枣庄市病险水闸现状及除险加固探讨

史仁朋

(枣庄市水利勘测设计院 277800)

枣庄市现有水闸390余座，其中，大型水闸19座，中型水闸48座，小(2)型以上水闸320余座。上述水闸多建于20世纪五六十年代，多年来为枣庄市的工农业生产发挥了巨大的作用。经过多年的运行，水闸工程设施普遍存在老化和损坏，严重影响工程的安全和经济效益的发挥，大型病险水闸直接威胁下游人民群众的生命和财产安全。枣庄市自2009年2月开始对大中型水闸进行了全面的安全鉴定和加固处理。笔者是枣庄市水闸安全鉴定和加固的总设计负责人，下面从病险水闸现状、成因和解决的对策等作些剖析，以供同行借鉴。

1 病险水闸现状

枣庄市现有大中型水闸67座，其中，一类水闸9座(多为近几年新建)，二类水闸12座，三类水闸13座，四类水闸33座，也就是说68%以上的水闸都是带病运行。这些水闸对枣庄市的河道防洪、排涝、供水、灌溉和航运等发挥了极其重要的作用。但大部分水闸修建于“大跃进”、“学大寨”及“文化大革命”等特殊历史年代，受当时社会经济和技术条件等限制，多数工程设计标准较低、施工质量差，有很多是“三边”工程，同时建成后运行管理制度不完善，工程正常维修养护经费无正常投入渠道，更新改造、除险加固费用投入不足，在运行过程中逐渐产生老化病害，年久失修，带病运行，不仅不能发挥水闸兴利除害的功能，反而威胁着当地经济的发展，甚至产生严重的安全隐患。根据调查和检测的情况来看，枣庄市病险水闸存的比较普遍问题主要如下:

地基不均匀沉降，造成闸室结构变形(垂直和水平)破坏，闸室沉降、管涌、流土、止水和排水设施失效。水闸下游消力池、海漫、防冲槽及护坡等防冲设施水毁严重。边墩两侧刺墙断裂或无刺墙，造成闸室浇渗，个别衔接段出现塌坑，威胁边墩和堤坝的安全。闸门门板表层剥落、门体变形、焊缝开裂或铆钉松动，止水橡皮老化破损或缺失;钢闸门滚轮转动不灵。闸室、排架、胸墙、工作桥、交通桥梁板及上下游翼墙等混凝土构件裂缝、碳化、冻融剥蚀、钢筋锈蚀，强度等级降低，止水损坏、漏水。卷扬式或螺杆式启闭机钢丝绳断丝、锈蚀、接头变形;机械运转异常、制动失灵或有杂音;保护装置缺损，螺杆弯曲变形。输配电系统设施陈旧老化，接头不牢，设备多为淘汰落后产品，备用发动机损坏或无备用电源;防雷设施不健全。水闸上、下游河道宽度与水闸标准不配套，大大降低了河道的行洪能力。大部分水闸观测设施缺损，测压管堵塞，基准点损坏或松动，不少水闸连最基本的沉降位移标点和测压管都没有。许多水闸启闭机房、管理房破旧，漏水严重，部分水闸甚至没有管理房。

以上现状是枣庄市病险水闸的主要症状，亟待进行除险加固。

2 病险水闸主要成因

经分析，枣庄市病险水闸成因往往是诸多因素综合作用的结果，但总体来看，主要有以下几方面的成因。

2.1 设计因素

限于建设时的历史条件和建设管理程序不完善，加之受当时经济实力所限，致使很多建筑物混凝土和砂浆强度偏低，设计标准低，富余量少。许多工程设计的前期工作做得不细，甚至边设计边施工，缺乏必要的地质勘探资料，导致地基基础承载力不足，沉降不均匀或过大。以前的水闸大多采用勃莱法或莱因法拟设闸基防渗长度，这两种方法精度均较差，再加上渗径系数c值估计偏小，造成防渗长度L偏小、渗径短，渗流坡降J大于允许渗流坡降［J］，致使渗透破坏。另外在设计中侧向未设置防渗刺墙，在高水位差工况下，发生闸侧浇渗，引起边墩两侧出现渗流通道。下游消能防冲设施长度和厚度不足，海漫末端未设置防冲槽，导致下游海漫及两岸护坡水毁严重。柴油发电机配套容量太小或无备用电源，非常情况下利用自发电启闭困难或无法启闭;在启闭机设计中，闸门自身重量、水压产生的摩阻力考虑不足，造成启闭困难。设计水闸时的气象、水文资料少，系列短，致使计算的设计洪水偏小，防洪标准不够。观测设施布设不合理、不健全，无防护装置，甚至没有观测设施。

2.2 施工因素

由于20世纪五六十年代建设的水闸大部分清基不彻底，地基处理方法(垫层法)比较单一，在施工过程中回填土的质量和压实度达不到设计要求，且存在局部厚度和承载力不均的现象，造成水闸产生不均匀沉降。混凝土配合比选配不当、施工时搅拌不均匀、振捣不密实，混凝土强度等级达不到设计要求。闸门钢材材质或混凝土强度、安装尺寸、焊缝质量、预埋件埋设和表面防腐处理达不到设计和规范要求，闸槽偏差大，螺杆中心与门板吊耳中心有偏差，引起闸门在启闭时发生卡阻。下游海漫和防冲槽内的石料粒径偏小，下游水毁严重;排水孔反滤层施工质量差或未设置反滤层，起不到反滤的作用，造成闸室扬压力过大，消力池也因压力过大而破坏。水闸两侧回填黏土成分不均或填土未严格分层夯实，压实度和回填土质量达不到规范要求，导致侧向渗径不足，引起侧向浇渗。启闭机和电气设备制造和安装质量达不到相关要求，降低了其使用寿命。

