大型水闸水下修补工程施工实践探讨

万 泉 王骏秋 蔡玲玲

(江苏省江都水利工程管理处， 江苏 江都 225200)



大型水闸水下修补工程施工实践探讨

万 泉 王骏秋 蔡玲玲

(江苏省江都水利工程管理处， 江苏 江都 225200)

闸底板、伸缩缝、消力池是水闸工程的关键部位。万福闸工程自1962年建成以来，大流量泄洪频繁，闸室水下结构长期经受高速水流冲刷，出现不同程度的损坏，严重影响了工程安全运用。为确保工程度汛安全，经过方案比选，决定采用自浮式气压沉柜和开口钢围堰在无水状态下对损坏部位进行水下修补。实践证明，该施工方案操作方便、直观可靠，质量易于控制，可为类似工程借鉴。

气压沉柜； 钢围堰； 水下修补

1 工程概况

万福闸位于扬州市以东10km的廖家沟上，它是淮河入江水道主要控制建筑物之一，也是淮河入江水道归江控制工程中最大的口门，承担着淮河中上游约65%洪水入江的任务。工程兴建于1959年，闸室共65孔，为开敞式钢筋混凝土结构，每孔净宽6m，总净宽390m，设计流量8270m3/s，属大(1)型水闸、水工Ⅱ级建筑物。工程自1962年建成以来，在防洪保安、引江灌溉、调蓄优化通航环境、改善工业及生活用水条件等方面发挥了极其重要的作用，综合效益十分显著[1]。

受到当时国家财力、物力限制，闸底板混凝土标号仅为140号，且未考虑混凝土的耐久性，造成混凝土强度过低，再加上万福闸长期大流量泄洪，底板、消力池、伸缩缝等水下结构经受高速水流冲刷，已出现不同程度的损坏，严重影响了工程安全运用。2008年10月14—16日，管理单位组织潜水工对万福闸下游闸底板、伸缩缝、消力池(坎)进行仔细检查，查出底板、伸缩缝、消力池混凝土损坏部位达75处之多，最大损坏部位尺寸达到长300cm×宽60cm×深9cm[1]。

为确保工程度汛安全，2015年4—5月，施工单位对该闸底板、消力池(坎)混凝土损坏、伸缩缝口混凝土剥落及填料流失的部位采用聚合物抗裂砂浆或聚合物抗裂混凝土进行全面修补。

2 施工方案比选

闸室水下结构的检修相对于旱地施工，存在施工工艺复杂、设备特殊、经费投入多、施工过程中质量控制难度较大等特点。

2.1 方案一：设置传统钢围堰，潜水工配合施工

根据万福闸闸墩结构及墩头实际尺寸，定制中孔钢围堰4套、边墩钢围堰2套，采用多台水泵抽排闸室内积水，保证检修部位(闸底板、伸缩缝)露出水面，施工人员进行破损部位修补；对于钢围堰外侧消力池(坎)部位，由潜水工下水修补。该方案优点为闸室内可实现无水环境施工，施工操作方便；缺点是耗资过大、施工工期长；潜水员带水作业，水下视线不佳，完全凭借手感和施工经验操作，质量难以控制。

2.2 方案二：采用气压沉柜和开口式钢围堰实现无水施工

采用万福闸管理所自行设计的自浮式气压沉柜和开口式钢围堰罩住闸底板、伸缩缝、消力池(坎)的损坏部位，利用防汛工作船舱底的空压机将压缩空气注入气压沉柜内，排尽沉柜内供工作人员上下的通道及盾底积水，形成无水环境，施工人员进入沉柜或开口钢围堰(一般用于闸孔内施工)，实施水下修补施工。该方案的优点为设备是管理单位的发明专利，施工设备租赁费用低。此外该套设备使用时无需起吊设备，移动灵活，排水方便，施工质量易于控制；该方案缺点为该设备每次只能检修一孔，施工进展较慢。施工人员需在水下1～2个大气压下施工，对施工人员身体素质要求较高。且气压沉柜易受水深和工作区域净高的影响，有些部位无法到达，需作进一步改进[2]。

