鐘 彬

(塔里木河流域巴音郭楞管理局-孔雀河管理處開都河下游管理站，新疆 巴州 841400)

1 水閘存在的問題及原因分析

某水閘位于于新疆巴州塔里木河上游河段上，水閘在順?biāo)鞣较蛴缮嫌芜B接段、閘室段和下游連接段組成，水閘閘室軸線長41.5 m。水閘興建于20世紀(jì)90年代，現(xiàn)水閘老化嚴(yán)重，灌溉功能基本失效，工程效益無法發(fā)揮，且影響下游人民群眾財(cái)產(chǎn)安全，水庫期間未采取任何系統(tǒng)、有效的加固措施，致使主要建筑物安全隱患已明顯暴露且存在逐年加劇的趨勢。根據(jù)現(xiàn)場查勘情況，現(xiàn)將水閘存在的主要問題分?jǐn)⑷缦耓1]：

(1)土石結(jié)構(gòu)工程。水閘土石工程主要包括右岸上、下游連接段的翼墻和閘室段左岸的漿砌預(yù)制水泥空心磚墻。右岸上游連接段翼墻長5.0 m，墻高1.8 m，漿砌石結(jié)構(gòu)，翼墻首端已經(jīng)倒塌(圖1)，倒塌長度約1.0 m，剩余部分墻體也不同程度的存在勾縫脫落和裂縫。右岸下游翼墻為引水渠外邊墻，漿砌紅磚結(jié)構(gòu)，長約15.0 m，高1.7 m，墻體存在表面砂漿抹面脫落、裂隙和滲水漏水現(xiàn)象。閘室段左岸漿砌預(yù)制水泥空心磚墻長約3.5 m、高2.3 m，墻體高度不滿足防洪要求，造成閘室左岸連接段土體及左岸河岸被沖刷、掏空嚴(yán)重。

圖1 水閘上游右岸翼墻倒塌情況

原因分析：一方面河岸邊坡較高，翼墻結(jié)構(gòu)單薄，作用在翼墻上的土壓力較大，從而導(dǎo)致上游翼墻首端倒塌；另一方面設(shè)計(jì)及施工采用砂漿強(qiáng)度等級(jí)較低，經(jīng)多年運(yùn)行導(dǎo)致結(jié)構(gòu)老化，使其出現(xiàn)勾縫劑抹面脫落；第三，在水壓、土壓、基礎(chǔ)掏刷及基礎(chǔ)不均勻沉降等作用下，砌體出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

(2)混凝土結(jié)構(gòu)工程。混凝土結(jié)構(gòu)工程主要有閘墩、跨河灌溉渡槽、閘室底板及閘后溢流面。閘墩混凝土存在級(jí)配不合理，卵石粒徑過大，有的超過了10 cm，砼標(biāo)號(hào)較低，振搗不密實(shí)，普遍存在蜂窩麻面、施工接縫不良及底部掏空?？绾庸喔榷刹鄞嬖诠橇霞?jí)配不合理，砼標(biāo)號(hào)較低，蜂窩麻面，裂縫和露筋。閘室底板存在表面不平整、局部裂縫、沖蝕和蜂窩麻面。閘后溢流面存在護(hù)面混凝土厚度小、表面不平整、蜂窩麻面、沖蝕、剝蝕破壞等，溢流面末端已形成高差為1 m～2 m的跌坎且存在向上游發(fā)展的趨勢。

原因分析：根據(jù)現(xiàn)場檢查情況，初步分析產(chǎn)生原因主要為砼強(qiáng)度較低、骨料級(jí)配不合理、澆筑施工振搗不密實(shí)、鋼筋保護(hù)層厚度較小、斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、澆筑施工質(zhì)量差、砼耐久性及抗磨性不符合規(guī)范要求等。

(3)閘門。本水閘閘門存在的問題主要有：門頁及梁系銹蝕嚴(yán)重，門頁平均銹蝕厚度達(dá)4.7 mm，其中有9扇閘門已出現(xiàn)大面積的穿孔，穿孔面積達(dá)到15.5 m2；有2扇翻板閘門門頁已脫離支座，被水流沖至下游河床。

原因分析：主要原因?yàn)殚l門防銹蝕措施不到位、運(yùn)行時(shí)間長、日常管理措施不到位和管理經(jīng)費(fèi)不足導(dǎo)致未及時(shí)進(jìn)行設(shè)備維護(hù)和更新，閘門門頁掉落沖走主要原因?yàn)殚T頁與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)采用螺栓連接，在螺栓銹蝕破壞后，使得門頁無支持點(diǎn)失去平衡而被沖走。

(4)啟閉機(jī)。水閘共設(shè)2臺(tái)0.5 t手動(dòng)螺式啟閉機(jī)，目前引水閘啟閉機(jī)已不見蹤影，泄洪閘啟閉機(jī)支座已經(jīng)出現(xiàn)大面積的銹蝕、螺桿存在彎曲變形現(xiàn)象。