2.3 运行管理因素

闸门操作不规范、开闸速度过快、多孔闸门启闭时顺序不对等等，引起远离式水跃、集中水流及折冲水流、旋涡、回流等异常现象，造成消力池、海漫及下游河岸的严重冲刷。启闭机操作不规范，电机、轴承、滚轮、钢丝绳、仪表和避雷器未按规定定期维修保养和校核，自备电源发电机未正常维护检修，变压器超负荷运行;启闭时超过预定位置将螺杆压弯、机架桥顶裂。由于多数大中型水闸都设有交通桥，虽然在设计中对交通桥的荷载作了限制(一般按生产桥标准)，但往往发生超载现象，导致水闸沉降加剧及不均匀沉降。水闸两侧翼墙边上堆放重物加剧了其抗滑、抗倾及结构破坏，水闸上下游乱开挖(采砂)等，造成上下游翼墙、护坡及护底损坏。

3 解决问题的对策

近年来，党中央和国务院非常重视水利工作，加大了水利基础设施的投资力度，依据水利部办规计［2009］85号文精神，对大中型水闸要进行全面的安全鉴定，根据鉴定结论，确定加固内容。枣庄水利部门抓住国家加大病险水闸除险加固的历史机遇，积极主动争取上级有关部门支持，多方筹集资金，对枣庄市所有大中型病险水闸一次性进行了安全鉴定，继而分批分期进行加固处理。自2010年以来，山东省水利厅分期下达对枣庄市安全鉴定结论为三、四类病险水闸的除险加固任务，截至目前，已按期完成省水利厅下达的任务。枣庄市在病险水闸除险加固设计中主要采取了以下措施。

3.1 地基处理

地基处理的方法有垫层法、强夯法、振动水冲法、桩基础、沉井基础、深层搅拌桩、灌浆法、高压喷射注浆(高喷桩)法及纠偏，这些方法均适用于拆除重建或移位改建水闸的地基处理，但对于加固地基只能用后三种方法。其中灌浆法有水泥灌浆法、粘土灌浆法和化学灌浆法;高压喷射注浆有单管法、二管法、三管法及多管法;纠偏法有打孔掏土法、压重法、锚杆静压桩法。枣庄市在基础处理过程中对变形较小的采用打孔掏土法，该法利用土体的可压缩性，在水闸沉降较小一侧打孔，土体受压缩后，促使沉降较小的一侧沉降量增大，达到纠偏的效果。对变形稍大的采用锚杆静压桩纠偏，该法在基础混凝土上钻孔，并在钻孔周围混凝土上打设锚杆，通过锚杆提供的反力，将预制混凝土桩或钢管桩从基础预开孔洞中压入地基，并将结构顶升至同一高程;在纠偏加固中，顶升应结合灌浆施工同时进行，以提高顶升后闸室地基的抗渗能力。锚杆静压桩适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土和人工填土等地基土上的纠偏。

3.2 渗漏及防冲处理

对于水闸上游混凝土铺盖出现裂缝而导致的渗漏则采用混凝土裂缝修补的方法加固;如果由于其他原因导致混凝土强度、抗渗等性能不满足要求，则应对其拆除重建或补强加固或作防渗处理。对于底板与铺盖或铺盖之间水平止水破坏的可重设水平止水。对于本身渗径长度不够的，可以接长铺盖或在铺盖前打钢筋混凝土防渗板桩。当发生侧向绕渗时，可挖除墙背回填土，增设混凝土、浆砌石或塑性的粘土刺墙，然后回填粘土分层夯料;如果渗水发生在边墩与翼墙的连接处，则说明原垂直止水已破坏，需重新做垂直止水。水闸下游消力池、海漫及两岸护坡的水毁是最常见的问题。对于消力池设计不满足要求的，可以采取增设置消力坎的措施处理，降低流速，减小冲刷。

3.3 混凝土碳化及裂缝处理

混凝土碳化后，钝化膜被破坏造成钢筋锈蚀，可采用表面封闭法或混凝土再碱化法进行防护。混凝土再碱化法是在混凝土表面涂刷碱性电解质溶液，并通过在钢筋及混凝土表面的电极输入外加电流，提高混凝土内部液体的碱性，使混凝土保持其保护钢筋能力的方法。混凝土裂缝处理可在表面(迎水面)粘贴防水卷材或纤维复合材料，表面嵌填止水条或复合砂浆;深层裂缝可利用自压力式注胶器通过埋设灌浆嘴进行裂缝化学灌浆。对于大面积复杂表面的涂层处理可采用聚脲弹性体技术，它是在聚氨酯反应注射成型技术的基础上发展而来的，结合了聚脲树脂的反应特性和反应注射成型技术的快速混合、快速成型的特点，目前已经在水利水电工程各类防渗涂层施工中得到应用。

3.4 闸门漏水及启闭系统故障处理

闸门的漏水一般由门板破损、止水橡皮老化及门槽的损坏引起，对于混凝土闸门门板的局部破损可采用高强度的混凝土修补，大面积损坏和止水橡皮老化的情况则进行更换。启闭系统的故障主要为输配电系统、柴油发电机、传动系统等的故障。由于很多机电设备都已到了报废年限，设备已是过时淘汰的产品，效率很低，安全性、可靠性非常差，对于这些设施最好的处理办法就是更换。

4 结语

2011年中央一号文件的颁布和全国水利工作会议后，第一次将水利提升到关系经济安全、生态安全、国家安全的战略高度，第一次鲜明地提出水利具有很强的公益性、基础性、战略性。水闸除险加固和水闸管理是水利工作的一个重要分支，我们要以这次水利改革发展为契机，认真解决大中型病险水闸存在的问题，使水利工程，特别是数目众多的大中型水闸造福社会，为百姓谋福祉。