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【摘要】水闸是为城市供水、工农业生产供水、防洪、防潮、排涝等方面服务的重要基础设施，在社会经济发展中发挥着重要作用。本文就病险水闸成因及除险加固的工程措施进行了探讨。
【关键词】病险 水闸 除险 加固
中图分类号：TV 文献标识码：A
前言
中国现有87873座水库，为世界之最。但是这些水库大多建于五十年代、六十年代、七十年代，建设的时候就先天不足，建成以后管养维护经费又不到位，后天失调，所以病险的问题非常突出，有48000座左右都是病险水库。病险水库实际上对防洪安全的影响是非常大的。病险水库大都位于城市的上游，很多既承担着城市的防洪作用，又承担着城市供水和农业灌溉的作用。所以到汛期的时候，一旦出事对下游将是灭顶之灾。用三年时间，国家投入了700多亿资金，对全国的7356座大中型病险水库和东部的重点小一型病险水库进行了除险加固和维修改造。到2010年底，7356座大中型和重点小型病险水库的除险加固和改造任务已经圆满完成了，现在这些水库百分之百的通过了验收。
一、病险成因分析
我国水闸数量多、分布广、运行时间长，限于当时经济、技术条件，普遍存在建设标准低、工程质量差、配套设施不全等先天性问题。投入运行后，由于长期缺乏良性管理体制与机制，工程管理粗放，缺乏必要的维修养护，加之近年来全球气候变化，极端天气事件频发，水闸遭受地震、泥石流、洪水等超标准荷载，加剧了水闸病险程度。总的来说，造成我国病险水闸成因主要分为以下几个方面。
1、大量水闸已接近或超过设计使用年限
我国现有的水闸大部分运行已达30～50 年，建筑物接近使用年限，金属结构和机电设备早已超过使用年限。经长期运行，工程老化严重，其安全性及使用功能日益衰退。据统计，全国大中型病险水闸中，建于20 世纪50～70 年代的占72%，建于80 年代的占17%，建于90 年代及以后的占11%。
2、工程建设先天不足
我国大部分水闸建成于20 世纪80 年代以前，受当时社会经济环境的影响，一些水闸在缺少地质、水文泥沙等基础资料的条件下，采取边勘察、边设计、边施工的方式建设，成为所谓的“三边”工程，甚至有些水闸的建设根本就没有进行勘察设计。另外，当时技术水平低，施工设备简陋，多数施工队伍很不正规，技术人员的作用不能充分发挥，致使水闸建设质量先天不足，建设标准低，工程质量差。
3、工程破损失修情况严重
我国早期的水闸设计没有统一标准，缺少耐久性设计、防环境污染设计和抗震设计等内容，目前，多数工程已进入老化期，建筑物、设备、设施等老化破损非常严重。同时，在长期运用过程中，由于缺乏资金，管理单位难以完成必要的维修养护，或只能进行应急处理、限额加固，水闸安全隐患得不到及时、彻底的解决，随着使用期限的增长，水闸安全隐患逐年增多加重，久而久之，工程“积病成险”，一些本来属于病害层面的损伤转化为重大险情和隐患。
4、环境污染严重
由于河道水质污染日趋严重以及部分水闸地处沿海地区，水闸运行环境极为不利，受废污水腐蚀和海水锈蚀作用，闸门、止水、启闭设备运行困难，漏水严重，混凝土和浆砌石结构同样受到不同程度的侵蚀，出现严重的碳化、破损、钢筋锈蚀等现象，沿海地区水闸混凝土结构中很多钢筋的保护层由于钢筋锈蚀完全剥离。因此，水体污染加快了水闸结构的老化过程，危及闸体结构安全。
二、工程概况
某水库始建于1979 年, 是一座以灌溉、防洪为主的小型水库, 工程等级为四级;设计防洪标准为百年一遇洪水, 50 年一遇洪水校核, 地震基本烈度为IV度。由于修建较早, 且受到施工工艺的限制, 水库存在高程低不能满足防洪要求、坝体与坝基严重渗漏、溢洪道泄槽浆砌石边墙抗冲能力差等多处病险隐患。蓄水前后地下水位示意图如图1 所示。
三、坝体渗漏处理措施
坝体渗漏的原因如前文所示, 对于坝体渗漏的问题处理我们主要采取以下两个措施:大坝内坡抛石固脚工程和帷幕灌浆。
1、大坝内坡抛石固脚工程
