某大型节制闸闸前铺盖破坏原因及其处理

2012-07-14侯利平

湖南水利水电 2012年2期

侯利平

（益阳市水利局益阳市 413000）

某中型节制闸位于湖南省益阳市赫山区，是烂泥湖本系治理的重点控制工程，1976年2月动工兴建，1977年11月竣工并投入运行。该闸以排水、撇洪为主，排灌与撇洪排涝相结合，兼顾航运、发电等，控制撇洪、排涝面积710 km2，保护耕地0.18万hm2，灌溉面积1.67万hm2（25万亩）。

该闸的设计标准为10年一遇，设计泄流量1 130 m3/s，校核泄流量1 430 m3/s。闸室结构为开敞式，共有8扇闸门（8 m×5 m）；闸室的左侧建有一小型发电站，设计水头10 m，装机容量500 kW；闸上建有一宽7.5 m的公路桥，是附近几个乡镇的交通要道。

1 闸前铺盖破坏状况

2007年冬枯水位时，经现场勘测，发现闸前钢筋混凝土铺盖有3条横向贯穿裂缝穿透铺盖，形状比较规则，最大缝宽达45 mm，且原有2条结构缝的止水橡皮也多处破坏，铺盖渗径减短，防渗性能降低，严重影响该节制闸的安全运行。

2 破坏原因分析

核查该闸的原设计文件及竣工资料，铺盖破坏主要有以下几方面原因：

（1）设计方面原因。铺盖原设计厚度250 mm，长40 m、宽75.2 m，纵横向配筋均为Φ6@200 mm，设有纵向伸缩缝 10条，纵缝间距（8.6～9.4）m，横向根本未置设伸缩缝。根据水闸设计规范，原铺盖的设计厚度、配筋及横向分缝均不符合规范要求（规范要求分别为：设计厚度400 mm～600 mm，配筋为Φ10～12@300 mm，横向分缝间距 10 m～20 m）。

（2）施工方面的原因。该闸建于20世纪70年代，施工采取以民兵、农民为主体的大兵团作战方法，从底板开挖、混凝土浇筑、养护到钢筋制作安装、伸缩缝的处理等均达不到规范要求，有5条纵向伸缩缝根本未作止水处理。

（3）运行管理方面的原因。为了满足灌溉、捕鱼、水利秋冬修方面的要求，水闸在运行期间基本处于关闸蓄水与开闸放水两种状态，或长时间潜藏于水里、或长时间裸露于空气之中，从而底板反复经受着水上水下、温升温降变化的影响。

由于铺盖混凝土强度不高，无法抵御温度应力的变化，产生温度裂缝，随着水流的渗透，地基产生不均匀沉陷，最后导致裂缝扩展。

3 处理方法

3.1 方案选择

本节制闸闸前铺盖处理的目标是恢复闸的原设计受力条件，即要求铺盖经防渗处理后，其水流渗径长度必须满足原设计要求，为此提出了修补原铺盖、重做铺盖和闸前增设悬挂式防渗墙三种处理方案。

经认真分析比较，确定选择第三种方案。该方案是利用高压喷射灌浆技术在闸底板前形成防渗墙，同时对防渗墙上游的铺盖裂缝作物理修补，达到与原设计铺盖有同等的抗渗作用，既不受原设计铺盖下地基变化的影响，又安全可靠，且总造价较小。

3.2 防渗墙设计

根据莱因渗透理论，沿铅直渗径削减渗透水头的效果是沿水平渗径削减水头的3倍。利用垂直防渗墙代替水平铺盖，根据渗径相等原则进行计算，防渗墙只需深入基础以下7.0 m处便可起到与原铺盖（长40 m）同等的防渗效果（见附图）。采用防渗墙恢复的渗径长度为：

且根据原设计地质资料，水闸地基高程（27.5～23.5）m范围为细砂夹泥层，高程23.5 m以下为细砂层，防渗墙需穿过细砂层夹泥层并插入细砂层内一定深度，才能更好地保证防渗效果。因此，防渗墙的深度定为8.0 m，最小厚度不小于20 cm。

附图高压喷射灌防渗墙墙示意图（单位：m)

3.3 高压喷射灌浆

在冬季开闸放水后铺盖处于干燥状态时进行施工。为便于操作及保证防渗效果，防渗墙定在闸前铺盖最末一条贯穿裂缝的下游，墙体轴线平行于闸轴线，离闸底板前缘0.8 m，并沿翼墙伸入两岸岸坡内。灌浆孔沿防渗墙线单排布置，孔距2.0 m，单孔深8.0 m，喷射形式为摆动喷射。喷嘴直径1.8 mm，喷射管提升速度（5～6）cm/min，水泥标号 425#、浆液比重1.7～1.8。采用3管成套技术，灌注水压力控制在35 MPa左右，气压力0.7 MPa，水泥浆液压力0.3 MPa，摆喷角 20°，防渗墙以折线切割式连接（10°），墙底插入细砂层以下1.0 m，墙顶与混凝土铺盖相接。

3.4 裂缝处理

位于防渗墙上游的裂缝只作物理修补，即在缝中填塞油膏麻绒并整平，以保证外观完整并使之能发挥防渗板的作用；对防渗墙下游的结构缝（闸底板与铺盖间的沉陷缝）除在缝中填油膏麻绒外，还用环氧树脂砂浆粘贴平板橡皮止水，以保证防渗止水效果。

4 处理效果

本节制闸闸前铺盖通过高压喷射灌浆处理后，经现场测定：闸下游渗透逸出坡降明显减小，消力池内翻砂鼓水现象已经消除，完全达到了原设计要求。从2007年底至今，经历了2008年、2009年、2010年几个汛期的考验。2011年冬枯水位时，曾组织人员重新对闸前铺盖裂缝进行测定，发现处理后的裂缝没有继续扩展，其裂缝宽度、表面平整度和下游渗流逸出情况仍保持不变，完全处于正常运行状态。这说明采用高压喷射灌浆形成防渗墙的处理措施是成功的。实践证明，高压喷射灌浆技术在粘土、砂类土等地基上进行防渗加固处理效果较好，且具有设计施工简捷、投资省等许多优点，值得推广采用。