浅谈老闸加固改造工程质量控制措施和安全性验算

郭 辉

一、概述

经过几十年运行，随着水情与工情的变化，水工建筑物使用功能逐步降低。一些水工建筑物原主体结构仍满足安全性要求，如闸底板部分闸墙及翼墙稍加维修仍可利用。若拆除后原址重建，不仅增加了投资成本，而且对原基础会产生破坏，因此对于这种类型的水工建筑物可采用除险加固的方法来提高工程的安全性和稳定性。山东省济宁市近年来对运行35年以上老闸进行了安全性论证，对部分老闸实施了改造和加固，使老闸换新颜，使用功能更加丰富，社会效益更加显著。

二、加固改造实施的必要性与主要内容

据统计，济宁市部分水工建筑物经过40年左右时间的运行，混凝土表面碳化严重，碳化深度一般达8～10mm；闸门锈蚀严重，水封老化漏水；随着水情与工情不断发生变化，一些供水工程实施后，正常水位普遍抬高，原有消能设施功能降低；同时上下游段河床冲刷严重，公路桥狭窄，与两侧道路缺乏衔接，影响了地方经济社会发展。因此老旧水工建筑物加固改造势在必行。

老闸改造项目的主要内容为：增加消力池长度，一般在原有消力池基础上接长10～20m；重建下游海漫及防冲槽；闸身及涵洞洞身进行防碳化处理；拆除重建门槽部位的闸墩、胸墙、工作桥和检修便桥；更换钢闸门和启闭机；扩建公路桥，闸身两侧路堤墙及桥头接线重建；对上下游河道进行清淤，增长两侧护砌；更换通讯和电气设备等。

通过老闸改造加固，可极大提升原有水工建筑物安全性和功能性。保留了原闸底板闸墙和洞身，使过水更通畅，流水形态更有序。相对于重建，老闸加固改造可避免基础开挖及处理方面的安全性问题；同时加固改造可节约大量成本，经济社会效益显著。

三、施工流程控制措施

老闸加固工程不同于新闸的建设，施工流程要遵循先地下、后地上、先重后轻的建筑施工程序，同时要优先考虑原有构件的拆除带来的施工危险源，进行防范和处理，危险消除后，再开展正常施工。

（一）上下游拦河坝的填筑

上下游围堰施工效果直接关系到整个施工期的安全，对如期完成工程建设至关重要。拦河坝是在老河道中填筑，由于上下游河床淤积严重，一般在坝址上悬浮的淤泥上筑坝，有一定的风险，要经历填料—塌陷—加填—坝身倾覆的过程。某工程沉陷深度达到2m 左右，尤其筑坝合拢后，随着闸内外水位差加大，且处于悬浮坝基的拦河坝水平位移明显，最大位移近2m，此时也带动垂直位移的产生，甚至会发生随闸内水位抽降，坝基淤泥随水位滑动，造成坝身溃坝的危险。对此应根据不同情况，提出针对性的加固与放慢抽降水方法解决。

（二）对闸底板以下扬压力的控制

老闸加固期间来自于闸底板以下扬压力，即渗压与上浮力作用，都会对施工造成麻烦，上下游水位差（大于5m 以上），渗压力较大。应依据水情与土质参数进行水力计算，布置降压井；同时要根据原设计要求防止扬压力对闸底板产生反弹，要进行压载处理，具体压载重量应根据扬压力值来确定，并合理均匀布置在闸底板上。

（三）植筋施工

老闸加固工程构件是通过植筋方法连接成整体结构的。科学合理的施工工艺极为重要，应确保满足钢筋安装的设计意图和要求组织实施。某水闸加固工程需对公路桥▽38m 以上部位的交通桥墩墙（框架）、排架部位、▽38m 至▽30.5m 底板间的工作闸门槽、检修门槽进行植筋，植筋固化材料质量与孔深钢筋插入深度是关键因素，要严格按照洗孔、清孔、插入钢筋的工艺流程施工。该项目植筋共约8990 根，首先进行现场植筋施工试验，拉拔后确定钢筋插入深度，配筋Φ18、Φ20、Φ22 得出钻孔深度分别为30cm、32cm、32cm，统一采用32cm 作为钢筋插入深度。植筋24h 后进行拉拔检测，经检测其拉拔值均达到150kN/m2＞110～130kN/m2（设计值），效果较为显著。

