水闸病险成因及除险加固措施分析--以蒋家嘴水闸为例

水闸病险成因及除险加固措施分析--以蒋家嘴水闸为例
张凯倩
【摘要】文章综合分析了水闸病险的成因及病险类型，结合工程实例提出了除险
加固措施并得出了结论。

%The article analyzes the causes and types of dangerous sluice, and combined with construction project, puts forward
the reinforcement measures.
【期刊名称】《价值工程》
【年(卷),期】2013(000)032
【总页数】2页(P73-74)
【关键词】蒋家嘴水闸;病险水闸;除险加固;成因;措施
【作者】张凯倩
【作者单位】常德市水利水电勘测设计院，常德415000
【正文语种】中文
【中图分类】TV697.3
0 引言
我国大部分水闸均存在不同程度的安全隐患。

据不完全统计，截止至2008 年5 月，全国共有大中型病险水闸2600 多座，占全国大中型水闸总数的33%左右。

建成于1958 年的蒋家嘴水闸是一座位于湖南汉寿沅水防洪大堤上的大(2)型水闸，原设计流量1665m3/s，该水闸安全鉴定类别为IV 类，需要进行除险加固。

根据2008 年的全国水闸安全状况普查资料，经统计分析后得出目前我国病险水闸成因主要包括以下几个方面。

1.1 自然原因自然因素的影响会对水闸造成一定程度的破坏。

自然因素中一部分
为不可抗力，包括地震、海水侵蚀、超标洪水的发生、泥沙淤积等，另一部分为人类影响自然界后间接对水闸产生影响，如水体污染等，这些因素均会加速水闸结构的老化过程，危及闸体结构安全。

1.2 历史原因我国大部分水闸均修建于“大跃进”、“文化大革命”等特殊的历
史年代，其中许多水闸都是边勘测、边设计、边施工的“三边”工程，而且许多水闸根本没有经过验收就投入了运行。

当时中国社会经济和技术水平较低，水闸施工采用的材料质量较差，施工设备落后，致使许多水闸建设期就存在大量的问题，达不到标准要求。

1.3 技术原因现代水闸设计之前，需收集河流较长系列的水文资料和数据，精确
计算设计洪水的洪峰流量和可能发生的变化，才能准确的确定水闸的设计标准。

大部分病险水闸建设时，由于技术条件的原因，能够获得的气象、水文资料很少，系列短，存在较大的局限性，导致当时的设计标准偏低，水闸防洪标准不够。

由于建设时间较早，大部分水闸已接近或超过设计使用年限，水闸结构老化严重，其安全性和使用功能日益衰退。

另外，由于流域或河流的防洪规划改变，许多河道已进行了扩挖和深浚，但是水闸并没有进行相应扩建或改建，致使其设计标准已无法满足现有使用要求。

1.4 管理原因长期以来，轻视工程维护和管理的思想比较普遍。

大部分水闸管理
设施陈旧，管理经费不足，手段落后，难以适应管理工作的需要。

一些水闸管理单位难以维持自身的生存与发展，根本无力担负病险水库的安全鉴定和除险加固费用，导致大部分病险水闸长期处于年久失修的状态，工程和设备的安全状况每况愈下。

2.1 原设计防洪标准偏低大部分病险水闸设计时没有统一的技术标准、水文资料
缺失，导致产生了防洪标准偏低的问题。

例如蒋家嘴水闸工程设计是以1954 年该地外湖出现的最高水位36.30 米设防，水闸闸门顶高程36.00m，水文资料显示近年来水闸所在河道历史最高水位达37.85 米，超过闸门顶高程1.85m，且随着河
底高程因泥沙淤积不断提高，闸前水位由逐年提高的趋势，原设计防洪标准已完全达不到要求。

2.2 闸室和翼墙整体稳定性及抗渗稳定性不满足规范要求许多病险水闸设计前期
基础地勘资料未充分取得，或由于年久失修，结构遭受水流冲刷严重，产生了不同程度的沉陷和渗流破坏。

根据蒋家嘴水闸的安全鉴定数据来看，1#闸墩基础遭水
流掏空，地基产生了不均匀沉降，导致闸墩产生了裂缝，闸室稳定性已达不到规范要求。

1996 年汛期调蓄洪水时，闸墩有明显震动，水面有旋涡，经电法物探表明，闸下基础和消力池底板下的基础遭到破坏，形成漏水通道，对水闸产生严重威胁。

2.3 建筑物结构老化及损坏严重部分病险水闸由于年代久远，建筑物表面产生了
严重的碳化、裂纹甚至裂缝，有的混凝土表面卵石裸露，甚者产生了露筋现象；水闸止水或观测设施老化破损严重；水闸启闭设备老化，缺乏防护装置，闸门锈蚀严重，启闭时有卡阻现象，汛期启闭机不能正常启闭，给防汛带来极大压力。

