论文部分内容阅读
摘要：水闸是为城市供水、工农业生产供水、防洪、防潮、排涝等方面服务的重要基础设施，在社会经济发展中发挥着重要作用。
我国水闸大多建成于20世纪50~70年代，由于种种原因，存在着各种安全隐患。据不完全统计，目前我国水闸的病险比例高达2/3，对水闸存在的病险问题进行归类并分析成因，可对病险水闸除险加固工作提供有益参考。
关键词：病险；除险；加固；
Abstract: the gate is for city water supply, industrial and agricultural production water supply, flood control, moisture-proof, drainage services critical infrastructure, plays an important role in social and economic development. Our most locks built in twentieth Century 50~70 years, due to various reasons, there are a variety of security risks. According to incomplete statistics, at present our country a dangerous proportion is as high as 2/3, to classify the defects of existing and cause analysis of sluice, the dangerous sluice reinforcement work provides a useful reference.
Keywords: dangerous; reinforcement; reinforcement
中图分类号：TV66文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1．概述
目前我国水闸存在的病险种类繁多，从水闸的作用及结构组成来说，主要可分为以下9种病险问题：
1.1防洪标准偏低。
防洪标准（挡潮标准）偏低，主要体现在宣泄洪水时，水闸过流能力不足或闸室顶高程不足，单宽流量超过下游河床土质的耐冲能力。
1.2闸室和翼墙存在整体稳定问题
闸室及翼墙的抗滑、抗倾、抗浮安全系数以及基底应力不均匀系数不满足规范要求，沉降、不均匀沉陷超标，导致承载能力不足、基础破坏，影响整体稳定。
1.3闸下消能防冲设施损坏
闸下消能防冲设施损毁严重，不适应设计过闸流量的要求，或闸下未设消能防冲设施，危及主体工程安全。
1.4闸基和两岸渗流破坏
闸基和两岸产生管涌、流土、基础淘空等现象，发生渗透破坏。
1.5建筑物结构老化损害严重
混凝土结构设计强度等级低，配筋量不足，碳化、开裂严重，浆砌石砂浆标号低，风化脱落，致使建筑物结构老化破损。
1.6闸门锈蚀、启闭设施和电气设施老化
金属闸门和金属结构锈蚀，启闭设施和电气设施老化、失灵或超过安全使用年限，无法正常使用。
1.7上下游淤积及闸室磨蚀严重
多泥沙河流上的部分水闸因选址欠佳或引水冲沙设施设计不当，引起水閘上下游河道严重淤积，影响泄水和引水，闸室结构磨蚀现象突出。
1.8水闸抗震不满足规范要求
水闸抗震安全不满足规范要求，地震情况下地基可能发生震陷、液化问题，建筑物结构型式和构件不满足抗震要求。
1.9管理设施问题
大多数病险水闸存在安全监测设施缺失、管理房年久失修或称为危房、防汛道路损坏、缺乏备用电源和通讯工具等问题，难以满足运行管理需求。
2．病险水闸除险加固内容
病险水闸除险加固内容包括：水闸等级及洪水标准的核定、总体布置、水力设计、防渗排水设计、结构设计、地基处理设计、观测设计等。
2.1等级划分及洪水标准
病险水闸除险加固设计时，首先应复核建筑物等别与级别。目前需要除险加固设计的水闸，多修建于20世纪90年代之前。在不同时期，国家有不同的相关规范来确定工程的等别。因此，水闸除险加固应以满足水闸正常使用功能和自身防洪安全为原则。
2.2工程布置
安全鉴定中需要除险加固的三类闸，除险加固设计原则上一般不改变原闸的工程总体布置和主要建筑物型式。需要延长渗径和消能防冲段的水闸，应按原闸轴线进行布置，并符合《水闸设计规范》（SL265-2001）的相关规定。
2.3水力设计
水力设计一般包括：过流能力验算、拟定闸门控制运行方式和消能防冲设计计算。
病险水闸除险加固设计时，影响水闸过流能力的主要因素包括设计水位的变化、孔口断面尺寸和型式的变化、过水涵洞断面尺寸以及涵洞长度的变化、消能防冲设施变化等。
2.4防渗排水设计
水闸的防渗排水设计主要是根据闸基地质情况及上下游水位条件等进行设计计算。
2.5闸室结构布置及稳定性分析
水闸除险加固时，首先需根据新的设计条件对原结构进行分析计算，然后结合安全鉴定中结构存在的问题，采取必要的工程措施进行加固，同时按加固后的结构尺寸重新进行结构分析和稳定验算。