2.3 方案比选

根据管理单位关于万福闸底板、伸缩缝、消力池(坎)探摸的水下报告，针对气压沉柜和开口式钢围堰可实现无水施工，施工质量易于控制且施工费用较少的优点，对两种方案进行认真比选，最终确定采用方案二，对底板、消力池(坎)损坏部位和伸缩缝口混凝土剥落及填料流失进行修补。

3 自浮式气压沉柜

3.1 设备组成

自浮式气压沉柜由沉柜主体部分和供气系统组成。

沉柜主体部分由盾首、通道、盾底、浮箱及压重块等主要部件组成。供气系统设在防汛工作船船舱内，由一台气产量3m3/min的空压机，两只5m3/s储气罐、两只开启滤清器及相关控制闸阀组成。气压沉柜组装见下图。

气压沉柜组装示意图1—盾首(进出口，含操作台、过度舱)；2—增段；3—爬梯；4—通道(长度可根据实际需要调整)；5—浮箱；6—盾底(底部外径3.6m)；7—压重块

3.2 工作原理

自浮式气压沉柜主体部分在下游左岸翼墙上完成组装，由吊车吊入靠近闸室水域，施工人员连接好位于防汛工作船中的供气系统。利用空气压缩机连续提供的压缩空气将浮箱、通道及盾底内的水体排出，形成足够大的浮力，用以克服沉柜主体自身重量(约28t)，在水中实现自浮。岸上施工人员利用缆绳将沉柜拖拽至检修的位置，打开浮箱和盾首上的放气阀，放气下沉至指定位置[2]。

当沉柜下沉至检修位置后，关闭所有放气阀及盾首舱门，向通道、盾底内充气，利用压缩空气，完全排开内部水体，实现人造无水施工环境。检修人员从通道进入盾底，实施水下修补。

4 自浮式开口钢围堰

由于气压沉柜总高度超过10.25m，而万福闸闸孔上部(公路桥底部)至底板高度为10.0m，加上沉柜在水中需上浮一定高度，故直接使用气压沉柜进入闸孔内对底板及伸缩缝进行修补显然是不可行的。经技术人员查看工程图纸和现场反复测量，对气压沉柜进行了改进：去除盾首(高度为2.7m)，将沉柜改制为自浮式开口钢围堰，其自浮移动原理和气压沉柜类似。需要移动时将通道顶端用特制端盖封闭，端盖上装设进、排气阀，与供气系统相连。

经复核和现场试验，满足浮动条件，开口钢围堰可自浮至闸室内进行水下修补。当自浮式开口钢围堰移至闸孔内所需检修的位置时，打开浮箱和通道端盖上面的放气阀放气，使其下沉至指定位置；再由潜水工下水对盾底边缘进行人工堵漏，采用两台以上潜水泵抽排通道及盾底内积水，待基本抽干后留一台排污泵抽排盾底边缘的少量漏水。用木板在盾底内制作双层子堰，将所需修补的部位围上，再用干棉花吸去其中积水，实施修补。

5 水下修补主要施工工艺

5.1 清理

施工人员利用扁錾子和风镐对底板、消力池(坎)混凝土损坏处凿除表面外露骨料、松散混凝土等，清理破损处的伸缩缝。在伸缩缝处理过程中，剔除缝中杂质及松动老化层，然后用高压水将伸缩缝冲洗干净。

5.2 修补的原材料和配合比

5.2.1 原材料

底板、消力池(坎)混凝土破损部位修补采用聚合物抗裂砂浆或者抗裂混凝土，添加HK-UW-1添加剂，该添加剂在水下浇筑具有固化快、早强时间短、终期强度高等特点；伸缩缝修补材料必须考虑其变形性，同时也需考虑其强度，此次采用的是一种水下混凝土黏合剂，它具有一定的弹性，能适应伸缩缝的变形需要，同时在水下对混凝土有良好的黏结性能，可满足泄洪时的材料稳定性要求。

