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[摘 要]水闸是一种既能挡水又能泄水的低水头水工建筑物，而且可以通过控制闸门启闭来调节水位和流量，以满足防洪、灌溉、排涝等的需要，在水利建设中占有重要的地位。目前，水闸病险问题日益严重，不少地区存在着严重的安全隐患。对水闸病险进行原因分析，采用合理的加固手段进行维护和修复，成为一个重要的课题。
[关键词]水闸病险；加固措施；闸门；混凝土
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0313-01
一、常见水闸病险分析
按照规定，水闸投运后每隔15-20年应进行一次全面安全鉴定；对影响水闸安全运行的，或者达到折旧年限的单项工程，也要及时进行安全鉴定。目前，根据对国内水闸的安全鉴定数据来看，大、中型水闸均存在着以下几种病险：第一种是闸室结构的变形，主要表现为地基不均匀沉降引起垂直位移，水闸抗滑稳定性不足引起水平变形，闸室结构变形以垂直位移为主。第二种是渗流破坏，产生这种病险的原因主要包括水闸设计标准偏低，运行水位提高，上下游水位差增加，止水、排水设施失效，基土压实度不够等原因造成的渗流等。第三种是闸门及启闭系统的破坏，水闸长期运行将会导致闸门及启闭系统的破坏，主要包括铁件的锈蚀、闸门止水老化、混凝土碳化、氯离子侵蚀、钢筋锈蚀等等，另外有些闸门在特定开度和水流情况下会出现闸门振动的现象。第四种是钢筋混凝土结构损伤，该类病险情况主要包括混凝土裂缝、强度不足、不满足抗震要求、混凝土碳化、氯离子侵蚀、钢筋锈蚀、碱骨料反应以及水流冲蚀、磨蚀、混凝土裂缝等。
某水利枢纽工程主要包括排水闸1、2#闸段、电排站、船闸等建筑物，其中1#闸段共7孔，2#闸段及船闸的闸墩为钢筋混凝土结构。坝顶建有面宽9米的公路桥，设计标准为4级。2009年3月，该水闸经过安全鉴定，鉴定类别为Ⅳ类，根据《蒋家嘴水闸安全鉴定报告书》中的相关内容，该水闸需要除险加固。根据分析，该闸主要存在以下几个方面的问题：
（一）1#闸段主要问题
第一，设计洪水标准偏低。该地历史最高水位达37.85米，而当前设防为36.30米水位。
第二，闸门锈蚀严重，闸门都关闭的情况下，外湖比内河的水位高1.6m-2.2m时，1#闸段外湖侧东边闸墩有明显震动，水面有旋涡，说明存在漏水通道。
第三，闸墩出现沉陷，闸墩混凝土损坏严重，胸墙破損严重。
第四，排水闸箱涵顶上土堤渗漏严重，5#闸箱涵顶部已出现一道长2.2m宽2mm的裂缝。
第五，公路桥桥墩出现裂缝，进出口岸墙垮塌。
第六，电力电缆严重老化，绝缘程度过低，事故频繁。
（二）2#闸段主要问题
第一，设计洪水标准偏低。现有闸门顶高36.0m，而该地历史最高水位37.85m，超出门顶1.85m。
第二，排水闸封闭式箱形支臂容易进水，由内向外发生锈蚀，锈蚀厚度达5mm。
第三，公路桥墩已出现3mm的裂缝，桥面下沉。
第四，排水闸弧形门侧轨及底坎埋件已锈穿、断裂。
二、水闸病险加固措施的相关技术
根据水闸的病险问题，相关科研人员及工作人员应对水闸病险加固措施进行研究和总结。加固设计必须基于现场实际情况，坚决杜绝脱离实际地套用设计规范中的方法。
（一）水闸地基处理