验算时应尽可能考虑工程措施中新老材料之间的差异性，以及这些差异将对工程安全运行带来的影响。
2.6地基处理及设计
当水闸发生不均匀沉降或者地基总体沉降量较大时，需根据地质情况重新复核地基承载力。闸室加固、防渗措施改变时都需要重新验算地基承载力。
3病险水闸问题处理及主要技术
3.1水闸闸底及闸侧渗漏
3.1.1闸底渗漏处理：对于水闸上游铺盖破坏或闸身与铺盖之间水平止水破坏的可采取补做铺盖和重设水平止水的措施。
水闸铺盖宜采用砼铺盖，对于浆砌块石铺盖当不均匀沉陷会引起浆砌裂缝漏水。
对于本身渗径长度不够的，可以在上游铺盖前打防渗板桩，其材料可选用木板或钢筋砼板，通过打板桩不仅可以增长渗径起到防渗的作用，还可以降低闸底板的扬压力，有利于水闸的抗滑稳定。
3.1.2闸侧绕渗处理
引起水闸绕渗的原因一般是闸墙背后填土不密实或刺墙长度不够，因此当发生侧向绕渗时，一般可采取对闸墙背填土重新开挖或用冲抓锥造孔，回填粘土分层夯实，加深、接长刺墙的办法处理。
3.2防冲处理
水闸下游护坦、海漫及两岸护坡的冲刷是水闸的最普遍的现象。对于消力池设计达不到要求的，未能充分消杀过闸水流的能量引起的冲刷，可以采取设置二道消力坎的办法来处理。
对于由于海漫干砌块石过小引起的局部冲刷，可采取抛大块石或砼四面体的办法来处理，也可以采用少筋砼或埋石砼重新修建海漫，并在海漫末端设置抛石防冲槽或打板桩进行防冲。
对于下游二岸也同样可以采取块石护坡的办法进行处理，在施工的时候一定要注意做好反滤垫层，以防止被水流淘空块石下面土体产生塌陷破坏。
3.3启闭系统故障处理
对于螺杆式启闭机，由于各传动部件磨损的原因，时间久了以后会由于间隙过大而产生振动和螺杆压弯等现象，对此类异常现象的处理办法是根据实际情况进行大修或更新。
对于双吊点的卷扬式启闭机，经常由于二边松紧程度不一致，导致二边拉力不平衡产生闸门开启时卡阻，当出现这种问题的时候，最好请有经验的技术人员进行调整。另外对钢丝索每年都要进行检查保养、及时更换损坏的钢丝索，以免发生重大事故。
3.4砼碳化及裂缝处理
我国水闸大都建于50至70年代，经这几十年的运行，许多砼构件都出现了严重碳化现象。对于砼碳化的处理，视碳化程度和部位，将碳化的砼全部凿去，尔后用高于原砼设计标号的砼进行修补加固，如外露的钢筋已产生锈蚀，须先除锈再进行处理，锈蚀严重可能影响到结构安全的，要通过计换筋或重新更换构件。
对于砼和钢筋砼结构的裂缝，如不影响结构强度的可视裂缝大小分别采用水泥灌浆或化学灌浆，表面涂环氧砂浆处理，影响结构强度的应力裂缝和贯通裂缝则应凿开钢筋回填砼等方法补强，如系表面细微裂纹则可不予处理。
3.5闸门漏水处理
闸门的漏水一般由闸门门板的破损，止水橡胶的老化及门槽的损坏引起，对于闸门门板的破损，如果损坏不大可以采用高一级标号的砼修补，如破损严重，如果是几块拼装的则可以坏掉破损块。对于止水橡胶皮老化的情况，则可以通过更换止水橡皮来处理。
4.结语
目前我国水闸的病险问题和种类较多，要想彻底解决上述9类主要病险问题，需要进一步加强水闸病险对水闸可靠度影响的定量研究，已更好地评价水闸安全度。同时，从水闸的设计方法、采用材料、施工技术和工艺以及建后运行管理等方面，开展除险加固技术、监测预警系统、除险加固效果评价等方面的系列研究，形成水闸安全保障关键技术体系，如此才能从工程措施方面根本解决水闸的病险问题，为水利防洪体系的安全提供支撑。
我国水闸大多建成于20世纪50~70年代，由于种种原因，存在着各种安全隐患。据不完全统计，目前我国水闸的病险比例高达2/3，对水闸存在的病险问题进行归类并分析成因，可对病险水闸除险加固工作提供有益参考。
关键词：病险；除险；加固；
Abstract: the gate is for city water supply, industrial and agricultural production water supply, flood control, moisture-proof, drainage services critical infrastructure, plays an important role in social and economic development. Our most locks built in twentieth Century 50~70 years, due to various reasons, there are a variety of security risks. According to incomplete statistics, at present our country a dangerous proportion is as high as 2/3, to classify the defects of existing and cause analysis of sluice, the dangerous sluice reinforcement work provides a useful reference.
