泊头市小园节制闸除险加固工程设计

刘 燕

(沧州水利勘测设计院，河北 沧州 061001)

小园节制闸始建于1977年，位于泊头市齐桥镇小园村南的清凉江上。该闸的主要功能是调节拦蓄清凉江上游来水，用于清凉江沿岸农田灌溉，同时具有补充地下水和保护地下水资源的功能，对当地的农业生产起到了很好的促进作用，对境内中部和东部农林业发展也起着巨大的推动作用。

小园节制闸至今已运行了30多年，由于年久失修，现该闸多处部位存在安全隐患，带病运行。为消除隐患，确保工程效益的正常发挥，需对该节制闸进行除险加固。

1 工程现状及存在的问题

小园节制闸始建于1977年，为井柱桩基小底板开敞式钢筋混凝土结构。该闸共有13孔，单孔净宽8 m，采用升卧式平板钢闸门，闸门启闭设备原设计为2台移动式启闭机。其中间11孔闸门高4.6 m，两侧边孔闸门高3.1 m。闸室段垂直于水流方向，总宽115.2 m，顺水流方向总长13 m。闸室上游设有公路桥，桥上游接10 m长钢筋混凝土防渗铺盖，两侧为钢筋混凝土护坡。钢筋混凝土防渗铺盖上游再接10 m长浆砌石护砌和30 m长干砌石护坡。闸室下游与钢筋混凝土消力池连接，消力池斜坡段水平投影长7 m，其后平段长10.7 m。消力池底板后接浆砌石护坦及海漫段，护坦长5 m，海漫段长15 m。海漫末端接抛石防冲槽，防冲槽长10 m。防冲槽后采用1∶5.0逆坡与下游渠道相接。该闸总长177.7 m，防洪设计标准为十年一遇，设计流量为458 m3/s。

小园节制闸自1977年建成投入运用以来，在防洪、灌溉等方面发挥了重要作用，取得了显著的社会效益和经济效益。但经过多年运行，工程存在较严重的安全问题。2009年2月，对小园节制闸进行了安全鉴定，对闸室稳定性、渗流稳定性、过流能力、消能防冲能力、闸室强度等进行了复核计算。经安全鉴定，小园节制闸被评定为三类病险水闸。2011年，该闸已被列为国家大中型病险水闸除险加固规划项目之一。

通过调查分析和复核计算，发现小园节制闸存在的主要问题如下：闸墩、底板等部位混凝土粗骨料外露，钢筋锈蚀；机架桥T梁、排架墩柱存在多处贯穿性横向裂缝，大面积剥落、开裂，多处钢筋裸露且锈蚀严重；下游混凝土护坡存在多条贯穿性裂缝，影响护坡的整体性和渗流稳定性；浆砌石护坡勾缝砂浆全部脱落，块石松动，局部塌陷；钢闸门锈蚀严重，止水老化开裂，已无止水效果；启闭机于1975年出厂，为三无产品，陈旧老化，已经损坏且无备用件；螺杆弯曲变形；电机、控制室配电柜均为三无产品；电气设备陈旧，老化严重；变压器于1970年出厂，为SJ型，属淘汰产品；无观测设备。

2 除险加固方案

小园节制闸除险加固工程的设计原则为：水闸原规模和运用功能不变；闸室、交通桥、铺盖、消力池等建筑物的主体结构不变，视其破损情况和程度采取适宜措施进行加固，对破损较为严重以至不能维修加固的部位进行拆除重建。

2.1 混凝土结构

针对闸墩、底板等结构物的混凝土严重碳化、保护层脱落、钢筋裸露的部位，拟采用丙乳砂浆进行修补。先由人工凿除混凝土碳化层2 cm，再对裸露的钢筋进行防锈处理；然后在破损表面涂一层丙乳净浆，使老混凝土能充分被丙乳净浆所湿润，保持良好的粘结力；最后分层涂抹丙乳砂浆至设计断面，每层厚度不宜超过5 mm。

为防止闸室及护坡混凝土继续碳化，对闸室及护坡混凝土表面采用TB-砼宝Ⅰ型防碳化材料进行防碳化处理。施工顺序为：先用钢丝刷清洗表面杂物，使光滑的混凝土表面变成粗糙面，然后用清水冲洗干净，最后涂刷防碳化材料。涂刷作业可采用半硬性鬃毛刷涂刷或用专门喷洒机具喷涂。涂料用量控制在0.8～1.0 kg/m2。一般涂刷两道，在第一层涂料达到初步固化约1～2 h 后，即可进行第二道涂料的涂刷。

2.2 机架桥T梁、检修门轨道支墩及启闭机室

经复核计算，机架桥T梁、检修门轨道支墩及爬梯混凝土强度均不满足设计要求，全部拆除重建。在新建方案中，机架桥T梁、检修门轨道支墩全部采用钢筋混凝土结构；爬梯为钢结构，并设置一把活动爬梯。在机架桥顶部新建启闭机室，启闭机室采用钢架彩色复合钢板结构，尺寸为114.4 m×3.6 m。

2.3 混凝土护坡

对于节制闸下游左右两侧混凝土护坡存在的水平裂缝，采用环氧树脂灌浆处理。灌浆前先用钢丝刷将裂缝两侧(每侧宽20 mm)的混凝土表面清理干净，并用酒精擦洗，再用环氧树脂胶泥封缝。封缝时先在裂缝两侧涂一层环氧树脂基液，再涂一层厚1 mm、宽30 mm的环氧树脂胶泥，然后钻孔埋设灌浆嘴。灌浆前，应先用空气压缩机将孔道及裂缝吹干净。灌浆压力为0.2 MPa。

