水利工程論文-天津市潮白新河寧車沽防潮閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)摘要：寧車沽防潮閘位于潮白新河與永定新河交匯處，主要功能為擋潮、蓄淡、泄洪、排澇、供兩岸工農(nóng)業(yè)用水，對(duì)確保海河流域北系的防洪安全具有重要作用。經(jīng)30多年在海水及鹽霧環(huán)境下運(yùn)用和受唐山地震的破壞影響，存在諸多安全隱患，急需除險(xiǎn)加固。本文從諸多方面總結(jié)了防潮閘的加固設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，供其它類似工程參考關(guān)鍵詞：除險(xiǎn)加固防潮閘寧車沽潮白新河寧車沽防潮閘位于天津市塘沽區(qū)寧車沽村西，潮白新河入永定新河處，1971年7月建成。該閘的主要功能為泄洪、排澇、擋潮、蓄淡、供兩岸工農(nóng)業(yè)用水，對(duì)確保海河流域北系的防洪安全具有重要作用。防潮閘由于長(zhǎng)期在海洋及鹽霧環(huán)境下運(yùn)行，加之1976年唐山地震的破壞，防潮閘存在諸多安全隱患。盡管1986年為了解決閘底板脫空和閘基滲透穩(wěn)定問題在閘室中部進(jìn)行了高壓定噴和靜壓灌漿處理，對(duì)上部結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了局部加固。1997年汛前對(duì)原高壓定噴孔和靜壓灌漿孔鉆開復(fù)灌，對(duì)工作橋獨(dú)立柱做了加固處理。但以上工程措施并未從根本上解決該閘存在的主要問題。為確切掌握防潮閘工程質(zhì)量現(xiàn)狀和摸清存在問題，以便為加固工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)資料和依據(jù)，1997年對(duì)該閘做了全面的質(zhì)量檢測(cè)，2000年12月天津市水利局組織專家組對(duì)該閘進(jìn)行了安全鑒定，評(píng)定為三類閘，根據(jù)水閘安全鑒定規(guī)定SL214-98中的有關(guān)規(guī)定，并根據(jù)天津市水利局要求，按原有規(guī)模進(jìn)行除險(xiǎn)加固。1工程概況及存在的主要問題1.1工程概況寧車沽防潮閘設(shè)計(jì)流量2100m3/s，相應(yīng)閘上、閘下水位為2.84m（1956黃海高程系統(tǒng)，下同）和2.67m；校核流量3000m3/s，相應(yīng)閘上、閘下水位3.88m和3.60m。全閘共22孔，其中中部20孔過流，兩端邊孔以混凝土墻封堵。中孔底板高程為-5.50m，內(nèi)邊孔和外邊孔呈階梯式抬高，底板高程分別為-4.50m和-1.70m。每孔凈寬8.00m，中墩厚1.10m，閘室總寬為199.10m，閘室長(zhǎng)16.00m。采用分離式底板，灌注樁基礎(chǔ)，墩底板厚1.40m，跨中小底板厚0.70m。每個(gè)墩底板下布置有6根D850mm灌注樁，樁長(zhǎng)為21m和23m不等。閘室上游側(cè)設(shè)有交通橋，橋面高程5.60m，橋面寬4.80m，設(shè)計(jì)荷載為汽-10。工作閘門設(shè)在閘室偏下游側(cè)，為升臥式鋼閘門，靠上游側(cè)為疊梁式檢修鋼閘門。閘室上部設(shè)有工作橋，橋面高程8.50m，橋面寬6.00m，由4根T型梁組成，并由墩墻和獨(dú)立柱支撐。工作橋上設(shè)有12臺(tái)225t和8臺(tái)216t固定卷揚(yáng)啟閉機(jī)以及1臺(tái)216t活動(dòng)臺(tái)車，前者供主閘門啟閉，后者供檢修門啟閉。防潮閘上游設(shè)15.00m長(zhǎng)鋼筋混凝土阻滑板、10.00m長(zhǎng)漿砌石框格海漫、15.00m長(zhǎng)的1：10斜坡式漿砌、干砌石海漫、6.00m長(zhǎng)干砌石水平護(hù)底，總護(hù)底長(zhǎng)46.00m。下游設(shè)有16.00m長(zhǎng)消力池，其尾坎高1.00m，其后為10.50m長(zhǎng)漿砌石框格水平海漫、24.50m長(zhǎng)1：10坡降漿砌、干砌石海漫、10m長(zhǎng)拋石防沖槽，總計(jì)61.00m。防潮閘順河自上而下工程總長(zhǎng)123.00m。1.2存在的主要問題（1）閘底板脫空嚴(yán)重：由于受唐山地震震陷和區(qū)域地面沉降的影響，閘室底板、上游防滲板和下游消力池底板普遍存在脫空現(xiàn)象，致使防潮閘地基存在滲流不穩(wěn)定的嚴(yán)重問題。雖經(jīng)1986年高壓定噴和靜壓灌漿及1997年的復(fù)灌處理，但限于在閘室中部?jī)砷T槽之間及其附近的局部范圍內(nèi)進(jìn)行，并未全部解決閘室底板的脫空問題，地基滲流不穩(wěn)定依然是防潮閘安全運(yùn)用的一大隱患。（2）防潮閘抗滑穩(wěn)定不滿足要求。原設(shè)計(jì)每根灌注樁承擔(dān)水平力300kN，校核情況每根承擔(dān)440kN。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)寧車沽防潮閘灌注樁的水平允許承載力的核算表明其值不超過200kN。依次計(jì)算閘室本身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)遠(yuǎn)未達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的1.0的基本要求。