试析水闸病害的原因及加固措施

试析水闸病害的原因及加固措施
作者：葛光
来源：《中国新技术新产品》2008年第20期
摘要：水闸病害是水闸的不安全因素，随着科研工作和工程实践的广泛开展，出现了许多新材料、新技术和新工艺，应积极地将这些科技新成果应用到水闸病害防治工作中来。

关键词：水闸病害；成因分析
1 引言
我国现有各类水闸5万多座，它们在防洪除涝、农业灌溉、拦潮蓄水、水力发电、城乡供水、旅游、环境生态等方面发挥了巨大的作用，取得了显著的经济效益，构成了我国水利基础设施的重要组成部分。

但是由于历史原因，并受到当时经济技术条件的限制。

大多数工程设计标准偏低，施工质量较差。

而且建成后的管理水平低。

工程运行维修养护经费无正常投入渠道。

致使水闸在空气、负荷、冻融、污染、风、浪、雨和雪的长期作用下，呈现出各种各样的老化病害，严重影响水闸的安全性、适用性和耐久性。

2病害类型及其成因分析
许多水闸都不可避免地存在多种不同形式的老化病害，为了消除或减轻这些水闸的病害症状，应首先分析病害的类型及其成因，才能“对症下药”。

水闸的病害往往不是单独存在的，它们之间或多或少地存在着某些必然的联系。

往往一种作用在最初导致了某种破坏，而这种破坏又会诱发其他形式的破坏；反过来，其他形式的破坏又将加剧最初的这种破坏。

因此，必须对水闸的病症进行透彻的分析，找出这些病症的“因果关系”。

2.1 闸室结构变形破坏
结构的变形破坏形式分为结构的整体位移和局部变形，主要表现为结构的水平位移和竖直位移超标、混凝土开裂、结构缝的张开（包括止水的失效），这些表现形式之间通常是互相关联的。

混凝土的开裂和结构缝的张开属于局部结构变形。

除了结构整体位移，特别是不均匀位
移会引起混凝土裂缝和结构缝张开外，其他原因也会造成各种类型的混凝土裂缝，主要包括温度裂缝、干缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝、碱骨料反应裂缝和施工裂缝。

2.2 地基滲流破坏
水闸的渗流包括闸下渗流和侧向渗流两种途径。

由渗流引起的渗透变形是水闸破坏的主要形式之一，主要包括管涌、流土和接触破坏三种形式。

引起水闸渗流破坏的主要原因有：原设计标准偏低，现水闸为了满足新的功能要求，提高水位差运行；防渗止水设施失效；排水反滤设施失效；存在影响结构整体性的裂缝；地基土本身的特性与缺陷；其他原因。

2.3闸门及其启动系统的破坏
闸门的主要问题包括：面板、主梁、次梁变形与剥落；止水橡皮的老化破损；闸门及其细部构件的锈蚀等。

一般说来，闸门的破坏往往是在闸室过水时发生的，特别是在某些水力条件下，闸门将产生强烈振动，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，但总的说来是由于动水作用的不平稳引起的。

伴随闸门的振动，将产生一系列的闸门破坏，例如闸门变形、止水破坏等。

闸门本身的老化是闸门破坏的另一个原因。

2.4 混凝土表面劣化
２.4.1 混凝土碳化和钢筋锈蚀。

混凝土的碳化是空气中的二氧化碳与水泥石中的碱性物质互相作用的一种复杂的物理化学过程。

由于碳化会降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，从而导致钢筋锈蚀。

2.4.2 混凝土表面剥蚀破坏。

混凝土耐久性不良是造成表面剥蚀破坏的内在原因。

水力混凝土产生剥蚀破坏主要是由于环境原因。

（包括水、气、温度、介质）与混凝土及其内部的水化产物、砂石骨料、掺和物、外加剂、赶紧相互作用，产生一系列机械、物理、化学的复杂作用，从而形成大于混凝土抵抗能力（强度）的破坏应力所致。

