水利工程水闸除险加固的施工方法研究

刘志宏

(绥中县水利事务服务中心，辽宁 葫芦岛 125200)

在档潮、拦洪、抬高上游蓄水水位以满足通航或取水要求等方面，水闸发挥着不可替代的作用[1]。随着运营年限的增加，加之缺乏有效的维护管理，在使用过程中水闸大多存在一定的病险问题，所以消除水闸安全隐患逐渐引起人们的重点关注[2-3]。为充分发挥水闸的功能效益，保证结构的耐久性、适用性和安全性，确保水闸除险加固方案的经济可行性，必须统筹考虑各相关因素合理的设计除险加固方案。

1 水闸病险分析

1.1 防洪档潮标准低

水闸档潮、防洪能力无法达到使用要求，如提闸过水时排涝泄流能力较低，与下游河床抗冲刷能力相比其单宽流量明显较高，且受限于顶高程闸室通常发生河水倒灌的现象。由于建成年代久远、建设标准低、水文资料缺乏及其他客观条件的限制，部分水闸整体质量较差；此外，随着时代的发展防洪规划有所调整，加之部分区域已发生沉降，现行防洪防潮标准与闸室高程极不协调[4]。

1.2 闸室稳定性差

目前，闸体不均匀沉降、工程区域性下沉等问题普遍存在，从而导致闸室本体的抗浮、抗倾、抗滑安全系数不符合规范要求，闸基破坏、消能防冲设施老化极为严重，这大大降低了工程的整体安全稳定性。另外，部分水闸因未设消能防冲设施或者运行管理体制不完善，相关设施损坏严重，闸基连接段渗流破坏问题突出，堤防护坡和闸基出现流土、管涌、掏空等现象，并加剧了渗透破坏。

1.3 结构老化破损严重

受工程投资、施工技术、建设标准、管理控制等条件的限制，部分水闸的配筋量不足、混凝土标号较低，加之运维管理不善和长期服役运行许多结构普遍存在脱落、开裂、碳化等问题。因此，为准确掌握结构的破损或老化程度，有必要加强混凝土强度、碳化等检测，如表1。

表1 混凝土强度、碳化检测

2 水闸除险加固施工方法

2.1 土方开挖

根据实际工程土质特点，可以选用自上而下分级分层开挖土方的方法，此外要留有充足的平台面积，为了防止发生坍塌应严格控制每层的开挖深度。根据测量放样和设计工艺，对边坡组织开挖施工，并做好相应支护措施。工程中可以选用潜水泵，以保证排水效果和基坑施工可靠性，开挖闸室周边时必须设置容量足够大的积水坑，并确保水流可以汇集到坑内。开挖水闸土方过程中，应按照先闸室段、后上下游连接段的施工流程，尤其是开挖村庄道路边坡时必须遵循分级分层的开挖原则，先设置沉降观测点后喷塑混凝土，从而保证边坡整体稳定。

2.2 护坦、护底、铺盖、闸底板施工

应充分考虑施工进度要求、工程结构特征等因素合理设计施工方案，即依次穿插完成闸室底板浇筑、护坦、护底、铺盖等施工，并按照设计文件完成闸墩浇筑、底板墩墙分缝处理等操作。此外，必须确保基础混凝土的浇筑效果，针对闸室顶部、闸墩等直线型砼结构选用木模，将模板利用对拉螺栓和钢管联合加固支撑，而对异型构件要选用相适应的模板，保证此类模板的整体牢固稳定。完成基础施工且质量检验合格后，开始铺滩垫层、安装模板以及绑扎钢筋，闸底板施工时可以直接利用台阶式浇筑的施工方法，且浇筑过程中不能发生停顿，必须一次浇筑完成，并保证入仓混凝土的振捣密实性。对于存在高度差的闸室底板浇筑施工，为确保结构的整体稳定需要一次浇筑成型，除特殊情况一般不设施工冷缝。采用吊模法完成模板的支护施工，拉结加固时需要利用上下双排螺杆，拉杆的设置间隔不宜超过0.5 m，为确保模板的整体稳定还要对底板内部钢筋利用钢丝拉结。

2.3 闸墩施工

水闸除险加固的关键是对闸墩的施工控制，对此要保证闸墩表面质量以及混凝土浇筑的密实性，所以必须重点控制闸墩施工质量。为防止出现结构变形的情况，在浇筑闸墩时必须确保各部位立模的同步性，浇筑过程中一步到位。立模完成后要对称加以支撑，为保证加固效果可以借助拉条、拉杆等辅助设施，浇筑过程中要缓慢分料入仓以保证施工质量。