另外，起阻滑板作用的上游防滲板和下游消力池底板存在脫空問題，因此其阻滑作用已大大降低。（3）上部結(jié)構(gòu)工作橋和交通橋大梁混凝土剝落、露筋、鋼筋銹蝕。經(jīng)檢測(cè)，工作橋平均碳化深度33mm，大于鋼筋保護(hù)層，交通橋36%的測(cè)點(diǎn)碳化深度接近保護(hù)層厚度。兩橋大梁混凝土氯離子含量嚴(yán)重超標(biāo)，裂縫發(fā)育，工作橋尤甚，可見裂縫多為貫穿縫，并存在隱性裂縫及芯樣破碎情況。由于泥沙淤積等因素的作用，啟閉機(jī)經(jīng)常超載運(yùn)行，工作橋長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，啟閉閘門時(shí)經(jīng)常發(fā)生顫動(dòng)。交通橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，為汽-10（舊標(biāo)準(zhǔn)），橋面總寬僅4.8m，難以滿足現(xiàn)今交通要求。（4）啟閉設(shè)備陳舊老化，齒輪磨損嚴(yán)重，運(yùn)用時(shí)普遍存在掉鐵沫現(xiàn)象，且因泥沙嚴(yán)重淤積問題未能解決，造成啟閉機(jī)超載運(yùn)行。（5）鋼閘門和閘門槽長(zhǎng)期在海水環(huán)境下運(yùn)行，銹蝕嚴(yán)重，閘門結(jié)構(gòu)的整體腐蝕率達(dá)38100%，超過水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。（6）電氣二次控制設(shè)備陳舊，不能適應(yīng)現(xiàn)代化的運(yùn)行管理要求，急待更新和完善。（7）由于閘室及上、下游河道嚴(yán)重淤積，行洪能力大大降低，遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。2工程加固設(shè)計(jì)本閘除險(xiǎn)加固采用的主要方案是將原有閘墩上游圓弧以前部位及上部交通橋、工作橋和獨(dú)立柱予以拆除，將閘底板向上游接長(zhǎng)8m，閘墩也相應(yīng)加長(zhǎng)，在每個(gè)接長(zhǎng)的墩底板下增加8根灌注樁，閘室重新布置。工作閘門采用升臥門型，以適應(yīng)8度地震不宜做高機(jī)架橋的運(yùn)用條件。2.1基礎(chǔ)處理基礎(chǔ)處理包括：灌注樁、塑性混凝土防滲墻、底板接觸灌漿、消力池底板化學(xué)灌漿。為了解決閘室穩(wěn)定問題，將閘底板向上游接長(zhǎng)8m，墩底板下增加8根灌注樁，樁徑0.85m，梅花排列，樁長(zhǎng)15m，新老底板采用剛性連接，使新老樁形成整體共同承擔(dān)水平荷載和垂直荷載。根據(jù)該閘安全鑒定結(jié)論，閘基處于滲流不穩(wěn)定狀態(tài)，為此，在防滲板、消力池及閘底板下采取接觸灌漿，在閘底板上游設(shè)防滲墻。接觸灌漿孔孔距3m，排距2m，梅花排列；塑性混凝土防滲墻厚30cm，深5m。工程于2002年8月開工，基坑清淤后，發(fā)現(xiàn)消力池底板及護(hù)坡上有裂縫，最大縫寬35mm，為保證閘基的滲透穩(wěn)定，選用水溶性聚氨脂材料對(duì)裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿措施。2.2閘室加固新接長(zhǎng)的閘底板堰頂高程恢復(fù)到原設(shè)計(jì)高程5.5m，墩厚1.1m，閘孔凈寬8m。新的工作閘門槽于原閘墩頭部附近設(shè)置。為便于主閘門檢修，工作閘門前增設(shè)上游檢修閘門槽，原閘的上游檢修閘門槽作為改建后的下游檢修閘門槽，并于原工作橋位置增設(shè)檢修橋。閘墩上部工作橋由兩根T型梁組成，橋面高程10.4m，1橋面總寬5.0m。橋上設(shè)輕型啟閉機(jī)房。交通橋布置于上游側(cè)，橋面凈寬7.0m，橋面高程5.6m，按汽-20，掛-100荷載標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。2.3下游消能防沖加固及閘室上游護(hù)坡翻修基坑清淤后，發(fā)現(xiàn)下游海漫及防沖槽未按原設(shè)計(jì)圖紙施工，為了保護(hù)閘下河床免于水流淘刷，海漫及防沖槽均需按按原設(shè)計(jì)恢復(fù)，消力池底板除化學(xué)灌漿外，新鋪30cm混凝土，并布插筋和面層鋼筋。閘室上游護(hù)坡受地震影響、河道沖刷和凍融作用，造成漿砌石勾縫脫落、塊石錯(cuò)動(dòng)、崩坍，致使護(hù)坡大面積破壞，拆除后重新修復(fù)。2.4混凝土防碳化及防腐處理考慮到該閘長(zhǎng)期受到海水、鹽霧中氯離子的侵蝕，對(duì)老閘墩和老底板表面鑿毛（鑿深3cm）處理后，抹TK聚合物砂漿進(jìn)行防腐蝕保護(hù)。對(duì)新澆混凝土包括閘墩、底板、工作橋板梁、檢修橋、交通橋空心板、排架等外露表面噴涂ST-9608防腐涂料進(jìn)行防碳化保護(hù)。2.5金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將原工作門、檢修門、臺(tái)車及軌道、啟閉機(jī)、抓梁等設(shè)備拆除，對(duì)上述設(shè)備全部更新，新的中孔工