于桂云，劉祥高，單既連

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013）

近年來(lái)，國(guó)家和地方在病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固方面投入了大量的資金，雖然解決了一些實(shí)際問(wèn)題，但許多水利設(shè)施仍然病險(xiǎn)嚴(yán)重，特別是一些帶病運(yùn)行多年的大中型水閘還亟待除險(xiǎn)加固。如何利用好有限的除險(xiǎn)加固工程資金，既要使工程除險(xiǎn)，又要達(dá)到經(jīng)濟(jì)、省工期、蓄水損失低等目的，是擺在水利技術(shù)工作者面前的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。筆者結(jié)合“峽山水庫(kù)溢洪閘除險(xiǎn)加固應(yīng)急工程”，對(duì)大中型水閘閘室混凝土結(jié)構(gòu)加固工程中復(fù)雜的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題提出一些見(jiàn)解，供同類工程參考。

1 工程概況

峽山水庫(kù)溢洪閘位于山東半島的濰河中下游，始建于1979年，共15孔，單孔凈寬16.0 m，閘室長(zhǎng)26.0 m,閘底板高程28.0 m，堰型為“a型駝峰堰”，堰高0.83 m，堰頂高程28.83 m。采用弧型閘門，ZS2-125型卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，閘門高度10.17 m。工程自建成以來(lái)，在蓄水、防洪、灌溉等方面發(fā)揮了重要作用。但由于受當(dāng)時(shí)財(cái)力、物力及技術(shù)等因素的制約，存在諸多病險(xiǎn)隱患，影響工程安全運(yùn)行，因此2001年被國(guó)家列為“Ⅲ類壩”。

溢洪閘建筑物等級(jí)1級(jí)；工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流量12 677 m3/s；10 000年一遇洪水校核，校核流量15 853 m3/s；地震設(shè)防烈度為Ⅷ度,地震動(dòng)峰值加速度取0.20 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.4 s。

2 病險(xiǎn)分析及對(duì)策

根據(jù)峽山水庫(kù)溢洪道工程總體安全復(fù)核結(jié)論，溢洪道泄流能力不滿足泄洪要求，究其原因是溢洪閘泄槽下游卡口所致，溢洪閘本身泄流能力較大，不影響泄洪。因此本文只討論閘室混凝土結(jié)構(gòu)除險(xiǎn)加固關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2.1 閘底板

原溢洪閘閘基大部分坐落在半風(fēng)化基巖上，閘底板原設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號(hào)為150#，受力鋼筋為Ⅱ級(jí)鋼。根據(jù)復(fù)核計(jì)算結(jié)果，閘室小底板根部結(jié)構(gòu)承載能力低于規(guī)范要求，解決方法一般有：1）截面高度加大；2）受力鋼筋面積增加；3）改善結(jié)構(gòu)受力條件。

由于閘室小底板根部斷面受力鋼筋位于底層，在保留原底板的條件下，無(wú)法增加受力鋼筋面積。因此，閘室底板加固只有加大截面高度和改善結(jié)構(gòu)受力條件兩條途徑。

2.2 閘墩

峽山水庫(kù)溢洪閘邊墩為衡重式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)復(fù)核計(jì)算，結(jié)構(gòu)承載力滿足規(guī)范要求，因此只討論閘室中墩問(wèn)題。

1）墩墻。閘室中墩墩墻厚2.0 m，原設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號(hào)為150#，受力鋼筋為Ⅱ級(jí)鋼。現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)指標(biāo)為95#，鋼筋截面損失率為5%。

二是職業(yè)病問(wèn)題。M煤礦的井下工人及部分二線工人飽受職業(yè)病困擾。職業(yè)病是職工未來(lái)生活保障的攔路虎?；?jí)m肺和矽肺的員工，身體功能大大減弱，因病返貧的概率大大提升，許多社保繳納不足十五年的員工，出于對(duì)未來(lái)的擔(dān)憂，遲遲不愿與企業(yè)解除勞動(dòng)關(guān)系。職業(yè)病還是工人再就業(yè)的嚴(yán)重阻礙，崗前體檢職業(yè)病較嚴(yán)重的職工新公司不予錄用。職工無(wú)法順利再就業(yè)，企業(yè)又不能給予較好的解決措施，職工自然不肯接受安置。

