病险水闸的加固内容及除险加固技术

罗海兵

(湖南省洞庭水电咨询监理有限公司，湖南 湘潭 411228)

1 工程概况

吟江坝水闸位于湖南省湘潭县河口镇桐家坝村，是湘江一级支流涓水中下游的一处大型水闸。水闸距湘潭市30 km。水闸闸址控制流域集雨面积1525 km2，多年平均降雨量达1450 mm，河道干流长103 km，河道平均坡降约1.0‰。

吟江坝水闸工程于1964年建成并投入使用，主要功能以灌溉为主，兼顾防洪、发电、航运等，原设计灌溉面积2333.33 hm2，其中自流灌溉面积1866.67 hm2，提水灌溉面积466.67 hm2。电站装机500 kW，设计年发电量380万kW·h，实际年发电量150～280 kW·h，是具有综合效益的水利工程。吟江坝水闸工程为Ⅱ等工程，规模为大(2)型水闸，主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。主要建筑物设计洪水重现期为30 a，校核洪水重现期为100 a。水闸主要由泄洪闸、闸坝和上下游堤防构成。水闸修建于50年代，经过长期运营出现了很多的安全隐患，需要对病险水闸进行除险加固。

2 工程存在的主要问题及其原因分析

(1)混凝土裂缝严重，结构破损老化。在本工程中，左侧和右侧的泄洪闸混凝土结构出现了裂缝。在水闸左岸和右岸的泄洪闸闸室内均出现了裂纹，并且在闸底板位置有孔洞存在，门槽也受到了严重的磨损，启闭台存在裂缝、孔洞和剥蚀等情况[1]。

(2)闸坝混凝土结构裂缝破损严重。闸坝防渗面板位置脱落和破损的情况严重，在溢流面板上多处位置出现了渗漏和破损，并存在非常多的纵向、横向裂缝。而且裂缝主要分布在坝的底部和顶部，属于贯穿性裂缝，渗漏主要出现在破损和裂缝的位置。

(3)混凝土结构裂缝破损严重。在水闸导墙等位置出现了很多孔洞、裂缝和剥蚀的情况。

(4)消能设施混凝土结构出现了破损。吟江坝水闸左、右岸泄洪闸消力池底板多处严重破损、穿孔，底部已被掏空。

(5)护坡混凝土结构出现了严重的裂缝破损。该水闸下游左岸护坡采用混凝土结构，上游和下游右侧采用浆砌石结构，护坡上有较多的孔洞，并且下游左岸护坡采用混凝土结构，存在裂缝、破损和剥蚀等情况。

(6)闸基础存在闸基渗漏与绕坝渗漏。闸基础在河水长期浸泡下，白灰浆砌块石出现了崩散，在渗透水流的持续冲刷下，裂隙中的细颗粒被带走，裂隙越来越大，渗透量也随之增加，并出现了沉陷变形的情况，使坝体出现了开裂。此次勘察基本已经将闸基下闸体和基础面之间以及岩面上部渗透的空洞渗漏查明[2]。

(7)泄洪闸的上游和下游连接段出现了严重的破损，并且泄洪闸上、下游连接段浆砌石导墙基础被掏空，墙身裂缝，破损严重。

(8)上、下游堤防护坡破损。吟江坝水闸下游左岸混凝土护坡出现了严重的老化和裂缝，上游右侧和下游右岸浆砌石护坡遭到了严重的损毁。

(9)闸坝坝脚冲刷破坏严重。闸坝坝脚在水流高速冲刷的情况下，在下游位置形成了冲刷坑，由于一直没有对冲刷坑进行处理，导致冲刷面积越来越大，冲刷坑的深度也随之增加，对闸坝的安全造成了严重的威胁[3]。

(10)闸的下游滞留了较多的砂石，并形成了砂洲，对正常行洪造成了较大的影响。

(11)闸门锈蚀、启闭设备陈旧落后。吟江坝水闸左、右岸泄洪闸闸门出现了严重的变形和锈蚀情况，闸门框架和面板锈蚀比较严重，其中左岸泄洪闸闸门位置出现了多处锈穿的情况，闸门止水破损、老化，钢绳、吊耳、螺栓等金属构件锈蚀严重，一些地方已经出现了锈损，吟江坝水闸28扇叠搭式活动门多扇闸门明显变形；主梁、次梁等严重锈蚀，锈坑较深且密集成片，局部出现锈损、缺肉。

3 病险水闸除险加固内容

(1)泄洪闸段。根据泄洪闸段当前存在的问题，提出了下述改造措施：对启闭设备和泄洪闸闸门进行更换，采用卷扬机提升和弧形闸门进行启闭。将老化的消力池拆除，然后新建长26.43 m，厚度为1 m的消力池。使用钢筋混凝土进行浇筑，浆砌石海漫的厚度为0.8 m，长度为28.0 m。使用高强硅粉钢筋纤维混凝土对排架、启闭机梁、底板等进行修补，并使用高分子聚合物砂浆处理闸墩表面[4]。

(2)闸坝段。拆除原闸坝进行重新修建，将原来的28扇叠搭式活动门改建为11孔7.0 m×2.8 m(长×高)平板钢闸门；在下游重建消力池长22.3 m，浆砌石海漫护底厚0.8 m，长30.1 m；设工作桥，宽3.0 m。