（1）测量放线。利用水库枯水期, 准确测量抛石区域地形, 并联同施工设计尺寸的要求进行测量放线, 确定抛石区域以及区域水深控制线、水流流速等。抛石区域应划分为打有方格边线控制桩以及高程控制点的10×20m 方格,同时, 为便于抛石时的高程控制, 应每隔20 m 设立高程控制标杆。
（2） 块石运输。块石应堆在各施工段坝顶, 利用3台2m3装载机装块石, 15 辆自卸汽车运送块石到各个抛石施工现场。
（3）抛石。施工应在枯水期进行, 施工时, 利用2 艘100t驳船运块石到各个抛石指定区域, 固定驳船, 并依据“先深后浅”原则进行人工抛石。
2、帷幕灌浆
帷幕灌浆指把具有一定配合比的胶凝性、流动性浆液, 通过钻孔灌入岩体或土层的裂隙、孔隙,利用胶结硬化提高岩基的强度, 并形成阻水带, 以减少渗流量或降低压力的灌浆。帷幕灌浆具有灌浆压力较大、钻孔深和钻孔线状排列等特点. 施工工序如图2 所示。
图2 帷幕湘桨施工工序
3、现场准备
施工机械设备在进场前, 需对地上或者地下障碍物进行清除, 洼地做好抽水或者清淤工作, 保证场地平整!洁净;灌浆工程所用的水、风、电供应必须可靠, 必要时宜设置专用管路和线路, 并有备用水源和电源;根据灌浆目的与环境水的侵蚀作用等, 采用P. O. 32.5 普通硅酸盐水泥, 细度为通过80 μm 方孔筛的筛余量不大于5% ;搅拌机需用1500r/ min 的高速搅拌机, 保证拌制浆液的均匀、连续;水灰比采用5:1 、3:1 、2:1 、1:1、0.8:1、0.6: 1、0.5:1 比级, 开灌水灰比采用5 :1。
4、 钻孔
帷幕灌浆钻孔采用回转式钻机和金刚石或硬质合金钻头钻进, 孔位与设计孔位的偏差值不得大于10cm , 孔深应深入基岩8.0一15.0 m , 同一排相临的两个次序孔之间, 以及后序排的第一次序孔与其相邻部位前序排的最后次序孔之间, 在岩石中钻孔灌浆的高差不得小于15m , 孔斜测量时钻孔允许偏差不得大于表1 的规定。
5、裂陈冲洗和压水实脸
帷幕灌浆时, 各灌浆孔(段)在灌浆前应采用压力水进行裂隙冲洗与钻孔冲洗, 直至回水清净"冲洗压力为灌浆压力的80 % , 压力超过1M Pa时, 采用1M Pa 。
压水实验采用单点法或五点法, 压力为灌浆压力的80 % , 并不大于1M Pa , 压水时间20min, 压入流量测读每5min进行一次, 最后流量值即计算流量。
6、灌装、封孔
帷幕灌浆方式采用循环式灌浆, 射浆管距孔底不得大于50cm 。灌浆孔段在规定的灌浆压力下, 自下而上灌浆, 在该灌浆段最大设计压力下,注入率不大于1L/min, 继续灌注30min, 可结束灌浆。坝体混凝土和基岩接触部位的灌浆段应先行单独灌注并待凝, 接触段在岩石中的长度不得大于2m , 压力值应读取压力表指针摆动的中值, 指针摆动范围应小于灌浆压力的20 % , 摆动范围应做记录。灌浆孔全孔灌浆结束后并经验收合格后进行封孔, 封孔采用全孔压力灌浆封孔法, 灌注0. 5 :1 的纯水泥浆进行封孔, 灌浆压力为0. 3M P a, 当注入率不大于1L/min, 延续30min 后结束。
四、灌装问题处理
1、灌浆中断
灌浆中断的原因主要来自于机械故障。管路破裂以及裂隙发育或岩石破碎. 灌浆时灌浆泵灌完应仔细清洗, 做好检修工作;输浆管灌浆前应仔细检查, 并作试压。
2、灌浆时串桨
串浆主要是因为串连的岩石裂隙使灌浆孔相互连通、灌浆压力过高造或者塞堵不严密等。 灌浆时应加大一次序孔间距与施工时间间隔, 防止串浆。
结论
病险水库的除险加固工作要坚持因地制宜、最大限度地发挥技术优势的原则；使得除险加固的方案在技术上可行、经济上合理；注重新技术、新方法的研究与应用，提高除险加固工程的科技含量，保证工程质量和治理效果，确保病险水库彻底除险，促使水利事业的可持续发展。本文论述对水库除险加固的技术和措施，对我国目前正在开展的小型病险水库除险加固工作具有借鉴意义。
【参考文献】
[1]仇力.水闸运行与管理[ M] .南京:河海大學出版社, 2006
[2]宋万增.病险水闸除险加固技术指南[ M] .郑州:黄河水利出版社, 2009 .
