病险水闸原因分析及处理对策探讨.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 03 日 作者简介：孟文利（1968），男，汉族，甘肃武威人，大学本科，新疆阿瓦提县水利局，高级工程师，研究方向为农田水利工程。-138-病险水闸原因分析及处理对策探讨 孟文利 阿瓦提县水利局，新疆 阿瓦提 843200 摘要：摘要：水闸是非常重要的一种水工建筑物，兼有泄水与挡水功能。在城市供水、防洪以及农业生产等领域都有广泛应用，但是由于设计、施工、运维等方面存在的问题，使得水闸容易出现安全隐患。不同的病险水闸大都有着差异化的问题原因，这就需要在进行除险加固处理中因地制宜。为进一步保障水闸安全使用，本文在剖析病险水闸原因的基础上，针对性提出一些处理对策，旨在提升水闸的可靠性与安全性。关键词：关键词：病险水闸；安全原因；处理对策 中图分类号：中图分类号：TV697.1 随着现代化建设，水利工程建设在促进社会经济发展，满足人们用水需求等方面的作用日益突出。其中水闸是构成水利工程的关键构成部分，其使用的可靠性直接关系排涝与防洪等的实际效果。由于水闸工程频繁使用、设计或施工等环节存在问题，直接对它们使用效力带来了不利影响。因此，针对病险水闸的成因进行剖析，及时采取处理对策保障它们运行安全显得尤为重要。1 病险水闸的主要类型 1.1 设施老化 现有的水闸主要采用金属结构，在后续使用阶段中非常容易因为周围环境作用而使得金属结构出现锈蚀问题或者老化问题，这些都会对它们的正常功能发挥带来不利影响。比如，如果电气设施出现使用年限过长或设施老化等问题，那么都容易使得它们发生启停运行故障，甚至可能会直接造成水闸功能丧失，一旦处理不及时则可能会产生更为严重的后果。1.2 结构受损 鉴于建筑结构多是由砼材料构成，如果水闸建设期间所用的砼结构的对应设计强度不满足规定要求与标准，或者配筋率（量）不满足规定要求，那么就容易使得这些水工建筑物在后续运营阶段中发生严重的开裂或表面碳化等诸多问题。特别是在经过长期使用之后，这些水工建筑物的表面砼结构容易出现脱落问题，进而会加剧它们老化程度，直接影响了水闸的质量。1.3 闸室翼墙失稳 在水闸结构中，翼墙、闸室等占有重要地位，如果它们出现失稳稳定，如抗滑性、抗浮性等方面的安全系数如果不满足规定的设计指标要求，那么就容易使得它们在后续使用阶段中发生不均匀沉降问题，这会直接影响整体结构承载性能与稳定性，不利于水闸功能的顺利发挥。1.4 防洪标准较低 在设计与施工期间，针对水闸设施都有配套的防洪标准与规定，即要保证满足挡潮方面有关标准，但是考虑到一些水闸设施在最初设计期间没有做好现场相关水文资料收集工作，直接使得施工和设计方面标准存在不统一问题，这会造成水闸工程出现泄洪能力偏弱或高程不够等方面问题，直接影响了后续水闸设施投入使用之后的使用性能，如泄洪能力不足，高程不足等等，甚至会完全丧失预定的水闸设施功能。2 病险水闸原因分析 2.1 历史原因 现阶段投入使用的许多水闸设施实际上已经拥有了悠久的建设史，尤其是许多水闸设施都是修建于我国发展中的特殊时刻，期间由于存在勘测、设计与施工方面的同步开展问题，使得许多水闸设施缺乏可靠质量验收环节而出现了工程质量问题并在后续得到了使用。与此同时，以往的水闸设施由于缺乏先进、可靠的施工技术支持，或者使用了较为落后的施工机械设备，直接影响了最终施工完毕的水闸施工项目的施中国科技期刊数据库 工业 A-139-工质量和安全，这些历史问题都会对后续水闸工程的使用安全带来不利影响，增加病险问题发生概率。2.2 自然原因 自然原因也是诱发水闸病险问题的重要因素，主要是因为水闸设施在投入使用阶段中受到了外界诸多自然因素的干扰与影响，而外界自然因素本身属于一种不可抗力，如洪涝灾害、地质灾害等等，直接影响了水闸设施在后续的顺利使用，甚至会逐渐发展成为严重的病害问题。这些因素的存在会增加水闸设施出现病险问题的概率。与此同时，因为诸多自然因素的影响，也增加了水闸设施在后续投入使用阶段中结构安全问题的发生概率，如水闸结构在外部因素作用下容易出现加速老化问题，严重影响了水闸设施的正常使用年限与寿命。