大涌口水闸病险分析及加固措施研究

2022-03-06胡绪宝中山市水利水电勘测设计咨询有限公司

珠江水运 2022年3期

胡绪宝中山市水利水电勘测设计咨询有限公司

1.工程概况

大涌口水闸是位于坦洲涌入江口中珠联围干堤上的一座集防洪（潮）、排洪、抗咸，兼顾供水的综合性水利工程，是联围主要的水工建筑物之一。该水闸初建于1959年，经2006年重建。重建后水闸为12孔，过流总净宽170.4 m，闸室总宽198 m，闸底板高程-3.5m，排涝标准能力达50 年一遇标准，防洪潮标准达到100年一遇。大涌口水闸全貌见图1。

图1 大涌口水闸全貌图

2.病险问题分析

2.1 工程现状调查

工程现状调查反映出的水闸存在的主要病险问题包括以下几点：

闸室边墩及1#～2#、2#～3#、4#～5#及8#～9#中墩出现混凝土保护层剥落露筋或裂缝；闸室1#、2#、5#、7#工作桥面层混凝土保护层开裂剥落露筋；水闸交通桥外河侧栏杆底部全部锈蚀破损，栏杆外侧设有防浪墙（兼做栏杆），防浪墙缝墩位置内侧混凝土保护层剥落露筋；现状各液压支墩均存在不同程度的混凝土保护层剥落露筋；廊道外河侧（胸墙）多处混凝土保护层开裂。

水闸原设计未考虑混凝土防腐处理。经过多年运行，水闸多处结构，如水闸闸墩、液压支墩、前后翼墙、防浪墙迎水侧等位置的混凝土结构受到较重腐蚀，影响到水闸的结构安全。

现状水闸主体与两岸翼墙间结构缝，翼墙间结构缝均超过原水闸设计要求，结构缝最宽处达150.27mm，可能是因为翼墙发生位移导致结构缝变大，过大的结构缝可导致分缝处止水拉裂失效。

大涌口水闸工作闸门全部为钢闸门，运行至今已有15年，由于闸门位于咸潮河段，受海水浸蚀，门体构件均出现轻微锈蚀现象；受风浪作用垂直水流方向晃动幅度大，闸门主轮均有不同程度的倾斜，其中8#闸门右侧下主轮已缺失，5#～7#工作闸门底部支承已缺失；闸门主轮不能有效与轨道接触导致启闭时滚轮与轨道间的滚动摩擦变成滑动摩擦，轨道均有一定锈蚀现象；闸门顶止水橡皮均有不同程度的老化、损坏、撕断、缺失，止水压板及螺栓锈蚀，闸门止水效果较差。启闭机液压杆普遍存在锈蚀现象，锈蚀主要发生在活塞杆下半部位，导致启闭时液压缸漏油，部分油缸漏油严重致使液压杆吊点不同步，闸门无法正常启闭；用于监控工作闸门开度的液压启闭机的行程检测装置采用传统的钢丝绳缠绕的方式对闸门的开度进行监控，钢丝绳易受外界环境影响，监控精度不高。

电气设备部分现在虽能正常运行，保养维护也较好，但由于运行时间较长，液压启闭机及控制柜、PLC等软硬件需要更新升级，部分操作手柄老化腐蚀。

2.2 现场安全检测

廊道、下游侧胸墙、水闸液压支墩等各主要构件的混凝土强度不满足原设计要求。

根据水下潜摸检测，大涌口水闸6#、7#、9#、11#、12#闸槽有明显漏水现象，止水效果较差。内外河侧消力池底板相对闸室底板面存在沉降，消力池底板与闸室底板分缝处存在一定缝隙。

根据大涌口闸底脱空安全检测（冲击影响法）结果，闸室检测结果中共发现28 处较为严重缺陷部位，包含19 处为疑似脱空区域，9 处为疏松区域，其中10#闸室底板情况最为严重，疑似脱空占比最高；6#、7#、8#闸室底板整体存在疏松状态，并零散分布疑似脱空点位，需要引起注意；3#闸室中心线底板下疑似存在一条由外河一侧向内河一侧的贯穿通道。

检测水闸1#、4#、8#工作闸门最大防腐涂层厚度183μm，不满足《水工金属结构防腐蚀规范》的标准要求。

3.结构安全复核

3.1 水闸消能防冲复核

大涌口水闸为双向运用，因此分别按排洪和引水进行消能防冲计算。

该闸正向排洪消能防冲的防洪标准为：涌内50 年一遇洪水设计，200 年一遇洪水校核，当闸内水位超过正常蓄水位0.55m 时水闸开闸泄水，此时遭遇闸外为历年低潮平均值-1.07m 时最不利，故采用该工况进行排洪时的消能防冲计算。以设计洪水和校核洪水时的最大过闸流量的上、下游水位两种工况进行复核。

引水时，闸内水位取最低内水位为-0.60m，由于引水时机是由涌内水量和外江洪潮水咸度决定的，而外江洪潮水位具有不确定性，故分别取1.60m、1.00m和平均高潮位0.45m进行消能防洪计算。计算方法参考《水利水电工程等级划分及洪水标准》《水闸设计规范》。

