□张玉芳 □杜晓晨(河南省豫北水利工程管理局)
解放初期,党和国家号召全民“兴水利、除水害”,可中国百废待兴,经济落后资金紧缺,水利工程投资有限,而且当时工程设计标准较低;施工的经验不足;施工材料、施工设备质量较差,造成工程先天不足,再加上工程管理水平有限,虽然短时间内建了不少水利工程,发挥了一定的效益,但在运行过程中出现了许多问题,同时年久失修,有的涵闸已不能正常使用,需要整修加固,有的已成为险工必须废弃拆除,重新设计改建。
河道穿堤建筑物是河道的重要组成部分,对河道的防洪、排洪、灌溉起到了相当重要的作用,因此,在发现和总结其问题的同时,必须做好河道穿堤涵闸的设计、施工与管理。
(一)设计方面
1.设计标准低,满足不了防洪、排涝的要求。
2.洞底高,排水不畅,不能发挥作用。
3.上游铺盖护坡短、下游海漫短、防渗效果差、尾部冲刷而被淘空。
4.闸下缺少消力设施,冲刷严重。
5.无闸房。启闭设备长期遭受风吹、日晒、雨淋,风化严重,影响其寿命,会经常发生故障,启闭机不灵或漏水,降低了使用效果。
6.启闭设备多为人工操作,即手动启闭,使得启闭速度慢,难度大,不能及时满足防洪排涝的要求。
7.涵闸顶部河堤路面多为土质,遇到下雨道路泥泞,即使晴天车轮也能压成深沟,使得工作人员不宜靠近启闭设备,操作困难。
(二)施工方面
1.施工材料方面原因:由于受到当时整个制造水平的限制,缺乏很好的材料用于工程,使得工程耐久性差,使用年限满足不了设计年限。
2.施工设备方面原因:往往使得混凝土标号达不到设计标号,填土达不到设计密度等。
3.施工人员方面原因:由于过分追求工期,再加上专业人员少,缺乏正确的施工常识,监督机制不健全,导致质量不能满足设计要求,降低了工程效益。
(一)设计原则
本着“安全、实用美观、经济”的原则,根据具体情况,综合分析。比如有的涵闸考虑闸房工程造价会高一些,但它保护了启闭设备,方便了操作维修和管理,使得整个工程寿命延长了,直接效益和间接效益都得到了提高,那就要有长远的考虑。
(二)确定涵闸位置时,应全面考虑河堤形状、地质、进出口位置、施工条件等各种因素。
(三)在平面布置上涵闸中心线与堤防中心线交叉角宜控制在60°~90°之间,尽量做到水流顺畅、堤面平直,洞身应尽可能为直线,如确需转折时,应在转折处设置平顺的曲线段,曲线段的弯曲半径应≥5倍洞深直经(或宽度),转角应<60°;曲线的两端用直线段连接,其长度≥5倍的涵洞直经。
(四)涵闸进口应设在涵洞所控制的排洪、排涝面积内的较低处,进口端横断面应从大到小,做成喇叭口形状,使水流平顺。
(五)出口一定要设置门框,其作用是加固衬砌末端,防止洞脸坍塌。由于出口的断面较小,流速高,单宽流量大且能量集中,在消能布置上必须使出中水流充分扩散以降低单宽流量。根据卫河、共渠的实际情况采用平面扩散消能为好。边墙的扩散角继续扩散。消力池的深度和长度一定要通过水利学的公式计算(略)。消力池后还应做一段防冲衬护保护河床。
(六)在进行结构设计时,要本着安全、经济的原则,对作用在涵洞上的荷载进行认真分析、必要的组合,一般以正常运用情况作为结构设计的控制情况。
(七)穿堤涵闸同其他建筑物一样,渗透破坏对其的安全影响也非常大,因此防渗设计也是相当重要的。首先要搞好闸涵所在位置的河堤情况,看它是沙土堤身还是粘土堤身;其次分析该土质可能产生渗透现象的机理,看是流土、管涌、接触冲刷还是接触流土,然后对症下药,不同情况做出不同方案,因此治渗不可千篇一律。只有防渗设计恰当,施工质量好,在运行过程中才不致于因渗透破坏影响建筑物的正常使用。
在抗渗设计时,一般从两方面考虑:第一,涵闸堤身和堤基渗透设计:主要选用粘性土质,加大土质的密实度、边坡放缓、消除各种隐患等措施;第二,增加渗流流经、降低渗流出口比降、降低渗流的破坏能力,一般采用在进口前面河底增加混凝土板,增加进水口两侧挡土墙的长度,所有接缝均防水处理;在出水口两侧采取防渗措施,如增加防渗铺盖,布置防渗斜墙等措施。
(一)保证施工队伍的素质。要做到这一点,就得采取一定的办法,如公开招标择优确定施工单位,并签订合同,明确各方职责、权益和义务,严格按照施工规范和技术要求组织施工。
