圍下游岐江河出口，下連橫門水道，距珠江口約14km，上接中順大圍岐江河、淺水湖等主要排澇河道，又是溝通中順大圍與外江聯(lián)系的航運咽喉，是中順大圍最大的一宗水利樞紐工程，設計保護范圍709km（包括中山城區(qū)），捍衛(wèi)耕地51萬畝，人口70余萬及超過1000億元固定資產(chǎn)。

2000年7月1日東河水利樞紐主體工程正式投入試運行，根據(jù)《水閘安全鑒定管理辦法》，投入運行十五年的大型水利樞紐須進行全面安全鑒定。根據(jù)委托廣東省水利水電科學研究院對東河水利樞紐進行安全鑒定，發(fā)現(xiàn)水閘前后護坦空箱預制件散亂沉陷，消能防沖設施被沖散，河床中普遍出現(xiàn)“沙跑石漏”現(xiàn)象，水閘基礎存在滲流不穩(wěn)定的安全隱患，需盡早對水閘閘基進行防滲處理，并對水閘上下游局部沖刷嚴重位置采用拋石處理的建議；鑒此，2019年1月，東河水利樞紐水閘防滲加固工程被列入2019年度中山市人大一號議案，須當年上馬建設的水利項目。

2.東河水利樞紐水閘滲漏的原因分析和結(jié)論

2.1 水閘安全檢測分析

本工程水閘具體檢測內(nèi)容主要有閘室有無發(fā)生異常沉降、傾斜、滑移等現(xiàn)象，閘后有無發(fā)生沖刷、淘刷等情況。

2.1.1 混凝土強度檢測—鉆芯法

檢測結(jié)果現(xiàn)狀混凝土強度滿足設計強度，工程運行安全。（見表1）

表1 鉆芯法統(tǒng)計結(jié)果表

2.1.2 混凝土強度檢測—回彈法

經(jīng)回彈法檢測分析可知水閘檢測強度滿足設計工況。（見表2）

表2 回彈法統(tǒng)計結(jié)果表

2.1.3 水下多波束測深儀檢測分析

通過采用多波束測深儀探測結(jié)構(gòu)表明，水閘內(nèi)外江的沉箱均已散亂沉陷，部分已被淤泥覆蓋。均出現(xiàn)了淤泥深厚的河床中普遍出現(xiàn)的“沙跑石沉”的現(xiàn)象，嚴重影響了基礎的抗沖能力。

多波束測深儀檢測圖像見圖1。

圖1 水閘上下游空箱護坦及閘室掃描圖

2.1.4 水下潛摸檢測分析

1#-10#水閘閘室底板與預埋件存在高低差，參差不齊，閘室底板發(fā)現(xiàn)預制在底板上鋼管，鋼管高處底板18 厘米左右，部分水閘與預埋件的縫隙被砂漿覆蓋，3#水閘外江方向底板與預埋件的縫隙中發(fā)現(xiàn)有 2 處凹坑，長60 厘米，寬 22 厘米，深度 60 厘米，凹坑底部為粘泥、沙，其他位置未發(fā)現(xiàn)異常情況；內(nèi)江方向預埋件擺放比較雜亂，底部有淤泥，沙袋及水泥袋等垃圾。

2.2 現(xiàn)狀調(diào)查和地質(zhì)勘察報告分析

水閘閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎為鉆孔灌注樁，工程運行16年，外觀整體良好，未有明顯的沉降，閘墩表面混凝土有輕微的老化碳化現(xiàn)象；水閘右岸墩臺存在開裂和不均勻沉降現(xiàn)象；2#孔、4#孔交通橋下到外江側(cè)工作橋的樓梯存在輕微的混凝土銹脹開裂露筋現(xiàn)象；9#孔和10#孔外側(cè)廊道外墻存在露筋現(xiàn)象；水閘前后護坦采用水下吊裝空箱式預制件，水閘內(nèi)外江的部分沉箱已散亂沉陷。

