柴埠口水闸病险灾害及加固要点分析

张洪杰

（江西省赣抚平原水利工程管理局,江西 南昌 330000）

0 引言

水闸广泛应用于农业灌溉、防洪排涝、城镇供水、航运发电等行业[1-2]。尽管我国建设了大量水闸发挥了显著的工程效益,但受限于建设年代和经济技术条件,很多工程运行多年后均出现了不同程度的病害,突出表现在：结构损坏、防洪能力不足、建筑物老化、闸前淤积及相关设施失效。本文结合柴埠口水闸除险加固工程,分类分项探讨水闸存在的病害和采取的加固措施。

1 工程概况

柴埠口水闸位于赣抚平原灌区,是一座以灌溉为主,兼顾发电、航运等综合利用的中型水闸,位于进贤县李渡镇柴埠口村附近,主要建筑物由进水闸、船闸组成,是抚东堤主要建筑物之一。工程建成以来,为赣抚平原灌区东总干渠提供农业灌溉用水发挥了巨大的社会效益。

2 工程病险及加固措施

2.1 进水闸病害及加固要点

进水闸存在的主要问题是：进水闸砼存在老化、裂缝、蜂窝麻面、露石露筋现象；进水闸上部排架裂缝,启闭梁预埋件锈蚀；进水闸消力池底板已出现纵横裂缝和下沉现象,消力池深度、底板厚度及海漫长度不满足要求；进水闸下游两岸岸坡2010 年汛期出现泡泉渗漏险情,水闸基础存在渗漏隐患；进水闸启闭机房建设年代久远,墙体裂缝,屋面为砼预制板漏水严重。

2.1.1 闸室混凝土

由于进水闸闸室砼表面老化碳化较严重,为提高进水闸闸墩表面的抗冲磨和抗老化性能,在混凝土表面喷一层2 mm厚的聚脲弹性体抗冲磨材料对老混凝土进行保护,实施后需满足表1 中参数指标。

表1 抗冲耐磨型材料特性指标

喷涂聚脲弹性体固化快,10 s凝胶,10 min达到步行强度。复杂曲面不流挂；停工期短,对温度和水分不敏感,施工时受环境温度、湿度影响小。具有优越的抗冲磨、防渗和抗腐蚀特性；撕裂强度大于50 kN/m,抗冲磨强度达到C60 硅粉混凝土的10 倍以上,高速水流冲刷无脱落。聚脲弹性体补强由底涂、喷涂聚脲弹性涂料、脂肪族聚氨酯面层组成。

2.1.2 消能防冲设施

现状消力池长度均满足要求,但深度及底板厚度不满足要求,海漫长度不满足要求。现状消力池底板裂缝,损毁严重。因此设计对消力池进行拆除重建,池长24.0 m,底板厚0.7 m,池深1.0 m。底板梅花形布置排水孔,孔、排距3 m×3 m。消力池后接15.0 m长的干砌石海漫,干砌石厚300 mm,下设150 mm后的砂砾石垫层。

2.2 闸基渗漏及处理

由于受当时施工技术限制,水闸成墙质量难以保证。高喷防渗墙轴线布置在上游混凝土铺盖上,未形成封闭,闸基存在渗漏的可能。且防渗墙左侧起于左岸岸坡,右侧止于右岸道路,长仅约65 m,根据地勘资料防渗墙之外仍有中粗砂墙透水层,两侧存在绕渗隐患。同时,防渗墙布置在进水池上游侧,当抚河水位较高时,由于防渗墙后为砌石护坡亦存在沿坡面渗透的通道。且防渗墙已使用近30年,故在抚河发生特大洪水的汛期,进水闸下游两侧岸坡出现泡泉险情,闸基存在渗透问题。

2.2.1 基础防渗处理方案拟定

根据《水闸设计规范》闸基的防渗长度应满足：

式中：L为闸基防渗长度,m；ΔH为上下游水头差,m,进水闸在设计洪水工况下,ΔH=11.09 m；C为允许渗径系数值,进水闸基础为中粗砂,C值取7。

根据式（1）可知,如果采用水平铺盖防渗,防渗长度应不小于77.63 m,铺盖过长且难以与坡面形成封闭的防渗体系,施工质量难以保证,故不予以考虑。根据本工程地质条件和目前较成熟且应用较为广泛的垂直防渗技术,本次加固设计防渗处理采用垂直防渗方案。

