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天津市潮白新河寧車沽防潮閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)論文
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(wèn)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(kāi)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(wèn)題。
為確切掌握防潮閘工程質(zhì)量現(xiàn)狀和摸清存在問(wèn)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(wèn)題。
�。�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(guò)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。
�、匍l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。
�、诠ぷ鏖l門(mén)設(shè)在閘室偏下游側(cè)，為升臥式鋼閘門(mén)，靠上游側(cè)為疊梁式檢修鋼閘門(mén)。
�、坶l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。
�、芄ぷ鳂蛏显O(shè)有12臺(tái)2×25t和8臺(tái)2×16t固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)以及1臺(tái)2×16t活動(dòng)臺(tái)車，前者供主閘門(mén)啟閉，后者供檢修門(mén)啟閉。
⑤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。
⑥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。
（2）存在的主要問(wèn)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(wèn)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(mén)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(wèn)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。
�、诜莱遍l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(guò)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(wèn)題，因此其阻滑作用已大大降低。
�、凵喜拷Y(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(jiàn)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(mén)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(wèn)題未能解決，造成啟閉機(jī)超載運(yùn)行。
�、蒌撻l門(mén)和閘門(mén)槽長(zhǎng)期在海水環(huán)境下運(yùn)行，銹蝕嚴(yán)重，閘門(mén)結(jié)構(gòu)的整體腐蝕率達(dá)38~100%，超過(guò)水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。
�、揠姎舛慰刂圃O(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。
�、哂捎陂l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(mén)采用升臥門(mén)型，以適應(yīng)8度地震不宜做高機(jī)架橋的運(yùn)用條件。
�。�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(wèn)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(kāi)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3~5mm，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）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(mén)槽于原閘墩頭部附近設(shè)置。為便于主閘門(mén)檢修，工作閘門(mén)前增設(shè)上游檢修閘門(mén)槽，原閘的上游檢修閘門(mén)槽作為改建后的下游檢修閘門(mén)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)。
�。�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)。
�。�5）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)。
�。�5）金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
將原工作門(mén)、檢修門(mén)、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，新的中孔工作門(mén)16扇8.0x9.1-5.1m，內(nèi)邊孔工作門(mén)2扇8.0x8.1-5.1m，外邊孔工作門(mén)2扇8.0x5.3-5.0m，由于閘門(mén)要求雙向擋水，采用雙P型橡皮水封，啟閉設(shè)備為2x400kN固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)。上游疊梁檢修門(mén)1套8x6.75-6.5m，下游疊梁檢修門(mén)1套8x9.0-8.8m，啟閉設(shè)備為2x100kN電動(dòng)葫蘆。
�。�6）電氣設(shè)備改造。
�、匐姎庖淮�。
該閘設(shè)兩回10kV供電電源，一回引自左岸靠近變配電樓東側(cè)的284#線路，另一回引自右岸靠近閘控制樓西側(cè)的317#線路。2回10kV架空線路下桿后，經(jīng)10kV高壓電纜進(jìn)入對(duì)應(yīng)的10kV高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，經(jīng)2臺(tái)容量為250kVA的油浸式電力變壓器降壓至0.4kV，而后通過(guò)400V低壓配電柜、動(dòng)力箱、控制柜、照明箱等為閘區(qū)及管理所的各用電負(fù)荷供電。
②電氣二次。
該閘的監(jiān)控系統(tǒng)采用集中控制與現(xiàn)地控制相結(jié)合的方式，由計(jì)算機(jī)集中控制設(shè)備、閘門(mén)現(xiàn)地控制單元和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。計(jì)算機(jī)集中控制設(shè)備采用工控機(jī)，閘門(mén)的集中控制在工控機(jī)上操作。分散的現(xiàn)地控制柜設(shè)在每孔過(guò)流閘門(mén)啟閉機(jī)的機(jī)旁，控制模塊采用可編程序控制器（PLC）。
該閘設(shè)水力測(cè)量系統(tǒng)和閘門(mén)測(cè)量系統(tǒng)。水位測(cè)量分別設(shè)在閘兩側(cè)，采用水位傳感器，水位顯示儀設(shè)在集中控制室，可通過(guò)對(duì)水位、閘門(mén)開(kāi)度的測(cè)量及水力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)每孔閘門(mén)過(guò)水流量的實(shí)時(shí)顯示。閘門(mén)測(cè)量系統(tǒng)包括每孔閘的開(kāi)度測(cè)量、荷重測(cè)量和電氣測(cè)量等。
�。�7）管護(hù)設(shè)施建設(shè)。
在閘管所院內(nèi)新建800m2管理用房，為二層磚混結(jié)構(gòu)。對(duì)閘區(qū)環(huán)境進(jìn)行治理，包括植樹(shù)、種草、整修圍墻、修筑進(jìn)出管護(hù)區(qū)道路、鋪?zhàn)o(hù)地面、設(shè)置建筑小品等。。
（8）河道清淤。
為了增加防潮閘的泄流能力，對(duì)閘上1200m和閘下200m河段進(jìn)行清淤，其中閘上200m和閘下采用全斷面清淤，閘上200m以上采用窄深式深槽進(jìn)行清淤，清淤總計(jì)80萬(wàn)m3。
3、新材料、新技術(shù)應(yīng)用。
（1）TK錨固劑在新老混凝土連接上的應(yīng)用。
新老閘墩的立面接縫正處于下游檢修閘門(mén)槽位置，是閘墩結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比較薄弱的部位，容易產(chǎn)生豎向裂縫，其中插筋的錨固質(zhì)量是一個(gè)關(guān)鍵因素。為保證插筋的錨固強(qiáng)度，除滿足錨固長(zhǎng)度外，在插筋孔中需填充錨固材料，以增加插筋與混凝土之間的粘接強(qiáng)度。錨固劑采用TK錨固劑，施工迅速，質(zhì)量可靠，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)檢測(cè)，20鋼筋拉拔力達(dá)106.9kN時(shí)仍完好，滿足設(shè)計(jì)要求。
�。�2）鋼筋直螺紋套管連接技術(shù)應(yīng)用。
通常鋼筋接長(zhǎng)采用焊接或綁扎，需手工操作，高空作業(yè)更為困難，其質(zhì)量不宜保證，設(shè)計(jì)推薦采用直螺紋套管連接技術(shù)，消除了人為因素的影響，施工速度快，質(zhì)量有保證，經(jīng)檢測(cè)鋼筋接頭完全滿足設(shè)計(jì)要求。
4、結(jié)語(yǔ)。
寧車沽防潮閘加固設(shè)計(jì)是在現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)、復(fù)核計(jì)算、安全鑒定等大量工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，既要恢復(fù)原閘規(guī)模和功能，又要滿足安全運(yùn)用，但由于受到資金和工期的影響，僅對(duì)原閘破壞嚴(yán)重已不能滿足安全使用的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拆除，保留了原灌注樁基礎(chǔ)等質(zhì)量好且滿足要求的結(jié)構(gòu)，使除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)合理又安全可靠。
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