各點比降計算彩云圖見圖2。

圖2 各點比降計算彩云圖

2.3 水閘檢測情況總結(jié)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，當水閘內(nèi)外側(cè)水位差較大時，水閘內(nèi)河側(cè)常出現(xiàn)滲流異?，F(xiàn)象，推測原水閘防滲鋼板樁已經(jīng)失效；根據(jù)本工程安全評價地質(zhì)勘察報告，東河水閘閘基為淤泥質(zhì)土，屬軟弱土層，在地震作用下可能發(fā)生震陷，影響水閘安全；

根據(jù)本工程安全評價現(xiàn)場調(diào)查，水閘上、下游的混凝土框格拋石護坦經(jīng)過多年運行已發(fā)生不均勻沉陷沖散現(xiàn)象，嚴重影響其消能防沖功能；為保證東河水利樞紐水閘能繼續(xù)安全運行，根據(jù)本工程安全評價的結(jié)論和建議，急需對水閘閘基進行防滲加固，對護坦進行加固處理。

圖3 施工作業(yè)平臺圖

根據(jù)以上論述，東河水閘樞紐工程管理所水閘部分存在較大安全隱患，需對水閘部分進行防滲加固處理。

3.防滲處理方案

3.1 鋼板樁防滲墻施工方法

3.1.1 鋼板樁防滲墻施工技術要求

水閘閘底板內(nèi)河側(cè)和外河側(cè)分別新建鋼板樁防滲墻。鋼板樁防滲墻施工采用分段施工的方式，施工分段內(nèi)關閉水閘閘門，原則上每段的跨數(shù)不超過2跨，盡量減小分段內(nèi)的水流速度。采用水上和水下配合作業(yè)施工，先用水上液壓破碎機配合液壓挖掘機清理出防滲墻帽梁槽位，基槽內(nèi)采用泥漿護壁，要求基槽底部不得有大于0.15m的塊石，控制基槽底部超挖不大于0.3m。為不影響基槽內(nèi)鋼板樁施工可利用水下液壓切割機對基槽邊原混凝土空箱的鋼筋進行切割。防滲墻基槽開挖完成后需要潛水員對水閘底板端部混凝土面粘結(jié)物進行清理，保證底板端部混凝土面平順光滑。防滲墻基槽完成后應分單元進行水下基槽驗收。驗收合格后再利用水上打樁機進行鋼板樁施打，先施打支撐鋼板樁，嚴格控制支撐鋼板樁的定位和垂直度，如在施工過程中發(fā)現(xiàn)鋼板樁無法到底，應先對地質(zhì)情況進行分析，如鋼板樁下端部已經(jīng)進入持力層，則停錘。如果下部存在孤石阻擋，則先拔出鋼板樁，利用鉆機鉆除孤石再重新施打，保證支撐鋼板樁伸入地基持力層一定深度，再兩側(cè)對稱按順序逐排施打相鄰鋼板樁，對支撐鋼板樁之間的鋼板樁應控制樁頂高程為設計樁頂高程。所有鋼板樁施打完成后再統(tǒng)一對支撐鋼板樁進行水下切割。所有鋼板樁的材料及規(guī)格必須滿足國家標準，鋼板樁統(tǒng)一采用12m長的規(guī)格，支撐鋼板樁的接樁應滿足有關規(guī)范要求。鋼板樁施工完成后，應盡快分單元進行樁頂水下驗收，驗收合格后盡快進行水下混凝土帽梁的澆筑，澆筑混凝土應有潛水員配合作業(yè)，混凝土澆筑前可利用高壓水槍對鋼板樁頭和閘底板端部表面進行沖洗，保證與混凝土的粘結(jié)，水下混凝土施工時水流流速宜小于1.0m/s?；炷撩绷簼仓瓿珊髴謫卧M行帽梁驗收，主要保證混凝土帽梁的設計高程和平整度，砼澆筑完成14天后，方可開閘放水。鋼板樁防滲采用物理方法連接，防滲效果好，施工技術成熟，水上施工便利，效率高，對地基土層要求不高。雖然12m長鋼板樁沒有穿透淤泥層，但是本次加固主要是對防滲進行加固，淤泥層為弱透水層，12m鋼板樁極大的增加了水閘滲徑，同時滲透坡降也降低很多，能滿足設計要求。