2.2.2 处理方案比选

根据目前成墙技术,成墙工艺有高喷灌浆、射水造墙（射水法造砼防渗墙）、液压抓斗法等。

由表2 可知,虽然液压抓斗和射水造墙成墙造价较低,但是由于施工需要一定的施工场地,且防渗墙与建筑物形成封闭的防渗体系需拆除部分建筑物,待防渗墙实施后再对其重建,不但延长工期、增加施工难度,还增加工程投资。同时由于基础主要为中粗砂,液压抓斗和射水造墙施工有一定局限性。因此,结合工程地质条件和现场实际情况,从经济技术的角度出发,本阶段设计推荐采用高喷灌浆防渗墙方案。

表2 砼防渗墙施工工艺比较表

2.2.3 防渗加固设计

进水闸基础采用高喷灌浆处理,摆喷,孔距1.2 m。防渗墙起于进水闸左侧30 m处的公路,止于进水闸右侧管理房围墙,防渗墙长85 m。进水闸段高喷防渗墙布置在进水池砼底板上,与进水闸形成封闭的防渗体系。高喷灌浆防渗墙深入基岩0.5 m,墙体抗压强度：R28≥5.0 MPa；墙体渗透系数：K≤1.0×10-6cm/s。

根据其他工程措施施工需要,进水闸上游将设施工围堰,围堰基础采用高喷灌浆防渗,下游亦设围堰。为避免上下游水位差对高喷防渗墙的影响,确保防渗墙质量,闸基础防渗墙应在围堰实施之后进行施工,同时施工期应对下游围堰内充水,确保上下游水位差控制在1.0 m以内。

2.3 船闸病害及加固要点

船闸位于进水闸右侧,属赣抚航道上的通航建筑物,同时兼有抗御抚河洪水任务。目前船闸闸墩及闸室砼老化、蜂窝麻面；启闭机房建设年代久远,墙体裂缝,屋面为砼预制板漏水严重；人字门启闭设备陈旧、老化启闭机房裂缝,漏水；输水阀门及启闭设备不能正常工作。

2.3.1 混凝土补强

由于船闸上下闸首表面碳化较深,砼表面老化碳化较严重,为提高船闸上下闸首表面的抗冲磨和抗老化性能,在混凝土表面喷一层2 mm厚的聚脲弹性体抗冲磨材料对老混凝土进行保护。

2.3.2 人字钢闸门、输水阀启闭机房

4 座人字钢闸门启闭机房以及输水阀启闭机房建于20 世纪50 年代,屋面为砼预制板。现状墙体裂缝、漏水严重,设计对其拆除重建。启闭机房为砖混结构,房屋高5.1 m,长8.2 m,宽4.2 m。

2.4 安全监测设施

柴埠口水闸各建筑物无任何安全监测设施,水闸无水情、雨情测报设施,工程管理设施简陋,不能满足工程管理需要。本枢纽主要监测项目有：沉降及水平位移观测、水位及流量观测、扬压力观测。

2.4.1 沉降及水平位移观测

水闸水平位移采用视准线法进行监测,进水闸闸墩各上设1 个测点,共8 个测点,在右岸布置一个工作基点和一个校核基点；船闸在上下闸首各闸墩上设1个测点,共4 个测点,在船闸下闸首左岸布置一个工作基点和一个校核基点。合计观测基点12 个,工作基点2 个,校核基点2 个。进水闸、船闸垂直位移采用精密水准法进行监测,各闸墩垂直位移监测点与水平位移监测点共用。在进水闸闸址上游附近地基稳固可靠处,共布设2 个水准基点。

2.4.2 水位及流量观测

水位观测：在进水闸右岸闸前设1 个,在下游流量观测断面岸边设1 个；在船闸左岸上闸首闸前设1 个,在下闸首下游流量观测断面岸边设1 个；共计水位观测点4 个。

3 结语

基于柴埠口水闸各分部分项工程存在的险情,加固方案从混凝土补强、进水闸构件重建更换、闸基防渗、船闸处理及监测设施增补等方面完成了水闸整体除险加固设计,方案自始至终贯彻了环保、节约及经济等理念,从根本上解决了水闸存在的病险灾害,为赣抚平原灌区发挥更大的灌溉通航效益奠定了坚实基础。