摘要：水闸是水利设施的重要组成部分，防洪、泄洪、灌溉、航运等方面起着重要功能；水闸工程还可以改善局部地区的情况；修建水闸可以促进当地经济的发展，取得了一定的社会效益与经济效益。通常情况下，对水闸做除险加固处理，其工程量要大于新修建一座水闸，加之水闸除险与加固，会受到众多因素的影响，使得水闸设计工作开展的难度较大，因此还需要设计人员，不断地探索，应用先进技术，以提高水闸加固工程施工效率与质量。水闸工程若存在安全隐患，其功能将不能得到充分发挥，水闸一旦失事，将严重威胁下游群众财产及生命安全。并给国家带来不必要的损失，因此，对水闸工程进行除险加固是非常重要的。
关键词：水闸除险加固 ；工程设计；问题分析
一、水闸除险加固的前期工作
在加固或重建水闸之前，应对相关项目进行调查，以确保水闸除险加固工程的施工质量。水闸除险加固的前期工作包括：水闸工程的现状调查、对水闸的主要问题进行调查、资料收集、安全鉴定及安全复核。其中安全鉴定及安全复核工作尤其重要。
水闸安全鉴定的工作主要有：1检测混凝土质量。2检测闸门与启闭机。3、检测裂缝。4、检测电气设备老化情况。5、调查水闸管护设施。6、调查水闸观测设施。水闸设施应准确反映水闸位移、沉降、渗流等情况，其目的是确保水闸的安全。
在对水闸除险加固工程进行设计时，应参照国家相关的规范和规程，水闸的安全复核主要工作包括：消能防冲复核、金属结构及机电设备鉴定、水闸渗流分析、过水能力复核、洪水复核、超高复核、结构安全复核、抗震复核。将水闸安全鉴定中存在的缺陷作为重点设计项目，并科学合理运用地质、气象、冰情等，从而进行方案的设计，确保方案具有经济性、安全性、实用性、美观性，以便保障水闸除险加固的功效。
二、水闸除险加固中的几个问题
1、防洪标准的提高、规划的调整使得水闸功能发生较大变化
随着地区社会经济发展变化，防洪标准相应提高。而绝大多数现存的水闸均是建设于20世纪50年代至今，时空跨度大，堤防及穿堤建筑物的安全高程需要进一步的复核，部分工程达不到标准就需要加固或改建。如北凌新闸工程位于如东县栟北垦区海堤外1.6km处，老坝港尾端洋北港处，是海安县北凌河水系唯一排涝口门。北凌新闸原按十年一遇排涝标准，五十年一遇挡潮标准设计，等级为Ⅲ级建筑物。而现阶段防洪标准北凌新闸需按100年一遇高潮位设计，200年一遇高潮位校核。除涝标准根据地区相关规划斗南垦区除涝标准近期10年一遇（最大三日降雨），远期为20年一遇最大24小时暴雨不受涝。主要表现为在水闸除险加固工程中，由于防洪标准的提高，使得水闸的闸墩、闸门安全高度及两侧堤线顶高程不能满足高度要求。
2、闸室及翼墙等稳定安全系数不满足规范要求。闸室稳定主要包括闸室的平均基底应力、不均匀系数、闸室的抗滑、抗倾及抗浮安全系数。主要表现在结构沉降量、相邻结构的沉降差偏大等。
3、上下游消能防冲破坏、渗流破坏。水闸的超设计规模引排水，如流量偏大、引水水位差不合设计要求，均可能造成护坡护岸的破坏。而长江下游或沿海的挡潮闸，一日内两次涨落潮，外河侧水位消涨速度快，闸基及两岸的地下水位变化大，容易形成渗流破坏，导致护坡护底的防冲设施破坏。主要表现有上游混凝土护坡段裂缝，下游浆砌块石护坡底部淘空，大面积坍塌、冲毁严重，近翼墙处护坡坍塌、断裂、整体下滑。上、下游抛石护坦有较大冲坑。