3.1.2 施工作業(yè)平面布置

施工前搭設2個浮式施工作業(yè)平臺：7m×20m的防滲墻施工水上工作平臺和3m×3m的閘基灌漿施工水上工作平臺。平臺上設置材料堆放區(qū)、設備擺放區(qū)，潛水著裝區(qū)、水面監(jiān)控區(qū)、休息區(qū)等。在具體布置中根據(jù)工程特點及現(xiàn)場實際條件，合理布局。

本工程按2孔一段分段施工，所有分段施工期在水閘上、下游均設置1m凈寬的施工便橋，施工便橋采用工字鋼梁焊接橋，主要施工人員通行交通。另外配備橡皮艇2艘，作為水上交通工具，運輸物資及人員。

3.2 膜袋混凝土護坦施工方法

3.2.1 膜袋制作

本工程下游護坦段每個模袋平面尺寸為8m＊24m，設置24個砼充灌孔；上游護坦段每個模袋平面尺寸為8m＊21.5m，設置22個砼充灌孔.膜袋縫制加工應考慮不小于縱向3%、橫向8%的充灌縮率。膜袋中充填C30細石混凝土。

圖4 施工人員通行便橋

膜袋示意圖見圖5。

圖5 膜袋示意圖

3.2.2 膜袋鋪設固定

（1）膜袋固定樁設置及膜袋上端模板安裝。

膜袋上端是鋼板樁防滲墻帽梁的基槽，為使膜袋砼施工不影響樁防滲墻帽梁砼的斷面尺寸，防滲鋼板樁施工完成后，沿模袋上端軸線方向在距舊閘底邊1000mm處每2米施打一條12長的鋼板，鋼板樁插入基槽底5-6m，樁頂露出水面1-2m，作為膜袋上端固定樁和膜袋砼模板安裝的支撐樁。膜袋尾端500mm處沿軸線方向每2米施打一條12長的鋼板，鋼板樁插入基槽底5-6m，樁頂露出水面1-2m，作為膜袋尾端固定樁。

膜袋上端模板安裝：為使膜袋砼施工不影響鋼板樁防滲墻帽梁砼的斷面尺寸，制作長3000×高1000mm定型鋼模板，由吊機配合潛水員固定在膜袋上端固定膜袋的鋼板樁外側(cè)，以固定膜袋的鋼板樁作模板支撐，膜袋砼充填完工后使膜袋上端軸線剛好是鋼板樁防滲墻帽梁砼外邊線。膜袋砼達初凝后拔出鋼板樁，吊機配合潛水員拆除定型鋼模板。膜袋尾端不設置模板安裝。

（2）膜袋鋪設固定。膜袋進場后按施工順序、方位預先分布于現(xiàn)場水閘交通橋上，檢查在運輸、搬運是否造成的破損，如有應立即修補。膜袋檢查認定合格后，膜袋上端、下端對應固定樁位置設置固定膜袋的拉繩，然后在水閘交通橋上圈成一個圓柱體，岸上施工人員站在船上或水上浮橋上配合潛水員沿岸線施工方向鋪設土工膜袋，展開時灌口朝上。膜袋上端沉入已安裝好的模板底部，拉繩穿過已固定的鋼模板底與鋼板樁固定。

膜袋上端定位后，找出膜袋下端，用船由施工人員將膜袋拉開至尾端指定界點并平直定位，由潛水員水下固定在鋼板樁上。完成后將膜袋慢慢沉到河底，為加速膜袋沉入河底，在膜袋上可適當放入小砂袋，砂袋上用繩固定一個水浮物，以便水上清除。膜袋鋪設時由潛水員進行配合、檢查。