【关键词】病险 水闸 除险 加固
中图分类号：TV 文献标识码：A
前言
中国现有87873座水库，为世界之最。但是这些水库大多建于五十年代、六十年代、七十年代，建设的时候就先天不足，建成以后管养维护经费又不到位，后天失调，所以病险的问题非常突出，有48000座左右都是病险水库。病险水库实际上对防洪安全的影响是非常大的。病险水库大都位于城市的上游，很多既承担着城市的防洪作用，又承担着城市供水和农业灌溉的作用。所以到汛期的时候，一旦出事对下游将是灭顶之灾。用三年时间，国家投入了700多亿资金，对全国的7356座大中型病险水库和东部的重点小一型病险水库进行了除险加固和维修改造。到2010年底，7356座大中型和重点小型病险水库的除险加固和改造任务已经圆满完成了，现在这些水库百分之百的通过了验收。
一、病险成因分析
我国水闸数量多、分布广、运行时间长，限于当时经济、技术条件，普遍存在建设标准低、工程质量差、配套设施不全等先天性问题。投入运行后，由于长期缺乏良性管理体制与机制，工程管理粗放，缺乏必要的维修养护，加之近年来全球气候变化，极端天气事件频发，水闸遭受地震、泥石流、洪水等超标准荷载，加剧了水闸病险程度。总的来说，造成我国病险水闸成因主要分为以下几个方面。
1、大量水闸已接近或超过设计使用年限
我国现有的水闸大部分运行已达30～50 年，建筑物接近使用年限，金属结构和机电设备早已超过使用年限。经长期运行，工程老化严重，其安全性及使用功能日益衰退。据统计，全国大中型病险水闸中，建于20 世纪50～70 年代的占72%，建于80 年代的占17%，建于90 年代及以后的占11%。
2、工程建设先天不足
我国大部分水闸建成于20 世纪80 年代以前，受当时社会经济环境的影响，一些水闸在缺少地质、水文泥沙等基础资料的条件下，采取边勘察、边设计、边施工的方式建设，成为所谓的“三边”工程，甚至有些水闸的建设根本就没有进行勘察设计。另外，当时技术水平低，施工设备简陋，多数施工队伍很不正规，技术人员的作用不能充分发挥，致使水闸建设质量先天不足，建设标准低，工程质量差。
3、工程破损失修情况严重
我国早期的水闸设计没有统一标准，缺少耐久性设计、防环境污染设计和抗震设计等内容，目前，多数工程已进入老化期，建筑物、设备、设施等老化破损非常严重。同时，在长期运用过程中，由于缺乏资金，管理单位难以完成必要的维修养护，或只能进行应急处理、限额加固，水闸安全隐患得不到及时、彻底的解决，随着使用期限的增长，水闸安全隐患逐年增多加重，久而久之，工程“积病成险”，一些本来属于病害层面的损伤转化为重大险情和隐患。
4、环境污染严重
由于河道水质污染日趋严重以及部分水闸地处沿海地区，水闸运行环境极为不利，受废污水腐蚀和海水锈蚀作用，闸门、止水、启闭设备运行困难，漏水严重，混凝土和浆砌石结构同样受到不同程度的侵蚀，出现严重的碳化、破损、钢筋锈蚀等现象，沿海地区水闸混凝土结构中很多钢筋的保护层由于钢筋锈蚀完全剥离。因此，水体污染加快了水闸结构的老化过程，危及闸体结构安全。
二、工程概况
某水库始建于1979 年, 是一座以灌溉、防洪为主的小型水库, 工程等级为四级;设计防洪标准为百年一遇洪水, 50 年一遇洪水校核, 地震基本烈度为IV度。由于修建较早, 且受到施工工艺的限制, 水库存在高程低不能满足防洪要求、坝体与坝基严重渗漏、溢洪道泄槽浆砌石边墙抗冲能力差等多处病险隐患。蓄水前后地下水位示意图如图1 所示。
三、坝体渗漏处理措施
坝体渗漏的原因如前文所示, 对于坝体渗漏的问题处理我们主要采取以下两个措施:大坝内坡抛石固脚工程和帷幕灌浆。
1、大坝内坡抛石固脚工程
（1）测量放线。利用水库枯水期, 准确测量抛石区域地形, 并联同施工设计尺寸的要求进行测量放线, 确定抛石区域以及区域水深控制线、水流流速等。抛石区域应划分为打有方格边线控制桩以及高程控制点的10×20m 方格,同时, 为便于抛石时的高程控制, 应每隔20 m 设立高程控制标杆。