4、混凝土结构损坏严重。闸墩、胸墙、底板、工作便桥和交通桥等部位混凝土碳化深度较大而造成钢筋保护层不足、混凝土的损坏。不同程度的出现顺筋锈胀裂缝，混凝土脱落、露筋；造成这些的原因与施工质量、使用条件、水文地质条件等因素密切相关。
5、闸门及门槽等金属结构锈蚀、启闭设备及电气设备老化。闸门水位变化区锈蚀、涂层老化，止水损坏，漏水严重。由于长期处于潮湿环境，吊耳、吊座锈蚀，吊座锈蚀，连接螺栓锈损；门槽埋件锈蚀严重，呈片状剥落，局部混凝土和埋件脱落。启闭机及电气设备老化主要可以表现为螺杆启闭机的螺杆弯曲变形严重、卷扬启闭机的钢丝绳锈蚀，启闭机齿轮侧隙、制动器径向跳动、钢丝绳安全圈数和绝缘电阻等项目等不满足规范要求。机架漆层脱落，锈蚀严重；电动机和制动器外壳油漆翘皮、表面锈迹斑斑、变速箱机油渗漏现象。
6、翼墙及护坡工程的损坏。砼翼墙普遍露石、露砂，裂缝和露筋。各节墙体间相对沉降和伸缩缝变形。翼墙顶至水面部分垂直度等异常。浆砌块石翼墙外观较差，墙体老化、开裂、勾缝砂浆脱落现象普遍，各节墙体间错位、相对沉降、伸缩缝变形、缝内填料淘空现象。翼墙顶至水面部分垂直度等异常。
7、管理设施、观测设施、自动化控制等方面的问题。管理设施如渗流稳定监测的测压管、上下游水位监测、沉降检测设施的缺失，管理房的沉降破坏，检修门库的变形。自动化系统缺少或者需要升级改造。
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三、水闸的除险加固改造措施
1、防洪标准的提高造成闸墩、闸门及堤防高度不足。在复核安全稳定的前提下，通过植筋方法接高闸墩、接高胸墙或者接高闸门及堤防方法来解决。
新老闸墩的水平面连接：老闸墩需部分拆除后浇筑混凝土进行加高，原闸墩至设计高度，原状钢筋保留，保留钢筋长度需满足新老钢筋焊接长度要求，并应使钢筋的焊接位置间隔错开。由于老闸墩配筋较少，在老闸墩水平面上布置植筋以加强新老混凝土连接。老混凝土水平缝面上应铺设一层水泥砂浆。为保证植筋的锚固强度，除满足锚固长度外，在植筋孔中需填充锚固材料，以增加植筋与混凝土之间的粘接强度。植筋的锚固材料选用植筋胶锚固剂和膨胀砂浆，分别用于水平插筋和垂直插筋。膨胀砂浆中掺入膨胀剂和早强剂，膨胀砂浆的强度不低于C20混凝土强度等级
2、对于闸室稳定安全系数不满足规范要求的水闸。首先分析是否需要进行地基处理，使得地基承载力达到规范要求。水闸除险加固中的地基处理方法主要有水泥灌浆、化学灌浆、粘土灌浆和高压喷射注浆等。地基处理后可通过增加防渗长度减小底板下扬压力、增加上部结构、铺盖与闸室刚性连接等方法提高闸室的抗滑能力，使其满足整体稳定性要求。
3、消能防冲设施及渗流的破坏首先分析其破坏原因，采用相对稳妥的改善方案。一般而言，水闸过闸流量大于消能防冲设计流量是防冲设施破坏的主要因素。如前述工程的历史发生最大瞬时过闸流量达537 m3/s，而原设计最大排涝流量476m3/s，比设计最大流量增加了约13%左右。分析其原因之一就是由于地区海洋滩涂围垦工程匡围面积3.74万亩，实际排涝面积增至348平方公里。工程中可根据设计请况：消力池长度或深度增加、增设二级消力池、增加海漫长度等方法，或单独使用，或综合使用的多种方法以满足消能防冲需要。