相鄰膜袋搭接時使用搭接布搭接并預留5cm左右的膜袋作為收縮余重。膜袋與膜袋處搭接采用正反搭接，先施工的在下，后施工的在上。施工過程全程定位，保證搭接質(zhì)量。膜袋鋪設完成后派潛水員進行自檢，主要檢查膜袋安裝位置，膜袋有無漏縫、脫線、破漏，相鄰膜袋搭接是否滿足設計要求。模袋混凝土整體性較好，耐久性強，施工效率高，地形適應能力強，特別是原空箱護坦，底部膜袋可以伸入空箱空隙中，增強了穩(wěn)定性。外河側(cè)的膜袋混凝土既防沖還防滲。

圖6 外江側(cè)膜袋混凝土護坦

圖7 內(nèi)河側(cè)膜袋混凝土護坦

3.3 閘基灌漿加固方法

水閘地基為軟弱的淤泥土，而水閘基礎處理采用進入基巖的混凝土灌注樁，地基沉降時，水閘底板不會沉降，則閘底板下部容易造成脫空。根據(jù)調(diào)查了解，水閘擋水時出現(xiàn)的滲流異常也說明了這一點。水閘地基灌漿處理后，問題消除，但經(jīng)過一段時間運行后又會出現(xiàn)，所以水閘底板灌漿是長期的加固措施。

此次采用鋼板樁防滲墻對水閘防滲處理后再進行底板灌漿，填充底板以下空隙，增強底板以下土層的密實度。

為盡量保證閘底板的完整性，本次閘基充填灌漿布孔利用原有底板灌漿孔，水閘共10孔，閘室凈寬15m，閘室長度20m，每個閘孔垂直水流方向共布置5排，每個閘孔共布置29個灌漿孔。

灌漿施工采用船上灌漿，孔位定位需要潛水員配合作業(yè)。結(jié)合水閘運行特點，為便于以后再次灌漿，本次灌漿材料采用粘土漿，建議粘土的塑性指數(shù)為10～25,粘粒含量為20%～45%，粉粒含量為40%～70%，砂粒含量小于10%。漿液水灰比大致控制在0.5～1.5：1之間，開灌時采用濃漿，以后慢慢調(diào)為稀漿。本次灌漿壓力控制不大于0.1MPa，開始灌漿時按0.05MPa左右控制，如難以進漿，可適當加大壓力。灌漿必須按分序加密的原則進行，同一排孔分兩序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。灌漿時先采用無壓自重灌漿，然后再有壓復灌，壓力大小根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，以不破壞水閘底板為準。灌漿結(jié)束后，清理混凝土底板鉆孔，采用環(huán)氧樹脂混凝土進行水下封孔。

4.防滲加固工程建設難點

水下施工。建設項目基本都是在5-6米深水下施工，施工隱蔽性較強，不確定因素較多，不能很好地觀察到施工情況，一旦發(fā)生施工事故或質(zhì)量缺隱很難處理，增加了施工風險和技術難度。

跨汛期施工。項目建設須跨越一整個汛期，施工對水閘原有防洪體系有一定的破壞，增加水閘工程度汛保安全的壓力。

施工安全要求高。施工期間需投入大量各種機械設備和潛水蛙人，如何有序配合，確保施工安全十分重要。

為了確保施工質(zhì)量與安全要求，結(jié)合工程特點和難點，建設質(zhì)量控制點，采取預控措施，重視工程質(zhì)量的事前控制，并嚴格質(zhì)量檢查，防患于未然，把質(zhì)量事故消除在萌芽狀態(tài)；克服施工技術要求高、水下施工困難大，全力督戰(zhàn)，迎難而上，自我加壓，爭先創(chuàng)優(yōu)，加強施工細節(jié)管理，嚴格施工標準，注重工程質(zhì)量監(jiān)督。

5.結(jié)束語

為了降低水閘工程的安全隱患率，進行水閘漏水原因的分析及方案的制定是必要的，進行先進設計及施工技術的使用，優(yōu)化水閘工程管理方案，提升水閘工程的整體安全性。