水闸除险加固中的地基处理技术，主要包括水泥灌浆、化学灌浆、粘土灌浆和高压喷射注浆。其中，水泥类灌浆材料结石体强度较高，材料易得，配置方便，但灌浆直径或宽度容易受到水泥颗粒粒径大小的影响。化学灌浆虽然具有较好的可灌性，但是要防止某些化学灌浆材料给周围环境带来的污染。粘土灌浆主要用于充填劈裂或洞穴，恢复土体的完整性，堵塞渗漏通道，同时能够改善应力条件，减小或消除拉应力。高压喷射注浆常用于水闸地基处理工程，主要包括单管法、二管法、三管法和多管法等，其中前三种属于半置换法，第四种方法属于全置换法。
（二）水闸混凝土修复
混凝土渗漏修复技术主要有表面嵌填法、表面粘贴法、化学灌浆法和表面喷涂法，可以采用其中一种方法或者可以多种方法同时使用。对于形态、尺寸及数量均已不再发展的静止裂缝，修补时仅需根据裂缝粗细及渗水情况选择修补材料和方法；而对于活动裂缝，则应该先消除其成因，待确认裂缝稳定后，再依据静止裂缝的修复方法处理。表面嵌填需要沿着裂缝凿槽，然后在槽中嵌填止水密封材料，封闭裂缝；表面粘贴法是在混凝土表面粘贴防水材料，主要适用于龟裂和漫渗等缺陷；化学灌浆法是将高分子化合物的浆液通过一定压力灌入混凝土裂缝中，从而封闭裂缝。
（三）水闸金属结构加固
水闸金属结构主要指闸门及预埋铁件，其病害主要表现为钢制构件的锈蚀以及钢闸门面板裂缝等。在进行修复时，注意尽量不要改变原结构的受力形式，以免对加固构件造成损坏；并且不宜采用焊缝与铆钉或螺栓共同受力的混合连接方法；在焊接时，应该避免连续焊接较长的焊缝，以免加固构件发生变形。粘钢加固方案的设计，首先应经过现场调查和测量，分析现有结构的受力情况，根据测绘对原设计示意图进行解剖分析，通过相关计算，分析被加固部分能否满足要求。
针对不同类型及原因的水闸病险，要进行有针对性的加固措施。例如，对于闸室结构变形，可以针对不同的问题可采用基础灌浆、打桩、增加上部荷载，增加预应力锚杆、锚索等；对于渗流破坏，可根据情况增设节渗墙、修复止水、排水设施、灌浆等，目的就是消除渗流；对于钢筋混凝土结构损伤，可采用裂缝灌浆、混凝土表层修补、粘钢、粘贴纤维布、对混凝土碳化、氯离子侵蚀可采用电化学法等。
三、水闸加固案例分析
某水利枢纽工程水闸1#和2#闸段主要包括：胸墙式闸墩，挡水胸墙，上下游导水墙，消力池，海漫，交通桥，钢闸门和启闭设备组成。蒋家嘴水闸的原总设计排涝流量为1665m3/s，工程等别为Ⅱ，根据《内河通航标准》（GB50139-2004）确定船闸级别为7级。水闸排涝设计标准：内河排涝设计洪水标准为10年一遇，校核洪水标准为20年一遇。水闸防洪设计标准：主要防御外河洪水，其设计洪水标准为50年一遇（水位38.05m），校核洪水标准为100年一遇（水位38.67m）。
根据对水闸的实地调查鉴定：其消能设施冲毁严重，需要对消力池进行必要的清理和修复；混凝土结构的强度需要结合混凝土碳化的深度进行计算，采取合理的方法进行加固；钢闸门均存在不同程度的锈蚀，建议1#闸段闸门更换报废，2#闸段闸门进行加固改造；船闸进出口闸门启闭机主要零部件老化，启闭能力不够，出现卡阻，需要改造；电气电缆老化，更换报废。因此，针对上述情况拟定除险加固方案为：
1、拆除并重建1#闸、2#闸和船闸，并重新布置上下游导水墙、消力池；
2、根据新闸室结构形式，设计更换平面钢闸门；
3、新建观测设施，水闸管理站房，以及相应的配套设施。
4、新建交通桥。
加固修复后的特征水位设计参数：外河设计洪水位38.05m（P=2%），相应内河水位32.37m；外河校核洪水位38.67m（P=1%），相应内河水位32.16m。内河排涝设计洪水标准为10年一遇，内河水位36.0m，相应外河水位35.2m；排涝校核洪水标准为20年一遇，内河水位36.5m，相应外河水位35.7m；水闸引水灌溉水位30.9m（P=50%）；内河最高通航水位35.68m（P=5%），最低通航水位31.5m（P=95%）；外河最高通航水位35.68m（P=5%），最低通航水位31.5m（P=95%）。