(1)跨河渡槽現(xiàn)狀

(2)閘后溢流面沖刷現(xiàn)狀

圖3 閘門及啟閉機(jī)工程現(xiàn)狀

2 水閘除險(xiǎn)加固方案

2.1 方案擬定

根據(jù)水閘安全鑒定、地質(zhì)勘查成果及現(xiàn)場勘踏情況，初步擬定了2個(gè)除險(xiǎn)加固方案[2]，現(xiàn)將各方案具體情況描述如下：

方案一：閘室由鋼壩擋水閘和渠首閘段組成。閘室軸線長43.12 m，從左至右依次為1扇32.9 m鋼壩和1扇2.0 m渠首平板提升閘門?？紤]泥沙淤積因素，設(shè)計(jì)閘室底板高程比河床高0.3 m，即為2123.60 m。鋼壩及平板提升閘門高均為2.0 m。渠首閘上部設(shè)啟閉機(jī)室，平板閘門采用手電兩用的螺桿式啟閉機(jī)啟閉。閘室沿水流方向因上部結(jié)構(gòu)布置的需要，設(shè)計(jì)總寬為11.0 m，需在現(xiàn)有閘室寬度(3.5 m)的基礎(chǔ)上向上游擴(kuò)寬7.5 m。沿水流方向，閘室頂部依次布置有啟閉機(jī)室、人行橋及跨河灌溉渡槽。

方案二：閘室由水力自控翻板閘門段和灌溉取水閘門段組成。閘室軸線長41.60 m，從左至右依次為6扇×6 m水力自控翻板閘門、1扇×2.0 m灌溉取水平板提升閘門。水力自控翻板閘門段門頁部位底板高程為2123.30 m，門后溢流面底板高程為2123.50 m，翻板閘門高2.1 m；灌溉取水閘門段設(shè)計(jì)底板高程為2123.30 m，閘門高2.5 m。灌溉取水閘門上部設(shè)露天啟閉機(jī)平臺(tái)，采用手電兩用的螺桿式啟閉機(jī)啟閉。閘室沿水流方向因上部結(jié)構(gòu)布置的需要，設(shè)計(jì)總寬為10.5 m，需在現(xiàn)有閘室寬度(3.5 m)的基礎(chǔ)上向上游擴(kuò)寬7.0 m。沿水流方向，閘室頂部依次布置有人行橋及跨河灌溉渡槽。

2.2 方案比選

(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度比較

方案一：閘室共設(shè)2道閘門和6個(gè)閘(橋)墩，閘門規(guī)共2種，閘室上部設(shè)排架、啟閉機(jī)室、人行橋及跨河灌溉渡槽等，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，施工干擾因素較多。

方案二：閘室共設(shè)7道閘門、3個(gè)閘墩和3個(gè)橋墩，選用閘門形式和規(guī)格共2種，閘室上部設(shè)人行橋及跨河灌溉渡槽，結(jié)構(gòu)較為單一，施工干擾因素相對(duì)較少。

(2)運(yùn)行管理比較

方案一：使用的閘門屬于現(xiàn)下最為常見和適用性較強(qiáng)的閘門型式，技術(shù)較為完善，止水效果好，閘門啟閉操作方便，作業(yè)人員安全能得到保障，但閘門啟閉操作程序較為嚴(yán)格，特別強(qiáng)調(diào)對(duì)閘門啟閉時(shí)機(jī)的把握，對(duì)管理人員操作技能要求較高。

方案二：主要使用翻板閘門，泄洪自動(dòng)化程度較高，不需安排專門管理人員進(jìn)行啟閉作業(yè)，節(jié)省人力；翻板鋼閘門布置在閘孔口中，檢修維護(hù)困難，如果閘門及止水橡皮出現(xiàn)問題，必須采取措施放空閘前蓄水方能進(jìn)行檢修，其檢修難度較大，檢修作業(yè)人員操作不便。

(3)泄洪能力比較

方案一：鋼壩控制室占據(jù)河道行洪斷面相對(duì)較大，但本方案對(duì)行洪期閘門可全開，對(duì)上游漂浮物的通過能力更強(qiáng)，使得漂浮物不易在閘前堆積，因此行洪能力較為可靠；鋼壩全開時(shí)的情況等同于一般堰流，其過流能力計(jì)算在相關(guān)規(guī)范和書籍中有明確的公式和方法，過流能力計(jì)算結(jié)果較為可靠。

方案二：翻板門在汛期不能完全開啟，對(duì)較大規(guī)模洪水的行洪阻礙比較明顯，如遇大量的上游漂浮物、雜草等，則易鉤掛在閘門支座和堆積在閘門底部，從而導(dǎo)致閘門不能正常關(guān)閉；閘門過流能力的計(jì)算在相關(guān)規(guī)范中并無確切的計(jì)算方法，均是通過簡化成底部孔流和表部堰流的模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可靠度不高。

通過上述幾方面的對(duì)比分析，方案一在工程結(jié)構(gòu)、運(yùn)行管理、行洪能力、技術(shù)成熟度和可靠性方面均存在一定優(yōu)勢，故選取方案一作為本水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的推薦方案。