2.3 技术原因 当前国内在服役的水闸设施中有很多的设计与建设已经拥有悠久的历史，在当时社会和时代背景下的水闸设施设计与施工技术发展面临着落后问题，尤其是许多水闸设施在正式开展施工方案设计之前没有对现场的施工条件及资料等进行认真收集，这样造成了水闸设施在设计阶段面临着比较突出的盲目性问题，同时也缺乏明确、可靠的设计标准支持，这些都会对后续水闸工程项目的施工质量带来不利影响。可以说，技术因素会严重影响水闸设施后续的正常使用，甚至会因为水闸设施缺乏可靠的防洪指标而直接影响了最终水闸防洪、排涝等功能的实效性，加之以往设计的水闸设施在使用过久时间之后会出现各项功能衰退或安全性不足等问题，直接造成了水闸病险问题不断出现。3 病险水闸的有效处理对策 3.1 闸基加固处理策略 针对因为自然因素、历史因素等造成的水闸结构受损或老化问题，要注意切实做好闸机加固处理工作。对闸机工程而言，一般主要是由于闸基渗流问题存在而使得闸室出现淘空问题，或者由于软基础发生沉陷问题而使得闸基出现了沉降问题等，这些都直接影响了闸基的整体建设质量。针对这种情况，为了有效加固处理闸基，就需要采取如下一些处理策略：（1）处理闸基沉降问题。在控制已经建成并投入运行的水闸闸基而言，为了有效控制它们的沉降情况，最佳的处理策略就是应用高压旋喷灌浆处理方案，具体就是采取高压旋喷灌浆工艺在闸基施工中构成水泥土摩擦桩，以此对闸基的承载性能进行改善基提升，保障能够对相应沉降过程进行有效控制。如果因为软基承载性不足造成了水闸不均匀沉陷问题，那么闸基沉降加固处理中可以选择单管高压旋喷灌浆这一种处理工艺进行处理，具体就是在各个闸墩上游、下游以及中间等部位处合理设置 2 个灌浆孔，之后沿着墩轴线两侧进行布孔，并完成水泥浆灌注操作，相应成桩直径可以控制在 0.2m，深入闸基础的距离可以控制在5m，灌浆压力保持在 10MPa，经过合理处理后可以很好控制闸基的沉降情况。（2）处理闸室淘空问题。在处理闸室淘空病险期间，一般可以借助水闸上游部位处设置防渗结构，如可以进行垂直防渗或水平铺盖等方式对闸基渗流问题进行控制，之后再对相应闸室开展灌浆处理。如果是因为闸基渗流问题使得闸室底板的许多部位出现了淘空问题，那么在进行加固处理过程中可以首先在闸室上游部位处采取帷幕灌浆工艺进行防渗处理，灌浆帷幕可以设定在闸墩上游侧 0.5m 部位处，孔距可以控制在 0.2m，保障水泥浆灌注施工作业质量；孔深可以维持在 5.0m，灌浆压力可以维持在 10MPa，之后可以采取钻孔灌浆处理工艺处理已经出现淘空问题的闸室部位，具体可以首先进行细砂灌浆，待不吃砂之后再进行水泥砂浆灌注，最后方可开展水泥浆灌注施工。3.2 冲刷破坏处理策略 在水闸下游部位处，由于水流力度比较大，容易造成冲刷破坏问题，故在进行有效处理中需要结合冲刷破坏的具体损坏程度等采取有效措施进行合理处理，具体处理策略如下：（1）在处理回填冲刷坑期间，可以采取消能措施设定手段。比如，如果哦冲刷破坏造成水闸下游部位形成的冲刷坑不大，那么可以采用回填砂石手段进行处理，并且要结合现场实际条件来选择防冲槽、海漫或消力池等这些消能措施。基于水力计算，能够对消能设施的结构尺寸进行精准确定，假如消力池出现破坏的部位不是非常严重或者同计算尺寸之间相差不是太多，那么可以借助消力墩、齿坎、尾槛等设置来改善其消能效率，反之则需需重新设置，如采取钢筋砼中国科技期刊数据库 工业 A-140-护砌、浆砌条石等来保障设置合理性，如厚度可以维持在 0.5-1.0m；针对海漫部分的设计，可以本着因地制宜原则来对护砌材料进行合理选择，如混凝土海漫、浆砌石以及干砌石等等；针对防冲槽设计，可以设计抛石防冲槽结构来保证整体结构稳定性。（2）针对部分回填冲刷坑，在处理期间可以应用柔性护砌。如果冲刷造成水闸下游部位出现了比较大的冲刷坑，那么在回填砂石之后要采取柔性护砌结构保障整体结构稳固性，这种处理方式成本更低，同时也可以借助冲刷形成的冲刷坑构成消能防冲水垫，保障借助柔性护砌来提高加固处理效果。针对柔性护砌结构而言，一般涉及到土工膜袋砼护砌、土工长管沙袋护砌、土工网袋装块石护砌等多种类型，它们较于刚性护砌方式具有诸多优势，如不需要进行围堰结构设计，并且能够在水下进行施工；柔性特性突出，可以满足河床冲刷作用的需求；土工织物具有比较长使用年限和比较强渗水性。