[关键词]水闸病险；加固措施；闸门；混凝土
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0313-01
一、常见水闸病险分析
按照规定，水闸投运后每隔15-20年应进行一次全面安全鉴定；对影响水闸安全运行的，或者达到折旧年限的单项工程，也要及时进行安全鉴定。目前，根据对国内水闸的安全鉴定数据来看，大、中型水闸均存在着以下几种病险：第一种是闸室结构的变形，主要表现为地基不均匀沉降引起垂直位移，水闸抗滑稳定性不足引起水平变形，闸室结构变形以垂直位移为主。第二种是渗流破坏，产生这种病险的原因主要包括水闸设计标准偏低，运行水位提高，上下游水位差增加，止水、排水设施失效，基土压实度不够等原因造成的渗流等。第三种是闸门及启闭系统的破坏，水闸长期运行将会导致闸门及启闭系统的破坏，主要包括铁件的锈蚀、闸门止水老化、混凝土碳化、氯离子侵蚀、钢筋锈蚀等等，另外有些闸门在特定开度和水流情况下会出现闸门振动的现象。第四种是钢筋混凝土结构损伤，该类病险情况主要包括混凝土裂缝、强度不足、不满足抗震要求、混凝土碳化、氯离子侵蚀、钢筋锈蚀、碱骨料反应以及水流冲蚀、磨蚀、混凝土裂缝等。
某水利枢纽工程主要包括排水闸1、2#闸段、电排站、船闸等建筑物，其中1#闸段共7孔，2#闸段及船闸的闸墩为钢筋混凝土结构。坝顶建有面宽9米的公路桥，设计标准为4级。2009年3月，该水闸经过安全鉴定，鉴定类别为Ⅳ类，根据《蒋家嘴水闸安全鉴定报告书》中的相关内容，该水闸需要除险加固。根据分析，该闸主要存在以下几个方面的问题：
（一）1#闸段主要问题
第一，设计洪水标准偏低。该地历史最高水位达37.85米，而当前设防为36.30米水位。
第二，闸门锈蚀严重，闸门都关闭的情况下，外湖比内河的水位高1.6m-2.2m时，1#闸段外湖侧东边闸墩有明显震动，水面有旋涡，说明存在漏水通道。
第三，闸墩出现沉陷，闸墩混凝土损坏严重，胸墙破損严重。
第四，排水闸箱涵顶上土堤渗漏严重，5#闸箱涵顶部已出现一道长2.2m宽2mm的裂缝。
第五，公路桥桥墩出现裂缝，进出口岸墙垮塌。
第六，电力电缆严重老化，绝缘程度过低，事故频繁。
（二）2#闸段主要问题
第一，设计洪水标准偏低。现有闸门顶高36.0m，而该地历史最高水位37.85m，超出门顶1.85m。
第二，排水闸封闭式箱形支臂容易进水，由内向外发生锈蚀，锈蚀厚度达5mm。
第三，公路桥墩已出现3mm的裂缝，桥面下沉。
第四，排水闸弧形门侧轨及底坎埋件已锈穿、断裂。
二、水闸病险加固措施的相关技术
根据水闸的病险问题，相关科研人员及工作人员应对水闸病险加固措施进行研究和总结。加固设计必须基于现场实际情况，坚决杜绝脱离实际地套用设计规范中的方法。
（一）水闸地基处理
水闸除险加固中的地基处理技术，主要包括水泥灌浆、化学灌浆、粘土灌浆和高压喷射注浆。其中，水泥类灌浆材料结石体强度较高，材料易得，配置方便，但灌浆直径或宽度容易受到水泥颗粒粒径大小的影响。化学灌浆虽然具有较好的可灌性，但是要防止某些化学灌浆材料给周围环境带来的污染。粘土灌浆主要用于充填劈裂或洞穴，恢复土体的完整性，堵塞渗漏通道，同时能够改善应力条件，减小或消除拉应力。高压喷射注浆常用于水闸地基处理工程，主要包括单管法、二管法、三管法和多管法等，其中前三种属于半置换法，第四种方法属于全置换法。