4、混凝土结构的损坏应根据其破坏程度不同：对于原有的碳化深度不大的可采用表面防碳化涂层处理、在处理裂缝前，首先对构筑物混凝土破损部位，按原设计断面修补。对于部分砼破损严重，露筋、主筋锈蚀，表面砼开裂等现象，根据需要拆除重建。根据裂缝的开度变化，可分为根据裂缝的开度变化，可分为死缝(其宽度和长度不再变化)、活缝(其宽度随外界环境和荷载条件变化而变化，长度不变或变化不大)和增长缝(其宽度或长度随时间而增长)，对以上3 种裂缝需采用不同修补方法。对死缝可用刚性材料填充修补。对活缝则应用弹性材料修补。对增长缝，必须消除引发裂缝因素，否则修补后裂缝仍会继续出现。主要修补裂缝的方法有a、填充法b、注入法(灌浆法)c、表面覆盖法。
5、闸门及门槽等金属结构锈蚀、启闭设备及电气设备老化。闸门应根据其损坏情况进行修复后，涂装。钢闸门门体及暴露在混凝土外部的埋件表面，均采用喷锌防腐和涂料保护相结合的复合防护措施，滚轮轴、吊耳轴均采用镀铬防腐。闸门上固接螺栓均采用镀锌钝化防腐处理。启闭机钢丝绳采用镀锌钢丝绳。在进行防腐处理前，更换原闸门的所有橡皮止水，以确保闸门的止水效果。设计拟将原门槽拆除后，统一更换为整体铸钢门槽，门槽改造分水上、水下两部分进行。门槽拆除在槽型围堰内进行，采取人工和风镐配合拆除，首先对门槽的埋件进行切割和预拆除，再用风镐凿除门槽砼。对于运行良好的启闭机仅更换个别零件，但在启闭机支架在拆除过程中可能变形，需对其校正。对于低于规范要求的启闭机及电气设备应在设计过程中将其更换。
6、对于翼墙不稳定的问题除可地基处理外，仍可采用墙后挖土卸载、包裹土换填、墙后新建锚定墙等方法对其进行加固处理。如前述工程中管理单位观测到闸下游左岸一级翼墙发生倾斜，且呈现明显加剧趋势，同年对该段翼墙进行了除险加固，采用在墙后新建锚定墙，墙前增设采用拉锚方式对翼墙进行加固，同时对下游左侧一级翼墙裂缝进行处理。加固后闸管所近三年的连续观测，下游翼墙基本无变形，因此，该次对下游翼墙的除险加固是行之有效的，解决了下游翼墙不稳定的安全隐患。对于浆砌块石翼墙外观较差，墙体老化、开裂、勾缝砂浆脱落现象，根据情况不同进行勾缝处理或者拆除修复。
7、管理设施、观测设施、自动化控制等根据管理需要合理设置。
结束语
水闸除险加固工程设计不是一项简单的工作，由于其设计的范围广及工作量大，因此其技术难度较大。在进行水闸除险加固工程时应对其设计引起足够重视，不可盲目设计，且对于任何一个细节和问题均不可忽略。在设计前应对水闸工程的主要问题展开全面调查，并收集相关资料，确保资料收集齐全以及资料的可靠性，另外还应对水闸工程进行检测，从而经过一系列的分析与研究，参考收集资料与检测结果，最终合理设计方案，确保方案的可行性、经济性、安全性、高效性。在对水闸实施除险加固时应不断总结经验，从而不断提高水闸除险加固工程设计质量。
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论文作者:崔莹莹,王涛
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/13
标签：水闸论文; 闸门论文; 裂缝论文; 混凝土论文; 锈蚀论文; 工程论文; 下游论文; 《基层建设》2017年第7期论文;