2）弧形閘門支座。閘墩牛腿原設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號(hào)為200#，受力鋼筋為Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)鋼兩種；現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)指標(biāo)為88#，鋼筋截面損失率為5%。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)指標(biāo)和復(fù)核計(jì)算結(jié)果，閘墩混凝土強(qiáng)度削弱嚴(yán)重，使墩墻和閘墩弧門支座承載力不滿足規(guī)范要求；閘墩混凝土存在堿集料反應(yīng)問(wèn)題，致使混凝土膨脹開裂；閘墩表面存在較嚴(yán)重的凍融剝蝕、碳化和裂縫等老化病害問(wèn)題。解決峽山水庫(kù)溢洪閘閘墩存在的這些問(wèn)題，首先是要通過(guò)適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?，阻斷閘墩混凝土產(chǎn)生堿集料反應(yīng)的條件和途徑，然后再考慮采用改善結(jié)構(gòu)受力條件等其他加固措施。

通過(guò)數(shù)年來(lái)的調(diào)研、分析和探索，找出了一種高速機(jī)械噴砂與“隔氣閉水技術(shù)”相結(jié)合的方法。這種技術(shù)可抑制混凝土內(nèi)部的堿骨料反應(yīng)以及閘墩表面剝蝕、碳化、風(fēng)化及裂縫等老化病害的進(jìn)一步加劇，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，延長(zhǎng)工程使用年限。

3 結(jié)構(gòu)受力條件改善措施

對(duì)于閘底板、閘墩及其支座牛腿等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其內(nèi)力產(chǎn)生的條件除結(jié)構(gòu)自重和永久設(shè)備重荷載之外，主要外荷載是水壓力荷載、地震荷載和啟門力荷載等。因此，要改善結(jié)構(gòu)受力條件，首先是對(duì)水推力進(jìn)行削減，其次是盡可能減低地震慣性力。

3.1 削減水推力條件分析及工程措施

1）條件分析。峽山水庫(kù)溢洪閘正常蓄水位（水庫(kù)興利水位）為37.40 m，單孔閘門凈寬為16.0 m。根據(jù)單孔閘門所承受的水平靜水壓力計(jì)算公式分析，在水閘設(shè)計(jì)蓄水位不變的情況下，要降低水推力，唯一的方法是抬高溢洪閘堰頂高程。

經(jīng)水力計(jì)算比較，溢洪閘最高堰頂高程為30.30m，設(shè)計(jì)蓄水位條件下堰上水深為7.10m；原工程堰頂高程為28.83m，設(shè)計(jì)蓄水位條件下堰上水深為8.57m。由此可見(jiàn)，峽山溢洪閘具備削減水推力的條件。

2）工程措施。通過(guò)反復(fù)計(jì)算研究，采用了非對(duì)稱式駝峰堰，堰體上游段長(zhǎng)5.65 m，下游段長(zhǎng)6.0 m，堰高2.0 m。上游底部圓弧半徑7.10 m，中部圓弧半徑2.0 m；下游底部圓弧半徑8.0 m，中部圓弧半徑2.10 m。

3）水推力計(jì)算比較與分析。堰頂高程加高前后單孔閘門所承受的水平靜水壓力比較計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 單孔閘門所承受的水平靜水壓力比較計(jì)算表 kN

由表1看出，堰頂高程加高后單孔閘門所承受的水平靜水壓力比原工程削減1 842.79 kN。閘門水推力的削減，不僅使墩體弧門支座牛腿、弧門支座扇形受拉區(qū)等受力條件得到有效改善，同時(shí)閘門高度比原工程減小了2.07 m,相應(yīng)減少閘門所需鋼材達(dá)25%左右。

3.2 減低地震慣性力的條件分析及工程措施

峽山水庫(kù)溢洪閘工程地震設(shè)防烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g。其閘室結(jié)構(gòu)物所承受的地震荷載是一關(guān)鍵性指標(biāo)，要減小地震對(duì)建筑物的破壞力，則應(yīng)盡可能降低建筑物重心或上部構(gòu)造采用輕型結(jié)構(gòu)。