（二）水闸混凝土修复
混凝土渗漏修复技术主要有表面嵌填法、表面粘贴法、化学灌浆法和表面喷涂法，可以采用其中一种方法或者可以多种方法同时使用。对于形态、尺寸及数量均已不再发展的静止裂缝，修补时仅需根据裂缝粗细及渗水情况选择修补材料和方法；而对于活动裂缝，则应该先消除其成因，待确认裂缝稳定后，再依据静止裂缝的修复方法处理。表面嵌填需要沿着裂缝凿槽，然后在槽中嵌填止水密封材料，封闭裂缝；表面粘贴法是在混凝土表面粘贴防水材料，主要适用于龟裂和漫渗等缺陷；化学灌浆法是将高分子化合物的浆液通过一定压力灌入混凝土裂缝中，从而封闭裂缝。
（三）水闸金属结构加固
水闸金属结构主要指闸门及预埋铁件，其病害主要表现为钢制构件的锈蚀以及钢闸门面板裂缝等。在进行修复时，注意尽量不要改变原结构的受力形式，以免对加固构件造成损坏；并且不宜采用焊缝与铆钉或螺栓共同受力的混合连接方法；在焊接时，应该避免连续焊接较长的焊缝，以免加固构件发生变形。粘钢加固方案的设计，首先应经过现场调查和测量，分析现有结构的受力情况，根据测绘对原设计示意图进行解剖分析，通过相关计算，分析被加固部分能否满足要求。
针对不同类型及原因的水闸病险，要进行有针对性的加固措施。例如，对于闸室结构变形，可以针对不同的问题可采用基础灌浆、打桩、增加上部荷载，增加预应力锚杆、锚索等；对于渗流破坏，可根据情况增设节渗墙、修复止水、排水设施、灌浆等，目的就是消除渗流；对于钢筋混凝土结构损伤，可采用裂缝灌浆、混凝土表层修补、粘钢、粘贴纤维布、对混凝土碳化、氯离子侵蚀可采用电化学法等。
三、水闸加固案例分析
某水利枢纽工程水闸1#和2#闸段主要包括：胸墙式闸墩，挡水胸墙，上下游导水墙，消力池，海漫，交通桥，钢闸门和启闭设备组成。蒋家嘴水闸的原总设计排涝流量为1665m3/s，工程等别为Ⅱ，根据《内河通航标准》（GB50139-2004）确定船闸级别为7级。水闸排涝设计标准：内河排涝设计洪水标准为10年一遇，校核洪水标准为20年一遇。水闸防洪设计标准：主要防御外河洪水，其设计洪水标准为50年一遇（水位38.05m），校核洪水标准为100年一遇（水位38.67m）。
根据对水闸的实地调查鉴定：其消能设施冲毁严重，需要对消力池进行必要的清理和修复；混凝土结构的强度需要结合混凝土碳化的深度进行计算，采取合理的方法进行加固；钢闸门均存在不同程度的锈蚀，建议1#闸段闸门更换报废，2#闸段闸门进行加固改造；船闸进出口闸门启闭机主要零部件老化，启闭能力不够，出现卡阻，需要改造；电气电缆老化，更换报废。因此，针对上述情况拟定除险加固方案为：
1、拆除并重建1#闸、2#闸和船闸，并重新布置上下游导水墙、消力池；
2、根据新闸室结构形式，设计更换平面钢闸门；
3、新建观测设施，水闸管理站房，以及相应的配套设施。
4、新建交通桥。
加固修复后的特征水位设计参数：外河设计洪水位38.05m（P=2%），相应内河水位32.37m；外河校核洪水位38.67m（P=1%），相应内河水位32.16m。内河排涝设计洪水标准为10年一遇，内河水位36.0m，相应外河水位35.2m；排涝校核洪水标准为20年一遇，内河水位36.5m，相应外河水位35.7m；水闸引水灌溉水位30.9m（P=50%）；内河最高通航水位35.68m（P=5%），最低通航水位31.5m（P=95%）；外河最高通航水位35.68m（P=5%），最低通航水位31.5m（P=95%）。