2.3 推薦方案閘室布置

水閘閘址處河道寬度約41 m，河床平均高程為2123.30 m，閘室上下游河床高差約4.5 m左右，原設(shè)計(jì)閘室底板高程與河床齊平，為平底寬頂堰(2123.30 m)，本次設(shè)計(jì)考慮閘前淤積的大粒徑推移質(zhì)會(huì)對(duì)閘門運(yùn)行造成不利影響，故將閘室底板提高至2123.60 m。

閘墩上部結(jié)構(gòu)主要包括啟閉平臺(tái)、下游人行橋和跨河灌溉渡槽，閘墩頂部高程為2129.345 m。由于現(xiàn)有的閘室寬度不能滿足上述結(jié)構(gòu)布置的需要，加之閘室下游無拓寬余地，故需將閘室向上游延伸拓寬，拓寬后的閘室寬度為11 m。啟閉平臺(tái)高程在考慮閘門底部需超出閘墩頂部不小于0.5 m、閘門高度及閘門豎向吊距等因素后，最終定為2133.045 m，啟閉平臺(tái)為梁板結(jié)構(gòu)，平臺(tái)立柱斷面0.5 m×0.5 m，排架橫梁斷面為0.5 m×0.8 m，啟閉平臺(tái)布置一臺(tái)手電兩用螺桿式啟閉機(jī)控制。

3 閘基滲漏及閘肩繞滲處理

3.1 閘基滲漏處理

水閘閘室座落在強(qiáng)風(fēng)化巖體上，該強(qiáng)風(fēng)化基巖層位穩(wěn)定，但由于該巖層傾向河流下游，巖層層理面因風(fēng)化作用多形成軟弱泥化層，加之風(fēng)化裂隙多與層理面大角度相交，在閘前蓄水情況下，形成層間滲流通道，另外，該巖石強(qiáng)風(fēng)化層裂隙發(fā)育且各節(jié)理面相互切割，形成基巖淺部滲漏及閘基與閘室接觸帶滲漏，閘室下游多處滲水，尤其是閘室與基巖的接觸部位，漏水更嚴(yán)重。目前閘室與基巖接觸面附近有集中滲漏點(diǎn)，滲水量約0.02 L/s～0.03 L/s；閘基附近也存在集中滲漏點(diǎn)，滲水量約0.01 L/s～0.03 L/s(略具承壓性，由此推斷為基巖漏水)。隨著閘前水位的升高，上述滲漏流量均逐漸增大，汛期與高水位時(shí)均有泥沙帶出，對(duì)閘基防滲不利。本次設(shè)計(jì)選擇帷幕灌漿對(duì)閘室?guī)r基進(jìn)行防滲處理[3]，具體情況及要求簡述如下：

結(jié)合本工程地質(zhì)勘查情況，在參考《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》后，確定本工程帷幕灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)為6 Lu。本工程設(shè)計(jì)帷幕為單排，孔距3.0 m，孔徑100 mm，孔底深入弱風(fēng)化巖層以下1.0 m，帷幕灌漿孔布置在閘室上游端以下1 m處，沿閘室軸線方向呈“一”字形并延伸至左、右岸一定長度，以滿足兩岸繞閘滲漏的防滲要求。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本次設(shè)計(jì)共布置灌漿孔19個(gè)，其中閘室段13個(gè)，兩岸閘肩各3個(gè)。

3.2 閘肩繞滲處理

閘肩兩岸從上至下依次分布人工填土層、粉質(zhì)粘土層、強(qiáng)風(fēng)化砂巖層和弱風(fēng)化砂巖層，人工填土層及強(qiáng)風(fēng)化砂巖層滲透系數(shù)較大，存在壩肩滲漏現(xiàn)象。閘肩基巖面以下滲漏采用帷幕灌漿進(jìn)行處理，左右岸各布置帷幕灌漿孔3個(gè)，具體要求同閘基滲漏處理。對(duì)于閘肩巖基面以上的滲漏，本次設(shè)計(jì)采用砼刺墻+粘土置換的方案進(jìn)行處理，刺墻采用C20混凝土，厚0.5 m，長2.0 m，墻頂高程與平板提升閘門擋水時(shí)的頂高齊平。刺墻與閘室邊墩之間留縫20 mm，采用橡膠止水帶豎向止水，四周及頂部采用粘土回填夯實(shí)。

4 結(jié)論及建議

水閘樞紐于1997年建成投入運(yùn)行以來，因受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)施工技術(shù)，資金投入等方面的原因，水閘運(yùn)行中存在著土石結(jié)構(gòu)(上下游翼墻等)、砼結(jié)構(gòu)(閘墩、閘室底板等)均受到不同程度的損壞，閘門變形損壞，啟閉機(jī)丟失等問題，水閘帶病運(yùn)行。為消除水閘安全隱患，2018年對(duì)水閘進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，加固后水閘運(yùn)行良好，后期應(yīng)重視專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)，定期對(duì)水閘上下游、閘室、閘門以及啟閉設(shè)備等進(jìn)行檢查、養(yǎng)護(hù)和維修，確保水閘正常安全的運(yùn)行。