(二)健全质量监督机构,对每个工程要派有施工经验的工程技术人员负责检查监督。建立施工记录工作制度,对隐蔽工程及施工中出现的问题和处埋措施都要详细记载,根据工程进度及时地组织检查验收,不留隐患。
(三)保证建筑材料的质量。施工中的主要材料如水泥、钢材必须有产品质量合格证和试验报告。石材要坚硬,不能使用风化料,砂料要选用洁净的中粗砂。填土料一定要经过筛选剔除杂物,含水量大的粘土、淤泥、冻土、膨涨性土及有机含量>8%、硫酸盐含量>5%的土不能作为填土材料。
(四)严格各工序的施工控制参数。填土时一定要分层填筑,分层压实,控制干容重和铺土厚度。砌石工程施工时,因混合砂浆中的灰膏为气硬性材料,只有在空气中才能硬化,而穿堤涵闸埋设于土下,所以砌石砂浆一定要用水泥砂浆,不能用混合砂浆。混凝土施工时要注意石骨料的实际含水率、配合比、水灰比、混凝土搅拌时间等。另外混凝土应分层浇灌,分层振捣,连续浇筑,尽量缩短间歇时间,混凝土浇筑层的厚度,浇筑混凝土的最长间歇时间等不得超过规范规定值,并做好养护工作。
(五)在施工过程中,要对一些影响涵闸质量的问题进行处理。如混凝土开裂在一定程度上破坏了结构的整体性,致使钢筋结构锈蚀,承载力降低,影响结构和使用寿命。因此,对混凝土裂缝进行修补非常重要。具体来说:
1.对于细小的稳定裂缝,因其对结构承载力无影响,用水泥砂浆加胶涂抹即可。
2.对于裂缝宽度较大且独立的裂缝,先将裂缝处表面凿毛,清除浮灰,深刷水泥水,置入钢筋网、浇灌混凝土,养护达到标准后,进行水泥砂浆造面。
3.内部有缺陷和有防水、防渗要求的深层裂缝,选用钻孔,然后灌入高标号水泥浆。
4.若因外部荷载发生变化,或设计时钢筋数量不足造成构件抗弯强度不够时,可跨裂缝打斜孔,增加锚接筋,注入高强度浆液,表面水泥砂浆抹平。
对于水断面糙率要求高的构件,可采用粘贴纤维布防渗的办法,起到防渗补强的效果。
对于漏水的涵洞和闸门也要及时处理。较大直径涵洞,人可以钻进去用水泥砂浆涂抹;若顶部断裂的涵洞,可在断裂处用一定厚度的钢板,下面设支撑柱支撑。洞径小不能进人的涵洞,可将堤身挖开,取出破损的涵管,换上新管,接头处一定要增加锚接筋,便于更好的连接,增加整体强度,还可以防止表面混凝土裂缝,然后采用分层压实法将堤身复原。
闸门漏水时可移动、降低、垫高闸门止水橡皮和岸墙止水面复合,消除漏水现象。启闭系统使用不灵时,要有足够的润滑剂润滑转动部件,同时易损件要有备用件,维修工具齐全。
穿堤涵闸在运行过程中,根据河流水位、季节变化情况,对其要定期或不定期的实施观测,及时发现问题,处理问题,防患于未然,具体应采取以下检测措施:
(一)检测闸房在多雨季节是否有漏水现象,一旦发现及时补救。
(二)检测涵闸周围河堤是否有蚁穴、渗流现象,发现后及时探明情况以及洞穴走向,及时采取措施堵洞渗。
(三)闸门检测时,观测其形状、闸门运行轨道是否变形,常用的方法是:用钢尺测量闸门的两对角线是否相等,或在误差内,用金属吊坠观测轨道的垂直度。检查木件部分是否有虫蛀腐蚀现象、金属构件防锈漆是否脱落、有锈蚀现象;可用铁锤的平面部分敲击,然后再用锤尖敲击,如漆皮脱落、掉锈渣,就应及时清理锈蚀部位重新刷漆,如果锈蚀面积较大、较深,就要请专家对其承载力、使用寿命进行鉴定。
河道穿堤涵闸建好后,必须坚持以防为主、防重于修、修重于抢的原则,克服“重建设,轻管理”的落后思想,成立专门的管理机构,实行专人负责,配备必要的生活、管理设施,为保证管理工作的连续性,可采取分级管理、专管与群管相结合的办法。多个村共同受益的,由建筑物所在乡水利站负责,但都必须服从县工程管理部门的统一指挥,管理人员可由县、乡、村三级商定,管理人员经费可根据具体情况,由县、乡、村财政补给和自主经营创收。
工程结束后应将竣工验收资料交给工程管理单位,工程管理部门和从事管理工作的人员,必须严格执行水工建筑物技术管理的各项规章制度,并按时进行观测养护,以保证水工建筑物的正常运用。工程管理部门还应根据《水法》、《河道管理条例》等基本法律法规,制定出相应的管理办法,切实做好管理工作。