基于梁山节制闸的闸基除险加固设计研究

李桂森 王伟 白玉

摘 要：济宁市梁山节制闸是一座以蓄水调水为主兼有防洪、除涝功能的综合性水利枢纽工程，在防洪除涝和灌溉中发挥了巨大作用。经全面安全鉴定，该节制闸存在渗漏情况，已产生渗透破坏，影响闸基的稳定。本文正是以此为出发点，通过比较分析，提出了改建闸室底板加固方案，并进行了内力计算和止水设计。

关键词：节制闸；闸基渗漏；除险加固

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.160

1 工程概况

梁山节制闸位于济宁市嘉祥县纸坊镇汤山、梁山两村之间，洙赵新河干流24+038处，属于淮河流域湖西水系洙赵新河干流上的大型节制闸。该节制闸1972年开始施工，1975年建成兴利，控制流域面积4206km2，正常运用洪水标准按3年一遇除涝设计，非常运用洪水标准为10年一遇防洪校核，设计流量620m3/s，防洪流量1220m3/s。

梁山节制闸闸室底板采用6×10m的170#混凝土小底板，每块下设三根直径0.8m长17m混凝土井柱桩；闸槽用170#混凝土浇注，槽内安装花岗岩石滑道，闸孔内安装3.3×6.3m梁格式钢丝网钢筋混凝土平面闸门；砌石闸墩，钢筋混凝土排架，闸门重9.8t，一启六绳鼓式启闭机四台；闸室前设170#混凝土纵向长10m厚0.5m的上游铺盖；下游设纵向长10m深1.0m的消力池，消力池下设15m长的浆砌块石护坦和5m长的干砌石海漫及纵向长3m深1.4m抛乱石防冲槽；岸墙采用空箱三铰拱结构，下设6根长17m的混凝土井柱桩基础。

2 现状问题

梁山节制闸经过30多年的运行，该闸老化严重。依据水利部颁布的《水闸安全鉴定规定SL214-98》，对梁山闸进行了全面安全鉴定，发现该闸闸室底板前缘北向南110-170米段存在集中渗流带，渗水携带泥砂，已产生渗透破坏，影响闸基的稳定。该水闸的安全状态运用指标已无法达到设计标准，工程存在严重的安全问题。

3 闸基渗漏除险加固方案优选

根据工程现状，初拟采用以下两种方案：方案一对存在问题的闸基段进行静压灌浆处理；方案二改建存在问题的闸室底板，并对闸下流失土体进行回填粘土夯实。

（1）方案一：静压灌浆处理。首先采用高压喷射灌浆技术，在闸室底板区域外缘构筑具有一定强度、能够阻止土体侧移、限制浆液扩散范围的地下围封板墙，隔断闸基土体与周围土体的联系，然后采用静压灌浆法从靠近围封板墙处开始，顺序逐步向闸底板处靠近进行灌浆施工，迫使基础外围灌注的浆液向基础下土层挤入。为避免因施工扰动引起闸室的附加沉降，将围封板墙设置在距闸底板加固区域稍远的安全距离处。

（2）方案二：改建闸室底板。对存在渗流问题的闸室段底板进行拆除改建，并对该段闸室下流失土体进行回填粘土夯实。为避免改建后闸室段仍存在渗流问题，需做好改建底板的止水设计。

（3）方案比选。以上两方案均可解决闸室渗流问题，但在施工技术要求、现状施工可行性上存在一定差异，需根据工程现状选择合理的方案。

方案一采用高压喷射灌浆与静压灌浆相结合的方式，灌浆能够很好的对闸基进行加固，进而解决闸基渗流问题。但现状存在渗流问题的闸基仅占闸室段的一半，高压喷射灌浆的封堵范围不易确定，过大的封堵范围易造成浪费且增加工程投资，稍小的封堵范围内有现状闸室不利于施工；此外高压喷射灌浆和静压灌浆均需首先利用机械在现状闸室底板上造孔，然后把带有喷头的灌浆管下至土层的预定位置进行灌浆，现状闸室底板为建于40年前的170#钢筋砼小底板，在其上密布造孔损伤较大，易造成二次破坏，产生新问题。

方案二直接拆除现状小底板并对闸下流失土体进行回填粘土夯实，该方案亦能解决闸基渗流问题。拆除现状小底板直接对闸下土体进行回填夯实工程量较大，但施工更加直观可靠，且对现有完好闸室段没有不利影响。但需特别注意改建闸室小底板与现状闸墩基础间做好止水设计，避免新旧结构间新的渗流隐患。

综上，鉴于方案一存在二次破坏的可能性，且施工技术复杂，最终确定选用方案二更适用于本闸渗流加固。

4 具体方案设计

（1）闸底板拆除改建设计及内力计算。依据方案二将闸室段小底板拆除9块，重建小底板仍采用原駝峰堰形式，采用C25钢筋砼，小底板宽5.4m，顺水流方向长10.00m，堰顶高程33.13m。

底板的受力较为复杂，承受的荷载有自重、水重、渗压力、浮托力、地基反力等。计算单元顺水流方向取单宽米，采用弹性地基梁法（郭氏查表法）进行闸底板的内力计算，计算工况分别为施工完建期、正常运行期、校核运行期。通过计算可知校核运行期闸底板内力最大，最大弯矩Mmax=-140.41kN·m，最大剪力Qmax=-81.48kN。因而闸底板可按校核运行期进行闸底板配筋计算。

（2）闸底板止水设计。在改建小底板与现状闸墩基础之间设置一道复合橡胶止水带、一道遇水膨胀止水条，缝间用聚乙烯泡沫板填充。该止水设计难点是改建小底板为现浇混凝土而现状闸墩基础为陈旧混凝土，两者之间施工工艺不同且所处状态各异。

采用现状闸墩基础永久缝处开槽、改建小底板分层浇筑、两者达到相同高程时安装止水、最后采用聚合物砂浆封闭处理的方案，即施工准备→现状闸墩永久缝开槽/改建小底板分层浇筑→现状闸墩槽面清理、修补→止水材料安装→槽面封闭→切缝，施工中应注意在永久缝处开槽时保护现状闸墩内置钢筋。

5 结论

梁山节制闸经过30多年的运行，老化严重，闸室底板前缘北向南110-170米段存在集中渗流带，渗水携带泥砂，已产生渗透破坏，影响闸基的稳定。本文通过方案比选，提出通过改建闸室底板的方案来进行除险加固，并对闸底板进行了止水设计，避免了闸基发生进一步的渗漏和渗透变形破坏，增加了闸基的稳定性，其经验可供同类工程参考。

参考文献：

[1]朴哲浩，宋力.我国病险水闸成因及除险加固工程措施[J].水利建设与管理，2011（01）：71-73.

[2]刘燕.泊头市小园节制闸除险加固工程设计[J].河北工程技术高等专科学校学报，2013，6（02）：4-7.

[3]李铁军，张德宁，付均惠. 德州市大道王节制闸除险加固设计[J]. 工程建设，2017（01）：17-18.