Keywords: dangerous; reinforcement; reinforcement
中图分类号：TV66文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1．概述
目前我国水闸存在的病险种类繁多，从水闸的作用及结构组成来说，主要可分为以下9种病险问题：
1.1防洪标准偏低。
防洪标准（挡潮标准）偏低，主要体现在宣泄洪水时，水闸过流能力不足或闸室顶高程不足，单宽流量超过下游河床土质的耐冲能力。
1.2闸室和翼墙存在整体稳定问题
闸室及翼墙的抗滑、抗倾、抗浮安全系数以及基底应力不均匀系数不满足规范要求，沉降、不均匀沉陷超标，导致承载能力不足、基础破坏，影响整体稳定。
1.3闸下消能防冲设施损坏
闸下消能防冲设施损毁严重，不适应设计过闸流量的要求，或闸下未设消能防冲设施，危及主体工程安全。
1.4闸基和两岸渗流破坏
闸基和两岸产生管涌、流土、基础淘空等现象，发生渗透破坏。
1.5建筑物结构老化损害严重
混凝土结构设计强度等级低，配筋量不足，碳化、开裂严重，浆砌石砂浆标号低，风化脱落，致使建筑物结构老化破损。
1.6闸门锈蚀、启闭设施和电气设施老化
金属闸门和金属结构锈蚀，启闭设施和电气设施老化、失灵或超过安全使用年限，无法正常使用。
1.7上下游淤积及闸室磨蚀严重
多泥沙河流上的部分水闸因选址欠佳或引水冲沙设施设计不当，引起水閘上下游河道严重淤积，影响泄水和引水，闸室结构磨蚀现象突出。
1.8水闸抗震不满足规范要求
水闸抗震安全不满足规范要求，地震情况下地基可能发生震陷、液化问题，建筑物结构型式和构件不满足抗震要求。
1.9管理设施问题
大多数病险水闸存在安全监测设施缺失、管理房年久失修或称为危房、防汛道路损坏、缺乏备用电源和通讯工具等问题，难以满足运行管理需求。
2．病险水闸除险加固内容
病险水闸除险加固内容包括：水闸等级及洪水标准的核定、总体布置、水力设计、防渗排水设计、结构设计、地基处理设计、观测设计等。
2.1等级划分及洪水标准
病险水闸除险加固设计时，首先应复核建筑物等别与级别。目前需要除险加固设计的水闸，多修建于20世纪90年代之前。在不同时期，国家有不同的相关规范来确定工程的等别。因此，水闸除险加固应以满足水闸正常使用功能和自身防洪安全为原则。
2.2工程布置
安全鉴定中需要除险加固的三类闸，除险加固设计原则上一般不改变原闸的工程总体布置和主要建筑物型式。需要延长渗径和消能防冲段的水闸，应按原闸轴线进行布置，并符合《水闸设计规范》（SL265-2001）的相关规定。
2.3水力设计
水力设计一般包括：过流能力验算、拟定闸门控制运行方式和消能防冲设计计算。
病险水闸除险加固设计时，影响水闸过流能力的主要因素包括设计水位的变化、孔口断面尺寸和型式的变化、过水涵洞断面尺寸以及涵洞长度的变化、消能防冲设施变化等。
2.4防渗排水设计
水闸的防渗排水设计主要是根据闸基地质情况及上下游水位条件等进行设计计算。
2.5闸室结构布置及稳定性分析
水闸除险加固时，首先需根据新的设计条件对原结构进行分析计算，然后结合安全鉴定中结构存在的问题，采取必要的工程措施进行加固，同时按加固后的结构尺寸重新进行结构分析和稳定验算。
验算时应尽可能考虑工程措施中新老材料之间的差异性，以及这些差异将对工程安全运行带来的影响。