5.2.2 配合比

HK-UW-1水下浇筑混凝土的配合比见表1(重量比)。

表1 混凝土配合比

施工过程中要根据当地的气温、砂石料的粒径进行现场试验以确定合适的树脂用量，调整好各组分的配合比。拌和骨料：按确定的配合比将石子、砂、水泥拌和均匀后待用。配制树脂：HK-UW-1有A和B两组份，A∶B=3∶1，按比例将两组分混合均匀；最后将配制好的树脂倒入骨料中，拌和均匀。

水下混凝土黏合剂由A、B两组组成，A为主剂，B为固化剂，使用时将两组分按3.7∶1混合均匀后，倒入清理干净的水下混凝土伸缩缝中即可，施工方便。固化时间和气温有关，但均可在1d内固化。根据材料生产单位在水下环境中进行的模拟试验，其主要性能指标见表2。

表2 性能指标

5.3 混凝土损坏修补、灌浆施工过程

底板、消力池(坎)混凝土损坏处清理干净后，依据破损部位深度及范围，采用镀锌带槽钢钉或锚筋固定电焊镀锌铁丝网(钢筋网)，然后确定修补浇筑的工程量，在防汛工作船上进行聚合物抗裂砂浆或者聚合物抗裂混凝土拌和，一次性运送至气压沉柜或者开口钢围堰内进行现场浇筑，用刮刀将浇筑面刮至与原底板水平、收光，最后进入养护阶段，养护时间不少于4h。

伸缩缝清洗完成后用风机将缝内吹干，在岸上拌好弹性环氧砂浆后采用料桶送至浇筑部位进行灌注，施工人员将专门的漏斗放在伸缩缝上，缓慢地通过漏斗向伸缩缝内进行弹性环氧砂浆灌注，直至与两侧的混凝土面齐平，完成伸缩缝修补工作。

6 施工质量控制及检验

水下检修是一项施工工艺技术要求较高的工作，在施工过程中，不仅要抓好原材料质量关，还要把握好施工工序关。专业技术人员负责现场施工、技术指导、质量检查工作，施工人员严格按有关规范、标准及设计要求施工。自检合格后，由监理人员进入气压沉柜或开口钢围堰内现场检查，待上一道工序通过检查合格后方可进入下一道工序的施工，施工结束后出具自检资料，监理部复检。

7 结 语

万福闸水下修补工程经过2015年汛期大流量开闸泄洪的严峻考验后，2016年汛前，管理单位对该闸进行水下检查，闸底板、消力池(坎)混凝土破损、伸缩缝口混凝土剥落及填料流失处修补质量良好，未发现冲坑和明显破损，达到了预期设计效果。实践证明采用自浮式气压沉柜和开口钢围堰在无水状态下进行水闸水下修补具有操作方便、直观可靠、施工质量易于控制、工期短等特点，该施工体系的成功运用不仅保证了万福闸加固护底工程及其他土建项目的顺利实施，而且为类似水闸水下修补工程的设计和施工积累了宝贵的经验。

[1] 江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司.淮河入江水道整治工程万福闸加固工程施工图设计总说明 [R] .江苏：江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司，2011.

[2] 王德俊.自浮式气压沉柜子在谏壁闸水下检修中的应用与改进[J].江苏水利，2009(10).

Discussion on the construction practice of large sluice underwater repair project

WAN Quan, WANG Junqiu, CAI Lingling

(JiangsuJiangduWaterResourcesProjectManagementOffice,Jiangdu225200,China)

Brake plate, expansion joint and stilling basin are key parts of sluice project. Wanfuzha Project was established in 1962. Large flow discharge is frequent, lock chamber underwater structure suffers from high speed water scouring for long term. Damages at different degrees are produced, thereby seriously affecting the safe application of the project. It is determined that self-floating barometric buoy and open steel cofferdam are adopted for underwater repair on damaged parts under anhydrous state in order to ensure flood control safety of the project through scheme comparison. Practice shows that the construction plan can be operated conveniently. It is intuitive and reliable,and the quality can be easily controlled, which can be used as reference for similar projects.

barometric buoy; steel cofferdam; underwater repair

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.11.004

TV66

A

1005-4774(2016)11- 0018- 04