3.2.1 閘頂高程復(fù)核計(jì)算

（1）閘門高程計(jì)算。峽山水庫(kù)溢洪閘閘門高度有3種控制運(yùn)行工況。1）經(jīng)計(jì)算在設(shè)計(jì)蓄水位37.40 m條件下：閘門頂高程為37.90 m；2）20年一遇洪水控泄條件下：閘門頂高程為37.49 m；3）50年一遇洪水控泄條件下：閘門頂高程為38.40 m。

綜合以上3種運(yùn)行工況計(jì)算結(jié)果，最小閘門高度取8.1m，閘門頂高程為38.40 m。

（2）條件分析。峽山水庫(kù)原溢洪閘閘底板高程28.0 m，堰頂高程28.83 m，閘門高度10.17 m，閘門頂高程為39.0 m，閘頂高程為46.0 m。

經(jīng)閘室總體布置，新的溢洪閘閘底板高程取28.30 m，堰頂高程為30.30 m，閘門高度為8.10 m，閘門頂高程為38.40 m，閘頂高程為44.50 m。

經(jīng)計(jì)算機(jī)架橋墩座可在原來(lái)基礎(chǔ)上降低1.50 m，具備減小地震慣性力條件。

3.2.2 地震力計(jì)算比較與分析

峽山水庫(kù)溢洪閘工程單孔閘室地震力比較計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出，峽山水庫(kù)原溢洪閘閘墩頂高程由原來(lái)的46.0 m降低到44.50 m，使機(jī)架橋、啟閉機(jī)及機(jī)座、啟閉機(jī)房等上部構(gòu)造在采用輕型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，均可下移1.50 m。不僅有效縮減了地震慣性力和地震動(dòng)水壓力，還由于地震力力臂的減小，改善了閘墩、弧門支座牛腿和閘底板等結(jié)構(gòu)的受力條件。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 “削減水推力”技術(shù)措施

峽山水庫(kù)溢洪閘除險(xiǎn)加固工程所采用的“削減水推力”技術(shù)措施：閘底板在原基礎(chǔ)上增厚0.3 m，新老底板用錨筋連結(jié)，面層布設(shè)一層鋼筋網(wǎng)；將駝峰堰堰高由原28.83 m增高到30.30 m，閘門高度由10.17 m降低為8.1 m，閘門頂高程為38.4 m。

表2 峽山水庫(kù)溢洪閘單孔閘室地震力比較計(jì)算結(jié)果表

這一技術(shù)措施的實(shí)施，使單孔閘門所承受的水平靜水壓力比原工程削減1 842.79 kN。閘門水推力的削減，不僅使墩體弧門支座牛腿、弧門支座扇形受拉區(qū)等受力條件得到有效改善，同時(shí)閘門高度比原工程減小了2.07 m，相應(yīng)減少閘門所需鋼材達(dá)25%左右。

4.2 隔氣閉水技術(shù)措施

閘墩采用高速機(jī)械噴砂與“隔氣閉水技術(shù)”相結(jié)合的方法，可在閘墩表面形成一層與原閘墩體混凝土親和力極強(qiáng)的保護(hù)膜，有效阻隔水和大氣進(jìn)入到墩體內(nèi)，極大程度地抑制混凝土內(nèi)部的堿骨料反應(yīng)以及閘墩表面剝蝕、碳化、風(fēng)化及裂縫等老化病害的進(jìn)一步加劇，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，延長(zhǎng)使用年限。

4.3 抗震技術(shù)措施

墩頂高程由原來(lái)的46.0 m降低到44.50 m，使機(jī)架橋、啟閉機(jī)及機(jī)座、啟閉機(jī)房等上部構(gòu)造在采用輕型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，均可下移1.50 m；上部構(gòu)造拆除重建，并采用輕型結(jié)構(gòu)，可大幅度削減地震力，使墩體、弧門支座牛腿、弧門扇形受拉區(qū)等受力條件得到有效改善。

經(jīng)綜合計(jì)算分析，該工程可凈增經(jīng)濟(jì)效益4 366.72萬(wàn)元，施工工期可縮短4～10個(gè)月，由于水庫(kù)提前蓄水增加供水量約1.3億m3，為水資源供需矛盾突出的濰坊地區(qū)提供了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展的水資源保障。