3 病害加固措施
在对水闸进行安全检测及评估之后，应针对所出现的病害症状进行除险加固。

在确定加固措施时，应首先消除或最大可能地减小病害源，在对病害源进行整治之后，再逐步对病害症状
进行处理。

由于每个水闸的病害症状及病因都各不相同，所以，对于各个水闸的除险加固应因地制宜，灵活运用各种加固方法。

3.1 结构变形的处理
3.1.1 闸室的纠偏处理。

水闸可以采用应力解除法纠偏，其原理是：在沉降较小的一侧布设密集的钻孔排，有计划，有次序，分期分批地在钻孔内适当深处掏出适量的软淤泥，使地基应力在局部范围内得到解除，促使软土向该侧移动，从而增加该侧地基沉降量，最终达到纠偏的目的。

其特点是：掏土时，掏深不掏浅，掏软不掏硬，掏基底外不掏基底内。

3.1.2 裂缝处理。

裂缝处理除了以恢复防水性和耐久性为主要目的外，也要考虑到经济和结构的美观性。

修补裂缝的方法很多，主要有凿槽充填法、灌浆法、表面覆盖法。

3.2 地基渗透的处理
处理原则是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。

基础渗透修复主要包括：修复沉险缝止水，可重新补做止水设施；修复下游排水，将护坦底部的反滤层拆除，重新修复，在护坦下游的海漫段加做反滤排水设施；适当加长上游防渗铺盖；补救闸基板桩；加固闸基，其方法主要是灌浆处理。

侧向渗漏修复主要包括：闸背填土开挖回填；加深和加长刺墙；垂直止水的修复；灌浆处理。

3.3 上下游消能防冲设施破坏的处理
上下游消能放冲设施产生破坏时，应采用工程措施与非工程措施相结合的手段在处理。

非工程措施最主要的是提高水闸运行管理水平，采用合理的运行方式。

如果这种破坏主要归咎于水力条件发生变化或设计不当，则应对消能防冲设施进行重新设计，设置完善合理的消能工程。

对于软弱地基，需采用合适的方法进行处理。

处理过程中，注意到土工合成材料中的非织造针刺土工织物具有良好的反滤特性，可用来设置反滤层，代替传统的砂砾料，可以解决砂砾料级配不当所带来的一系列问题。

例如，闸后底板分缝处排水孔常因淤堵而失效，致使底板下积聚过高的扬压力等。

3.4 闸门及其启闭设备的维修加固
由于受过去技术经济条件的限制，建造的闸门多为钢筋混凝土闸门，现大多已出现了严重的老化问题。

在经济条件允许的情况下，加固过程中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没有设置检修闸槽及备用工作闸门，万一闸门损坏，可能引起严重的事故。

因此，对于这类水闸必须用切割机切出一道预备工作闸槽，以防不测。

在对启闭系统
进行改造时，应注重对其供电及控制线路进行改造，完善各辅助设施功能，提高控制系统自动化程度。

3.5 混凝土表面劣化的处理
3.5.1 混凝土的碳化及钢筋锈蚀处理。

对于混凝土碳化的处理，视碳化的深度和部位的不同，各种工程的处理方法也不尽相同。

一般而言，将碳话的混凝土全部凿去，表面清理干净，再用高于原混凝土设计标号的混凝土或其他修补材料（例如环氧聚酯、丙乳砂浆、丙乳混凝土、HBR聚合物砂浆等）进行修补加固；如果外露的钢筋已产生锈蚀，必须先除锈再进行处理，都应考虑采用一般混凝土或喷砂浆修补，可以考虑用环氧厚浆涂料封闭。

3.5.2 混凝土表面剥蚀处理。

首先对原混凝土剥蚀面进行清洗，然后用各类修补材料进行修补。

在选用修补材料时，应根据混凝土剥蚀的原因，采用不同的修补材料。

例如，由冻融破坏引起的表面剥蚀，可采用抗冻性聚合物砂浆进行修补。

4 结语
水闸病害是水闸的不安全因素，所以，水闸的安全评价应建立在现状调查与安全检测的基础上。

目前，水闸安全评价在很大程度上依赖于多位专家的经验，其安全评价体系尚待进一步成熟与发展。

病害检测水平需进一步提高，特别是应加强水下部分的检测，以提高检测工作的完善性，更好地了解水闸的工作性态。

近年来，随着科研工作和工程实践的广泛开展，出现了许多新材料、新技术和新工艺，应积极地将这些科技新成果应用到水闸病害防治工作中来。