（四）防碳化处理

某老闸闸身碳化严重，最大碳化深度为10mm左右。通过试验采用打磨、冲洗、晾干、批腻、人工细磨、表层封闭的施工流程。封闭材料采用环氧树脂（50%）+固化剂（50%）进行配制，封闭喷刷前做好底层面的处理，喷刷2～3 遍，封闭面不得有明显脱落现象；面层色彩、均匀性等符合技术控制要求，局部段出现的色彩不一、表层脱落等问题进行返工直至达标，确保整个碳化处理效果。

（五）脚手架支撑和模板安装

老闸加固涉及到高支模方案的编制和落实。某水闸加固项目施工中，仅对墩墙门槽部位凿除，其余保留。▽41m 至▽30.5m 搭设满堂脚手架，脚手架悬高10.5m，门槽部位用立杆支撑，根据不同的部位，分几次浇筑混凝土，凿除混凝土与保留构件混凝土之间的连接，既要凿除多余部分，又要保留混凝土结构的完整性，不得产生结构性扰动破坏。设置对销螺丝的，采用组合式Φ16 螺杆，水闸空间最大悬高19.5m。经检查，成形的门槽（采用灌浆料）周边新老混凝土结合较好，施工脚手架支撑坚固，模板及支点安装合理，保证了整个施工过程未出现跑模、炸模情况，结构内外质量均符合设计要求。

（六）钢闸门的制安

钢闸门制安是老闸加固改造中的重点环节，某个工程共8 扇钢闸门，其中7 扇长度为8.05m，1 扇（通航孔）9.02m，宽度为6.7m。由于在厂里进行生产制作和喷锌，超长运输有一定的困难，故分两节运输至工地拼装、吊装。闸门到工地拼装，很好地解决了平整、焊接（翻身）等复杂技术难题，保证了闸门的安装质量。

四、老闸加固改造工程安全性验算

（一）稳定验算

KC=fG/P＞[KC]=1.05

土围堰自重：G=ρV

迎水面水平水压力：P=1/2×H2×ρ水

（二）降排水验算

降排水关系到老闸加固改造工程的成败。当水闸处于完建期时，有部分闸上下游水位达到5m 以上，形成渗透压力较大，从上游到下游，左右两岸侧向渗透压力，涌向闸塘，处理不好无法施工，正常釆用水力计算进行确定。计算公式：

Q=1.366K（2H-S）S/（lgR-lgr）

式中：

Q—系统涌水量（m3/d）；

K—含水层的渗透系数（m/d）；

H—含水层的厚度（m）；

S—地下水降低值（m）；

r—井点假想半径（m）。

每一眼井排水容量：q=65πdLK1/3

q—每一眼井的排水容量（m3/d）；

d—降水井滤管半径；

L—滤水高度（m）；

K—含水层的渗透系数（m/d）。

井管最少数量：n=1.1Q/q

井点平均间距：D=L/n，其中L 为总管长度；n 为井点管数量。

（三）高支模的验算

老闸加固改造项目，悬高位置一般从闸底板到启闭机房底部，高度可达20m 左右，脚手架可能不在一条直线上，因此要根据高空作业的要求，编制高支模方案。验算脚手架整体稳定性，结合进场材料确定相关参数，推求允许高度，允许高度应大于实际高度，方可确认为安全。岸墙与翼墙等混凝土构件在悬高情况下浇筑，由于产生对模板的侧压力，模板型号、强度应满足要求，可通过验算取得基本数据。涉及到安全性的验算内容：（1）脚手架搭设高度计算；（2）混凝土对模板的侧压力计算及模板拉杆产生的侧向压力，选择满足强度和刚度要求的拉杆螺栓是确保整体施工安全的关键；（3）由于满堂脚手高度较高，要对启闭机房及公路桥顶面承重部分进行验算；（4）立杆作为承载支架的关键要素，应满足施工要求，故必须对立杆刚度、强度稳定进行验算。

五、结束语

老闸改造加固工程项目可提高原闸安全性，解决运行过程中的质量问题，节约社会资源，减少工程投资。本文介绍了老闸加固改造的必要性和主要内容，分析了施工流程控制措施，并详细论述了稳定性、降排水、高支模等安全性验算过程，可为水利工程老闸加固改造提供一定参考■