在设定柔性护砌结构形式中，主要可以在上层进行土工网袋填装块石来铺设，或者借助土工模袋呈装砼材料或长管沙袋等等，或者在下铺设粗砂垫层或碎石等，相应厚度可以维持在20-25cm，最底下可以进行土工布铺设，保障整体柔性护砌结构设置的整体质量。3.3 砼碳化的处理策略 在水闸运行阶段中的另一个问题表现为钢筋砼碳化，钢筋砼水闸结构在使用阶段中容易出现脱落问题，这会使得外漏出来的钢筋发生严重的锈蚀问题，部分会对工程运行安全性产生影响，所以在处理期间必须要处理砼碳化问题，具体可以采取如下处理策略：（1）如果旧的钢筋砼结构出现局部碳化问题，并且没有对整体结构受力产生影响，那么这时候在处理中可以选择表面进行防腐材料涂刷。一方面，针对蜡浸混凝土防腐处理，主要是借助工业石蜡，采用恰当工艺构成一些具有一定级配和粒径的蜡珠，将它们一句特定比例掺加到混凝土或水泥砂浆之中，保证可以在砼外表面构成一层厚度是 2cm 的保护层；另一方面，针对乳化环氧砂浆防腐处理，主要是由乳化之后的双氧分子环氧树脂、砂、水泥、固化剂等依据特定比例所共同构成。在采用该种材料进行防腐处理中，可以应用人工粉刷或粉涂的方式进行 3 次处理，相应厚度可以维持在 3mm 左右，保证能够有效处理整体质量。（2）针对新建水闸设施工程或旧的钢筋砼结构碳化问题，可以选择 HPC 砼对普通砼材料进行替代开展处理。HPC 具有非常高的密实度和抗渗性能，收缩性比较小，所以有害离子不容易渗透到其内部，这会使得砼内部钢筋不容易出现锈蚀问题，同时也有利于对砼结构使用年限进行延长。在配置 HPC 期间，只需要在普通砼结构中掺加粉煤灰、膨胀剂以及高效减水剂等即可，所以整体处理的成本比较低，钢筋砼防腐效果比较好。3.4 渗漏问题处理策略 水闸病险的另一突出问题是渗漏问题，如点渗漏、面渗漏或线渗漏等，这些问题如果不进行有效处理，那么都会危及水闸结构可靠性与稳定性。在病险水闸处理期间，如果满足处理条件和要求，那么可以首先对渗漏水位进行降低，对渗漏水压力进行减小，之后在此基础上实施渗漏处理手段，具体措施如下：（1）针对点渗漏问题，如果渗漏压力相对比较小，那么可以选择化学浆液或水灰浆液进行直接堵漏处理；如果渗漏具有比较大的压力，那么处理中可以首先在孔中插入塑料导管，保证水能够顺着管导出，之后可以采用具有快凝功能的止水灰浆沿着导管四周部位处开展封堵处理。（2）针对面渗漏问题，要结合具体情况，应用防水材料进行表面涂抹，或者在表面浇筑一层钢筋砼护面结构，保障整体处理效果。（3）针对线渗漏问题，主要可以分成裂缝和变形缝两种类型渗漏问题。在处理期间，要首先对缝内的杂物进行清除；针对变形缝，可以选择利用膨胀橡胶嵌填以及其他类型的密封材料进行填充处理，如可以沿着缝隙凿出一条深度 4cm，宽度 20cm 左右的规则平槽，之后进行橡胶止水板粘黏的处理方式进行加固处理。3.5 其他问题处理策略 除了上述的病险水闸问题处理措施外，针对各种类型的水闸病险，还可以采取如下一些处理策略：（1）更换破损或年久金属结构与机电。现有的许多水闸结构建设在上世纪六七十年代，金属结构、机电等都已经出现严重破损问题或者年久失修而不能继续使用，此时不符合继续使用需求，加之它们具有比较低的自动化程度，所以适宜对它们进行全部更换，中国科技期刊数据库 工业 A-141-但是必须要注意在更换过程中和原有的水工结构之间保持良好的协调性。比如，如果闸门门板、门槽或止水橡皮等这些问题出现破损或老化问题，那么就需要及时进行更换处理，保证可以有效解决闸门漏水问题。（2）处理启闭系统故障。针对螺杆式启闭机，考虑到其各个传动部件在运行阶段面临着比较严重的磨损问题，时间长了就容易出现过大间隙，这时候会进一步发展成为螺杆压弯或振动等故障问题。针对这类异常问题，可以结合实际情况来及时更换启闭系统或直接进行大修。总之，病险水闸的类型比较多，如设施老化、结构受损、闸室翼墙失稳和防洪标准较低等，相应的成因主要体现在历史因素、自然原因和技术因素等多方面。针对这些病险水闸，要注意结合水闸故障问题，针对钢筋砼碳化、渗漏问题等采取对应处理措施，保障最大程度提高病险水闸处理质量。参考文献 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