2.4 砌体结构

因浆砌石及浆砌砖护坡勾缝砂浆全部脱落，致使块石松动、局部脱落，浆砌砖风化严重，部分塌陷。在加固方案中拟将已损坏部位的护坡清除后采用坐浆法重新砌筑，新旧结构相接处采用水泥砂浆勾缝补强；对于干砌石护坡的坍陷部位进行翻新。

2.5 闸室及上、下游河道

由于闸室与市区排污口相距30 m，污水中的污物在闸前发生沉积，致使闸前淤积厚度达90 cm。闸前的污水和淤积污泥，不仅因其碱性较大，对闸体的金属结构有很强的腐蚀性，造成水闸特别严重的损害，也因淤泥厚度大而影响闸门的正常启闭。为此，在出险加固方案中，拟对闸室及上、下游河道进行清淤，同时还应对闸室加以改造。

对闸室的改造拟定了2种设计方案，并进行比较，以选取最优方案。

方案一：在中间11孔底板上的闸门位置处加设一钢筋混凝土底坎，底坎高50 cm，宽50 cm，坡度为1∶1，混凝土强度等级为C30。

方案二：在中间11孔闸底板表面增设钢筋混凝土护面，护面厚50 cm，混凝土强度等级为C30。

方案一中，闸门的底高程相对于闸底板得到了提高，淤泥沉淀后，对闸门的腐蚀以及对闸门启闭的影响得到了改善；方案二中，闸底板的高程得到了全面提高，但工程量比方案一大，工程投资也大，同时施工时需对底板进行大面积的凿毛处理，对闸底板结构受力不利。经综合考虑，方案一从经济、技术两方面均优于方案二，将方案一作为实施方案。

2.6 观测设备

为了保障水闸在施工期和完工后运行期的稳定和安全，在出险加固方案中，在不同部位增设了位移、沉降及水位等观测设备，要求在施工期及完工后的运行期注意观测并记录存档。

①在每个闸墩下游端设1个沉降观测点。

②在每个闸墩下游端设1个位移观测点，并在闸室两侧以外地面以下埋设1对基准标石，用于观测。

③在上游翼墙上设水位标尺。

2.7 金属结构

小园节制闸原有13扇升卧式平板钢闸门，由于闸门锈蚀严重，止水老化开裂，须全部更新。中间11孔闸门尺寸为8.0 m×4.2 m(宽×高)，两边孔闸门尺寸为8.0 m×3.2 m(宽×高)。为使该工程既经济又合理，且运行管理方便，根据设计流量及设计水位的要求，对闸门门型进行了两种方案的设计，并进行比较，以选取经济耐用的方案。

方案一：平面直升钢闸门。选用13扇直升式平面钢闸门，滚轮支承，上游止水。吊点位于原闸门槽中心处。在墩顶设置排架及机架桥T梁，桥面宽3.6 m，桥面高程17.06 m。

方案二：平面升卧式钢闸门。保持原设计平面升卧式钢闸门型式不变，闸门采用悬臂轮支承，上游挡水，动水启闭。闸门水平卧倒时用锁定装置锁定。闸室结构不做改变。

方案一中，平面直升门结构简单，布置容易，运行可靠、便于维护，可以满足挡水、动水局部开启控制流量的要求。为保证闸门提起的高度，需要设置排架，并对原闸墩排架接触部位进行改造。方案二虽也能满足挡水、动水局部开启控制流量的要求，但高水位闭闸时，闸门受下部水压力的顶托，门体下落困难，给运行管理造成不便。对以上2个方案从技术、经济进行综合分析，并结合本工程的运用特点，平面直升闸门优于升卧式闸门方案，即方案一优于方案二，因此，将方案一作为实施方案。

工作闸门由固定卷扬式启闭机操作，一门一机布置，共设13台固定卷扬式启闭机。经计算，启门力为241.64 kN，闸门可靠自重关闭，选用QP2x160 kN卷扬式双吊点启闭机，共13台。

2.8 变配电设备和供电线路

在出险加固方案中，更换所有变配电设备和供电线路，重新进行电气设计。

选用新型节能型S11-M-80kV A/10/0.4kV 密闭式变压器1台，采用杆上安装；低压配电装置选用1面GGD型低压动力配电柜；动力电缆选用ZRYJV 22型阻燃交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆。

2.9 视频监控设备

为实现对河道、闸门、供配电设备等现场情况的实时监视，确保设备安全，在方案中增设1套视频监控系统。在该闸周边、大门、低压配电室、闸门两端及中间上下游处分别设1台全方位遥控变焦彩色摄像机，可通过管理所控制中心主机对前端任意一监控点的云台镜头进行控制。

3 结语

对病险水闸进行除险加固是消除水闸病害、恢复水闸原有设计功能的重要手段。根据不同部位的病害，采取相应的处理措施，可延长水闸的使用寿命，使其在江河径流调节、水资源优化合理配置等方面的作用得以正常发挥。该工程实施后，可提高泊头市境内清凉江两岸区域内的灌溉、排涝能力，对提高土地的利用价值，保障粮食生产，促进农民增收，改善农业生产条件和周边村庄的生态环境将产生积极地影响，具有一定的经济效益和社会效益。

[1]和桂玲.水闸除险加固工程设计[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[2]水利部水利建设与管理总站.水闸安全鉴定技术指南[K].郑州：黄河水利出版社，2009.

[3]水利部建设与管理司.水闸工程通用法规标准选编[G].北京：中国水利水电出版社，2009.

[4]SL265-2001，水闸设计规范[S].