排水工况时根据消能计算过程，海漫实际长度小于理论设计长度，其他均满足设计要求，根据最新实测地形图，现状外河消力池存在左岸淤积，右岸沉降。不影响水工建筑物安全。

引水工况时根据消能计算过程，消力池各种尺寸均满足设计要求，根据最新实测地形图，内河消力池及海漫消能防冲设施基本完好，未受损坏，靠近海漫侧消力池出现沉降现象，不影响水工建筑物安全。

3.2 闸室稳定复核

水闸闸室稳定复核计算内容包括闸室沿基础底面的抗滑稳定计算、抗浮稳定计算、闸室基底应力、基底应力不均匀系数的计算，计算方法参考《建筑桩基技术规范》，《水闸设计规范》，计算工况包括内河蓄水期、设计挡潮期、校核挡潮期、检修期、天鸽洪水期、山竹洪水期，计算结果见表1。

表1 闸室稳定计算成果

本工程水闸闸室采用φ1000灌注桩。每联闸室段共布置63根桩，矩形布置。顺水流方向桩距2.9m，垂直水流方向桩距3.8m，采用粗、砾砂层为持力层，水闸闸室入土桩长为40m-50m。

根据闸室稳定复核计算，闸室在设计挡潮期时最大应力为79.77 KPa，故闸室段竖向力为79.77＊20＊33=52648.2KN，每段闸室有63 根，水闸闸室单桩平均竖向荷载最大值为835.68kN，根据收集到的本工程单桩竖向抗压静载试验，单桩竖向承载力特征值不小于1700kN，同时根据理论计算单桩竖向承载力特征值为1090.95kN。

根据闸室稳定复核计算，闸室段在设计挡潮期时最大水平力为7376.69KN，运行期基桩单桩水平荷载最大值为117kN，根据收集到的本工程单桩水平静载试验，单桩极限水平承载力不小于95kN（经水平承载力理论计算的单桩水平承载力特征值125.26 KN），满足规范要求。

根据闸室桩基础竖向承载力复核结果和闸室多年沉降观测数据以及对闸室墩墙等结构的调查，水闸闸室未发生不均匀沉降，故判断闸室基础满足规范要求。

根据闸室桩基础水平力承载力复核结果，抗滑稳定满足规范要求，根据现场调查及测量，闸室未发生明显位移，说明抗滑稳定安全。

3.3 闸室主体结构计算

计算主要依据规范《水工混凝土结构设计规范》、《水工建筑物荷载设计规范》，对闸室边墩、底板结构进行复核计算。结合地质报告分析，水闸边墩及检修桥环境类别为四类环境，底板环境类别为三类环境。

根据回弹法检测和钻芯法检测混凝土抗压强度检测，墩墙现龄混凝土强度推定值为27.0MPa，检修桥现龄混凝土强度推定值为24.5MPa。

经过配筋复核计算，基本组合时底板、缝墩、边墩面层钢筋受拉截面面积和底板底层钢筋受拉截面面积均满足规范要求，偶然组合时底板面层钢筋受拉截面面积和底板底层钢筋受拉截面面积均满足规范要求，底板现状情况的配筋满足规范要求。其中中墩不满足受力钢筋最小配筋率的要求。

根据《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008），对三类、四类环境，配筋混凝土最低强度等级为C 25，胸墙、支墩及廊道结构经检测局部现龄期混凝土强度尚达不到设计强度，混凝土强度不满足规范要求。

经计算，闸室的闸墩主体结构满足结构性安全，闸室底板配筋率不满足要求及裂缝宽度均不满足要求。闸室结构不满足混凝土结构耐久性要求。

3.4 闸室抗震验算

由计算结果可知，根据闸室稳定复核计算，闸室在地震期时最大应力为79.18KPa，故闸室竖向力为79.18＊20＊33=52258.8KN，该段翼墙有63 根钻孔灌注桩，闸室单桩平均竖向荷载最大值为829.5kN，根据收集到的本工程单桩竖向抗压静载试验，单桩竖向承载力特征值不小于1700kN；经理论计算，单桩竖向承载力特征值不小于1090.95kN。

根据闸室稳定复核计算，外河翼墙在地震期时最大水平力为2795.22KN，闸室单桩水平荷载最大值为65.5kN，根据收集到的本工程单桩水平静载试验，单桩极限水平承载力不小于95kN（经水平承载力理论计算的单桩水平承载力特征值125.26 KN），满足规范要求。

本工程坐落于淤泥质土层，水闸地基采用桩基，地震作用会使地基与闸底板脱离而产生掏空或集中渗流。

现状闸室下游侧闸墩顶部交通桥简支于闸墩上，无防落梁，设置橡胶支座，由于橡胶支座的自振周期较长，对上部交通桥地震惯性力的下传有较大的消减作用。

水闸闸室结构采用钢筋混凝土结构，分缝设置在闸墩上，止水采用紫铜片止水，钢筋混凝土整体结构抗震效果较好。