(3)加固左岸上游和下游堤防。使用高分子聚合物砂浆处理原左岸钢筋混凝土堤防工程。

(4)右岸。将右岸浆砌石护坡拆除，然后使用生态石垫进行护砌，砌筑厚度为50 cm。

4 病险水闸除险加固技术4.1 泄洪闸闸墩加固技术

根据该工程闸墩存在的问题，决定使用聚合物砂浆修补闸墩。聚合物水泥砂浆作为近年来一种新型的修补材料，通过在水泥砂浆中掺入少量的有机聚合物，可以使水泥砂浆的各项性能得到显著的改善，与普通的水泥砂浆相比，其具有抗拉弹模低、抗拉强度高、耐腐蚀、耐磨、抗渗、抗冻等优点，具有良好的黏结性能，适用于因气蚀、碳化、冻融破坏等造成的表面剥蚀破坏、表层开裂等裂缝修补。具体施工工艺如下：处理表面→拌制PEA砂浆→刷涂基液→PEA砂浆抹面→养护。

(1)处理基底。为了保证工程施工质量，需将涂刷面的杂物清除干净，然后使用高压水进行冲洗，为了保证基底和聚合物水泥砂浆保持良好的黏结性，从基液涂刷4 h起，要持续保持槽面湿润，并使表面达到饱和面干的状态。

(2)配制聚合物水泥砂浆。在配置水泥砂浆聚合物时，需根据气温、材料以及施工要求的和易性，通过现场试验后将配合比确定出来，然后采用人工拌和的方法进行拌和施工，使乳液和水可以更好地混合，然后将其加入到砂和水泥中，并搅拌均匀。聚合物水泥砂浆拌和好以后要求在30～40 min内使用完[5]。

(3)抹面施工。使用人工抹面的方法进行聚合物水泥砂浆的抹面施工，要求一次性抹压平整，避免拉裂浆液凝固过程中产生的聚合物膜。为了提高施工质量和修补层黏结强度，要求使用截面处理剂喷涂基底，当抹面厚度>10 mm时，要分层进行施工。

(4)养护。聚合物水泥砂浆进行抹面成膜后，要马上使用塑料布覆盖，然后在4 h后进行喷雾养护，通常湿养时间控制为7 d，使用表面处理剂在表面涂刷一层，自然养护21 d左右。

4.2 泄洪闸闸底板处理方案

本工程泄洪闸底板存在破损和孔洞等问题，而且混凝土碳化量已超过了钢筋保护层的厚度，因此，需将闸墩、底板等已经碳化的混凝土凿除，然后使用高强度硅粉钢纤维混凝土材料进行修补。同时，钢纤维混凝土具有普通钢纤维混凝土和硅粉混凝土的优点，可显著提升混凝土的变形能力和力学强度，尤其是可以提升混凝土的抗磨蚀能力和抗冲击能力，可有效减少混凝土裂缝，降低混凝土冲刷。因此，本工程使用高强硅粉钢纤维混凝土作为修补材料，规格如表1所示。在进行施工时，首先要凿除疏松和碳化部分的混凝土，然后进行凿毛处理，并使用清水进行冲洗，冲洗完成后使用高强度硅粉钢纤维混凝土进行浇筑，浇筑完成后进行养护。人工将疏松和破损的混凝土凿除，凿除要全面彻底，为了不对混凝土造成破坏，要求凿除深度不能过大，表面凿除工作结束后，需立即使用高压水枪进行冲洗，冲洗压力为4 MPa以上。在进行混凝土浇筑前的2 h，需使用净水进行均匀喷洒，持续养护28 d以上。在进行施工时，要对粗细骨料中水的含量进行测定，每一个工作班要测定一次以上，一旦发现含水量出现了比较大的变化时，要提高观测次数，并根据观测结果对材料使用量和水量进行调整。施工期间，要求材料误差控制在表1偏差允许值范围内。钢纤维混凝土搅拌过程中，可以先将粗细骨料、钢纤维和水泥进行干拌，然后采用湿拌的方法进行拌和施工。钢纤维混凝土拌和物颜色要一致、均匀，不允许出现泌水、离析和钢纤维团结的情况。

表1 材料偏差允许值 %

4.3 闸坝基础防渗处理方案

水闸坝基右岸坝肩使用高压旋喷灌浆处理措施进行处理，而对于左岸坝肩和闸基使用帷幕灌浆的方法进行处理。闸基帷幕灌浆孔使用单排孔灌浆措施进行施工，灌浆孔之间的间隔距离为2 m，一共布置92个孔，孔底要深入到不透水层(q=10 Lu)以下1 m。闸基高压旋喷灌浆孔采用单排孔灌浆，灌浆孔之间的间隔距离为2.0 m，一共布置35孔。右岸护坡高压旋喷灌浆孔采用单排孔进行灌浆，灌浆孔之间的间隔距离为1.5 m，一共布置88孔，由于右岸堤防采用砾质、粉质黏土进行施工，因此要就近取土作为填土。堤基为河流冲击堆积层，具有较强的透水性，通过进行注水试验后发现其渗透系数为3.1×10-3cm/s，填土层与堤基接触面处理质量差是造成绕闸渗流的主要原因。因此，设计采用P·O42.5普通硅酸盐水泥进行坝基灌浆处理。一共分为3个工序进行灌浆，分别为Ⅰ序孔-Ⅱ序孔-Ⅲ序孔，按照自上而下的原则进行灌注施工，灌注压力控制在0.4～1.0 MPa，灌浆过程中要注意控制基础面的压力，并尽量使浆液可以顺着基础面进行扩散充填，以提高接触面的防渗效果。

5 结 语

病险水闸由于年久失修，存在的问题较多，为了提升水闸安全，需进一步对水闸安全度、水闸病害进行分析，然后针对存在的病害制定加固措施。文章以实际工程为例，对病险水闸除险加固措施进行了分析和探讨，取得了良好的施工效果，值得类似工程借鉴和参考。