2.4 消能防冲设施不完善或损毁严重部分病险水闸由于设计时防洪标准偏低，导
致下游消能防冲设施设计标准也偏低，不能满足消能要求。

由于年代久远，随着河床演变，部分水闸消能设施不能适应现状河床条件，导致消力池不能正常运行，产生水流冲刷引起海漫及防冲槽破损。

还有部分特例，如蒋家嘴水闸运行过程中，发生过运石船翻船事故，大量块石沉入消力池内，导致消力池池深减小，消能防冲能力达不到设计要求。

2.5 其他病险类型以上问题是大部分病险水闸普遍存在的问题，还有一些其他问
题如枢纽布置不合理，铺盖、翼墙、护坡损坏，闸门及机电设备老化失修或严重损坏，观测设施缺少或损坏失效，管理房屋失修，防汛道路损坏，缺少备用电源、交通车辆和通信设施等也普遍存在。

以湖南省内病险水闸为例，水闸病险的主要种类及所占比例见图1。

图1 水闸主要病险种类图
3 水闸除险加固工程措施
①对于闸室整体稳定性不满足规范要求、地基承载能力不足的水闸，需要进行地基处理，使地基承载力达到规范要求。

水闸除险加固中的地基处理技术，主要包括水泥灌浆、化学灌浆、粘土灌浆和高压喷射注浆。

其中，水泥类灌浆材料结石体强度较高，材料易得，配置方便，但灌浆直径或宽度容易受到水泥颗粒粒径大小的影响。

化学灌浆虽然具有较好的可灌性，但是要防止某些化学灌浆材料给周围环境带来的污染。

粘土灌浆主要用于充填劈裂或洞穴，恢复土体的完整性，堵塞渗漏通道，同时能够改善应力条件，减小或消除拉应力。

高压喷射注浆常用于水闸地基处理工程，主要包括半置换法与完全置换法。

对于蒋家嘴水闸，由于其工程量比较大，修复较为彻底，时间充裕，因此可以采用水泥灌浆进行水闸地基处理，这样不但成本较低，其强度与使用年限也与实际需求相吻合。

地基处理完成后，可采取增加上部结构重量、加长或加厚底板、增设预应力锚固或抗滑桩等来提高闸室抗滑能力，使其满足整体稳定性要求。

②对于部分结构老化严重的水闸，如果是混凝土表面老化严重，碳化深度过大，需要采取措施修复混凝土。

混凝土渗漏修复技术主要有表面粘贴法、化学灌浆法、表面嵌填法和表面喷涂法等，工程中可以采用其中一种方法或者可以多种方法同时使用。

对于形态、尺寸及数量均已不再发展的静止裂缝，修补时仅需根据裂缝粗细及渗水情况选择修补材料和方法；而对于活动裂缝，则应该先消除其成因，待确认裂缝稳定后，再依据静止裂缝的修复方法处理。

表面粘贴法是在混凝土表面粘贴防水
材料，主要适用于龟裂和漫渗等缺陷；化学灌浆法是将高分子化合物的浆液通过一定压力灌入混凝土裂缝中，从而封闭裂缝，化学灌浆法示意图如图3 所示，其施
工工序为：施工准备→裂缝开槽→造灌浆孔→槽面、孔面清理→埋设灌浆嘴、孔口封闭→清洗缝面→封槽→压力灌浆→灌浆质量检查→面层处理；表面嵌填需要沿着裂缝凿槽，然后在槽中嵌填止水密封材料，封闭裂缝，表面嵌填法示意图如图4
所示，其施工工序为：施工准备→裂缝开槽→槽面清理→止水材料嵌填封闭。

由于蒋家嘴水闸常年蓄水，跨度较大，因此可以采用上述几种方法相结合进行混凝土修复。

图2 表面粘贴法施工示意图
图3 化学灌浆法施工示意图
图4 表面嵌填法施工示意图
③对于部分金属结构损毁严重的水闸，可根据《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》和《水利水电工程金属结构报废标准》进行检测后予以报废或更新改造。

水闸金属结构主要指闸门及预埋铁件，其病害主要表现为钢制构件的锈蚀以及钢闸门面板裂缝等。

对于蒋家嘴水闸的金属结构变形及锈蚀问题，需要更换的一定要严格进行更换，需要进行加固的部位，一定要注意尽量不要改变原结构的受力形式，以免对加固构件造成损坏；并且不宜采用焊缝与铆钉或螺栓共同受力的混合连接方法；在焊接时，应该避免连续焊接较长的焊缝，以免加固构件发生变形。

④对于下游消能防冲设施损毁严重、达不到规范要求的水闸，应分析其损毁的原因，有针对性的提出改善设计方案。

一般来说，水闸实际过闸单宽流量大于消能防冲设施设计单宽流量，是导致其损毁的主要原因。

在消能防冲设施设计前，应仔细校核过闸单宽流量，对于消能防冲设计单宽流量不满足要求的水闸，应重新设计消力池和海漫，采取增加消力池长度、深度、增设二级消力坎、加大海漫长度、宽度、扩散角等措施，使其满足防冲要求。

4 结语
目前我国水闸的病险问题和种类较多，针对不同类型及原因的水闸病险，要进行有针对性的加固措施，根据实际情况进行最合理的设计，同时需要合理安排修复工艺，避免因修复工艺不合理而带来不良后果。

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