2.6地基处理及设计
当水闸发生不均匀沉降或者地基总体沉降量较大时，需根据地质情况重新复核地基承载力。闸室加固、防渗措施改变时都需要重新验算地基承载力。
3病险水闸问题处理及主要技术
3.1水闸闸底及闸侧渗漏
3.1.1闸底渗漏处理：对于水闸上游铺盖破坏或闸身与铺盖之间水平止水破坏的可采取补做铺盖和重设水平止水的措施。
水闸铺盖宜采用砼铺盖，对于浆砌块石铺盖当不均匀沉陷会引起浆砌裂缝漏水。
对于本身渗径长度不够的，可以在上游铺盖前打防渗板桩，其材料可选用木板或钢筋砼板，通过打板桩不仅可以增长渗径起到防渗的作用，还可以降低闸底板的扬压力，有利于水闸的抗滑稳定。
3.1.2闸侧绕渗处理
引起水闸绕渗的原因一般是闸墙背后填土不密实或刺墙长度不够，因此当发生侧向绕渗时，一般可采取对闸墙背填土重新开挖或用冲抓锥造孔，回填粘土分层夯实，加深、接长刺墙的办法处理。
3.2防冲处理
水闸下游护坦、海漫及两岸护坡的冲刷是水闸的最普遍的现象。对于消力池设计达不到要求的，未能充分消杀过闸水流的能量引起的冲刷，可以采取设置二道消力坎的办法来处理。
对于由于海漫干砌块石过小引起的局部冲刷，可采取抛大块石或砼四面体的办法来处理，也可以采用少筋砼或埋石砼重新修建海漫，并在海漫末端设置抛石防冲槽或打板桩进行防冲。
对于下游二岸也同样可以采取块石护坡的办法进行处理，在施工的时候一定要注意做好反滤垫层，以防止被水流淘空块石下面土体产生塌陷破坏。
3.3启闭系统故障处理
对于螺杆式启闭机，由于各传动部件磨损的原因，时间久了以后会由于间隙过大而产生振动和螺杆压弯等现象，对此类异常现象的处理办法是根据实际情况进行大修或更新。
对于双吊点的卷扬式启闭机，经常由于二边松紧程度不一致，导致二边拉力不平衡产生闸门开启时卡阻，当出现这种问题的时候，最好请有经验的技术人员进行调整。另外对钢丝索每年都要进行检查保养、及时更换损坏的钢丝索，以免发生重大事故。
3.4砼碳化及裂缝处理
我国水闸大都建于50至70年代，经这几十年的运行，许多砼构件都出现了严重碳化现象。对于砼碳化的处理，视碳化程度和部位，将碳化的砼全部凿去，尔后用高于原砼设计标号的砼进行修补加固，如外露的钢筋已产生锈蚀，须先除锈再进行处理，锈蚀严重可能影响到结构安全的，要通过计换筋或重新更换构件。
对于砼和钢筋砼结构的裂缝，如不影响结构强度的可视裂缝大小分别采用水泥灌浆或化学灌浆，表面涂环氧砂浆处理，影响结构强度的应力裂缝和贯通裂缝则应凿开钢筋回填砼等方法补强，如系表面细微裂纹则可不予处理。
3.5闸门漏水处理
闸门的漏水一般由闸门门板的破损，止水橡胶的老化及门槽的损坏引起，对于闸门门板的破损，如果损坏不大可以采用高一级标号的砼修补，如破损严重，如果是几块拼装的则可以坏掉破损块。对于止水橡胶皮老化的情况，则可以通过更换止水橡皮来处理。
4.结语
目前我国水闸的病险问题和种类较多，要想彻底解决上述9类主要病险问题，需要进一步加强水闸病险对水闸可靠度影响的定量研究，已更好地评价水闸安全度。同时，从水闸的设计方法、采用材料、施工技术和工艺以及建后运行管理等方面，开展除险加固技术、监测预警系统、除险加固效果评价等方面的系列研究，形成水闸安全保障关键技术体系，如此才能从工程措施方面根本解决水闸的病险问题，为水利防洪体系的安全提供支撑。