水利工程中水闸加固技术的分析

水利工程中水闸加固技术的分析

摘要:水闸是一种控制水位和调节流量的低水头水工建筑物,具有挡水和泄水双重作用,多建于河道、渠系、水库、湖泊及滨海地区。本文阐述了水利工程水闸运行中会遇到的问题,并提出几点加固措施。

关键词:水利工程水闸加固

在水闸长期运行的过程中,难免会遭到自然环境的破坏,无论怎么改善设计方案,运行一段时间后都要进行加固处理。不同地区的水闸,受影响的部分也不同,需要根据实际情况,采取不同的加固措施才能保证水闸的稳定运行。

1 水闸病害类型及其成因分析

1.1 闸室结构被破坏变形

根据闸室结构的破坏变形主要表现形式有混凝土开裂、结构的竖直位移和水平位移超出标准以及结构缝张开等,其变形破坏形式可分为结构的局部变形和整体位移,通常来说,上述这些表现形式之间是相互关联、密不可分的。造成整体结构竖直位移和水平位移超标的因素有:首先,混凝土强度被降低,破坏变形了地基的渗透;其次,不完善的施工方案以及设计地基处理不合理,导致地基压缩量过大、承载力不足;最后,结构的不均匀荷载或者结构超载的作用。

1.2 地基渗流破坏

侧向渗流与闸下渗流是导致水闸渗流的两种形式。水闸破坏主要是因为渗流引起的渗透变形,管涌、流土和接触破坏是它的三种途径。导致水闸渗流破坏的主要因素有:原设计的标准比较低,如今水闸为了符合新的功能要求,需提高水位差的运行;存在影响整体性结构的裂缝;防渗止水设施的失效;反滤排水设施的失效;地基土自身存在缺陷。

1.3 上下游消能防冲设施的破坏

这种破坏的主要原因有:水闸设计不当,安全设施不健全;设计标准低,水闸运行随着时间增长使河道的水力条件发生了改变,以至于水闸现有消能防冲设施的结构和尺寸不能满足要求;基础不够牢固,处理不当;产生集中水流、折冲水流、漩涡等不良流态由于水闸运行管理低下,尤其是有些闸的开启方式不合格,破坏了下游消能防冲能力。

1.4 闸门及其启闭系统的破坏

闸门的破坏主要包括:面板、主梁、次梁的形变与掉落;止水橡皮的风化;闸门与其构件的锈蚀等。通常说来,闸门的破坏往往发生在闸室过水时,特别是在某些水力条件下闸门产生强烈的振动,甚至产生共振和动力失稳现象。闸门振动破坏的原因十分复杂,目前对于闸门振动的研究还处于探索阶段,但总体上说来是由于动水作用的不平稳。

1.5 混凝土表面劣化

(1)碳化和钢筋锈蚀。混凝土碳化是一种化学腐蚀,其本质就是二氧化碳进入混凝土中与碱性物质反应,生成水和碳酸盐。水泥在水化的时候会生成大量的氢氧化钙,这种碱性溶液会使钢筋表面钝化,对钢筋有很好的保护作用。碳化会使混凝土的碱度慢慢降低,当碳化超过混凝土的保护层时,由于有水和空气的存在,混凝土就会失去保护的作用,钢筋开始生锈。

(2)剥蚀破坏。水利工程中混凝土剥蚀破坏的原因主要有两方面。内在原因:由于其所处的环境中存在水、空气、介质等方面因素,与水泥的水化产物、搀和物、外加剂的产生一系列复杂的物理、化学变化。从而形成大于混凝土强度的破坏应力。外在原因:环境水的冻融破坏、过流部位的冲磨及水质的侵蚀等。

2 病害加固措施

2.1 针对结构变形破坏的处理措施

纠偏处理闸室。把密集的钻孔排布设在沉降较小的一侧,为了解除在局部范围内的地基应力,可以采取有次序,有计划,分批分期地掏出钻孔内适当深处适量的软淤泥,这样就能促使软土移动到这一侧,而且该侧地基沉降量也随之增加,最终纠偏的目的也就达到了,这就是采用应力解除法解决水闸纠偏的原理。掏土时,掏基底外不掏基底内,掏软不掏硬,掏深不掏浅,是这种纠偏处理方法的主要特点。裂缝的修补处理有灌浆法、凿槽充填法、表面覆盖法等很多种方法。

2.2 地基渗透的处理

降低水流的渗透坡降,提高基础的抗渗坡降,从而使渗透坡降达到安全要求是地基渗透的处理原则。基础渗透修复措施主要包括:修复下游排水,可以保护坦底部的反滤层拆除,适当加长上游防渗铺盖;修复沉险缝止水,可以重新补做止水设施;重新修复,在护坦下游的海漫段加做反滤排水设施;加固闸基,其方法主要是灌浆处理;补救闸基板桩。闸背填土开挖回填,垂直止水的修复,灌浆处理,加深和加长刺墙是侧向渗漏修复的主要处理方法。

2.3 上下游消能防冲设施破坏的处理

当上下游消能防冲设施遭到破坏时,可采取工程措施和非工程措施相结合的方法去处理。其中非工程措施关键的是水闸运行管理水平的改善,选择适当的运行管理方式。但若破坏主要是因为水力条件发生改变或结构设计不完善,就应该重新设计消能防冲设施并使消能工程得以完善同。在处理间断期间,应注意土工合成材料中的非织造针刺土工织物,是不是反滤特性良好,如果不用传统的砂砾料也可使用设置反滤层代替,这样就可以解决砂砾料级搭配不合理引发的一系列问题。

2.4 闸门及其启闭设备的维修加固

过去由于技术经济条件的限制,闸门多为钢筋混凝土闸门,目前多已出现了严重的老化问题。如果经济条件允许,可以考虑将混凝土闸

门门体更换为钢闸门。一些重要的中小型水闸由于没有检修闸槽以及备用闸门,一旦闸门损坏,可能引起严重的事故。因此,对于这类水闸必须设置一道预备工作闸槽。对于启闭系统,应改造其供电及控制线路,提高各辅助设施功能,增强控制系统的自动化程度。

2.5 混凝土表面劣化的处理

(1)碳化及钢筋锈蚀处理。由于碳化的深度不同位置各异,应该根据现场情况采用不同的处理办法。一般来说,首先将已经碳化的部分凿去,清理干净,再用高于原来设计标准的混凝土加固处理。对于外面锈蚀的钢筋,应先采取去锈处理,再用环氧厚浆涂料封闭。

(2)混凝土表面剥蚀处理。若混凝土表面无粗骨料外露的情况采用水磨石机打磨平整即可,在施工时应避免将好的混凝土打磨掉;若混凝土表面剥蚀深度较大的情况则先对原混凝土剥蚀面进行清洗后再用各类修补材料对表面进行修补。修补时应根据混凝土结构受到的主要环境侵蚀类型和混凝土结构性能特征,从技术、经济与环境角度综合考虑,来选择合适的表面修护材料及技术。例如,浅表损伤,可涂抹PCM、树脂砂浆等。

3 结语

水闸病害作为水闸的不安全因素,应把水闸的安全评价建立在现状调查与安全检测的基础上,再进一步加强水闸病害对水闸可靠度影响的定量研究,以更好地评价水闸安全度。目前,应积极地科技新成果