2.4 闸门槽二期砼施工

正式开工前，要检查安装埋件的数量以及放置埋件的堆场，清扫埋件保持其表面洁净，并准确测量埋件的尺寸。若发现埋件制造缺陷、尺寸超标等问题，必须及时采取有效的措施消除不利影响。安装前，必须对二期预留埋件和一期的插筋情况实施检查，设计过程中要对高程、桩号严格控制，对于不符合设计要求的金属结构要与项目单位协商。安装门槽埋件前需要检查预留槽情况，调直埋存于一期中的预埋件，针对预埋件不符合技术标准或存在缺陷的，应与施工单位协商做出相应的补埋处理。此外，要对一期、二期混凝土结合面实施凿毛处理，从而确保施工质量。

2.5 温度控制

混凝土施工和结构质量受环境温度的影响较大，如果对施工温度的控制效果不好或没有实施有效的控制，因存在内外部温差混凝土结构极易产生裂缝，从而发生较大的变形。此外，温度还在一定程度上影响着结构物本体强度。为更合理的选择温度控制方法必须分析混凝土类型，考虑施工区域的环境条件充分发挥高性能混凝土优势。例如，夏季和冬季浇筑混凝土时控制入模温度要低于30℃、大于5℃，而养护期间芯部混凝土温度不应超过60℃，控制混凝土表面与芯部温差在20℃以内，外部环境与结构表面温差在15℃以内，而养护用水与结构表面温差要低于10℃。为确保整体结构性能，要严格测量各个工序的混凝土温度，并采取有效的控制措施保证水闸的施工指令。

2.6 金属结构施工

根据门槽设备外形尺寸合理设计临时钢支撑，提前做好准备并预留一定数量的断面。对完成调整后的门槽埋件进行加固处理，由此避免预埋件和门槽安装后可能发生变形的情况，确保该部位的精准安装。门槽设备安装前，必须利用性能和精度较高的全站仪实行精准测量，以此确保设备安装精度。测量弧形工作门时应注重强调以下要点：支承的高程、倾角以及距离，侧轨、弧门的作用半径及其存在的偏距，启闭机机架、底槛、支铰中心的高程和有效距离等。测量检修门时应注重测量的要点有：底槛、反轨、主轨的高程和距离等数据。施工过程中，可采用预埋插筋固定托架完成工作门埋件的安装，即在托架上放置底槛，以底槛孔口中心线作为基准实施调整。为了促使门槽与底槛保持对中，可以运用挂钢线的方法调整中心点线，并对底槛高程利用水准仪测量，相邻测量点间的距离为0.5 m，以此确保安装精度。然后依次吊装门楣、反轨、正轨，可以利用型钢托起门楣、反轨、主轨底部，为了达到设计位置必须对埋件底部做适当调整，采用焊接和拉紧器的方法保证一期插筋与埋件上部相连。采用吊线坠对埋件垂直度进行调整，检查合格后利用拉紧器或者千斤顶对中部进行调整。完成以上工作后，对门槽与埋件的中心距离利用盘尺进行检测，并保证安装符合设计要求，对出现超标的情况，需要在侧面焊接拉紧器调整，符合设计要求后对埋件实施加固。

在闸门场内制作各门槽预埋件的过程中，必须同步完成安装施工，安装前对出门槽的高程点和中心线依据设计要求进行测量。各部门安装过程中，需要利用钢直尺、水准仪、经纬仪等仪器校准，并保证误差处于合理区间内，以上工作完成后进行二期混凝土浇筑。根据现场基线和平面控制点，利用全站仪测量各轴线并埋设各条轴线的装点。竖向测量时可以利用外控吊线坠法，基准点设置为地面首层周边的轴线点，然后向上逐层悬吊以此完成引测，并严格控制结构与轴线间的偏差，保证引测精度符合精度要求。一般地，通常选用满堂脚手架作为支模架结构形式，设计横纵间距90 cm×90 cm，对接方式为一字扣件式，控制拧紧扭矩达到40～60 N·m范围。浇筑的柱混凝土要有合理的塌落度，由此避免混凝土质量受坍落度的影响。此外，要适量的添加外加剂，并确保不同材料之间的充分融合以及不同结构部位混凝土的均匀；对于不同结构层次的混凝土浇筑，要科学合理的设计前后工序间隔时间和搭接长度，并考虑气候条件对混凝土材料做降温或升温处理，从而保证工程整体质量。例如，施工时的天气温度较高，为降低浇筑温度以及更好的散热可以采取的措施有：采用冷却的拌合水、适当减少单次浇筑厚度、通冷却水管以及分层浇筑等。

3 结语

由于长期高负荷运行、建设年代久远、老化失修及运维管理不当等，许多水闸工程都或多或少的存在一些问题，为保证水闸安全运行必须实施除险加固整治。根据水闸实际运行情况，综合考虑可靠性、安全性、经济性等要求科学合理的设计加固方案，为充分发挥水闸功能效益提供基础保障。