（2） 块石运输。块石应堆在各施工段坝顶, 利用3台2m3装载机装块石, 15 辆自卸汽车运送块石到各个抛石施工现场。
（3）抛石。施工应在枯水期进行, 施工时, 利用2 艘100t驳船运块石到各个抛石指定区域, 固定驳船, 并依据“先深后浅”原则进行人工抛石。
2、帷幕灌浆
帷幕灌浆指把具有一定配合比的胶凝性、流动性浆液, 通过钻孔灌入岩体或土层的裂隙、孔隙,利用胶结硬化提高岩基的强度, 并形成阻水带, 以减少渗流量或降低压力的灌浆。帷幕灌浆具有灌浆压力较大、钻孔深和钻孔线状排列等特点. 施工工序如图2 所示。
图2 帷幕湘桨施工工序
3、现场准备
施工机械设备在进场前, 需对地上或者地下障碍物进行清除, 洼地做好抽水或者清淤工作, 保证场地平整!洁净;灌浆工程所用的水、风、电供应必须可靠, 必要时宜设置专用管路和线路, 并有备用水源和电源;根据灌浆目的与环境水的侵蚀作用等, 采用P. O. 32.5 普通硅酸盐水泥, 细度为通过80 μm 方孔筛的筛余量不大于5% ;搅拌机需用1500r/ min 的高速搅拌机, 保证拌制浆液的均匀、连续;水灰比采用5:1 、3:1 、2:1 、1:1、0.8:1、0.6: 1、0.5:1 比级, 开灌水灰比采用5 :1。
4、 钻孔
帷幕灌浆钻孔采用回转式钻机和金刚石或硬质合金钻头钻进, 孔位与设计孔位的偏差值不得大于10cm , 孔深应深入基岩8.0一15.0 m , 同一排相临的两个次序孔之间, 以及后序排的第一次序孔与其相邻部位前序排的最后次序孔之间, 在岩石中钻孔灌浆的高差不得小于15m , 孔斜测量时钻孔允许偏差不得大于表1 的规定。
5、裂陈冲洗和压水实脸
帷幕灌浆时, 各灌浆孔(段)在灌浆前应采用压力水进行裂隙冲洗与钻孔冲洗, 直至回水清净"冲洗压力为灌浆压力的80 % , 压力超过1M Pa时, 采用1M Pa 。
压水实验采用单点法或五点法, 压力为灌浆压力的80 % , 并不大于1M Pa , 压水时间20min, 压入流量测读每5min进行一次, 最后流量值即计算流量。
6、灌装、封孔
帷幕灌浆方式采用循环式灌浆, 射浆管距孔底不得大于50cm 。灌浆孔段在规定的灌浆压力下, 自下而上灌浆, 在该灌浆段最大设计压力下,注入率不大于1L/min, 继续灌注30min, 可结束灌浆。坝体混凝土和基岩接触部位的灌浆段应先行单独灌注并待凝, 接触段在岩石中的长度不得大于2m , 压力值应读取压力表指针摆动的中值, 指针摆动范围应小于灌浆压力的20 % , 摆动范围应做记录。灌浆孔全孔灌浆结束后并经验收合格后进行封孔, 封孔采用全孔压力灌浆封孔法, 灌注0. 5 :1 的纯水泥浆进行封孔, 灌浆压力为0. 3M P a, 当注入率不大于1L/min, 延续30min 后结束。
四、灌装问题处理
1、灌浆中断
灌浆中断的原因主要来自于机械故障。管路破裂以及裂隙发育或岩石破碎. 灌浆时灌浆泵灌完应仔细清洗, 做好检修工作;输浆管灌浆前应仔细检查, 并作试压。
2、灌浆时串桨
串浆主要是因为串连的岩石裂隙使灌浆孔相互连通、灌浆压力过高造或者塞堵不严密等。 灌浆时应加大一次序孔间距与施工时间间隔, 防止串浆。
结论
病险水库的除险加固工作要坚持因地制宜、最大限度地发挥技术优势的原则；使得除险加固的方案在技术上可行、经济上合理；注重新技术、新方法的研究与应用，提高除险加固工程的科技含量，保证工程质量和治理效果，确保病险水库彻底除险，促使水利事业的可持续发展。本文论述对水库除险加固的技术和措施，对我国目前正在开展的小型病险水库除险加固工作具有借鉴意义。
【参考文献】
[1]仇力.水闸运行与管理[ M] .南京:河海大學出版社, 2006
[2]宋万增.病险水闸除险加固技术指南[ M] .郑州:黄河水利出版社, 2009 .