黄庄洼分洪闸存在的问题与除险加固措施

2012-04-10肖建法孙文星赵金焕

海河水利 2012年2期

关键词：海漫闸室涵洞

栗萍，肖建法，孙文星，赵金焕

（1.河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250；2.华北水利水电工程集团有限公司，天津 300170）

1 概述

黄庄洼分洪闸位于天津市宝坻区白毛庄村南潮白新河左堤上，建成于1972年，其主要功能为分洪，是潮白新河向黄庄洼蓄滞洪区分洪的控制工程。

黄庄洼分洪闸为涵洞式水闸，主要由上游铺盖、闸室、穿堤涵洞及下游消能防冲设施组成，设计分洪流量1 360 m3/s，校核分洪流量1 800 m3/s。

上游铺盖为黏土铺盖，全长24 m，其表面分别设有干砌石护面和浆砌石、钢筋混凝土组合护面。

闸室长5.0 m，共13 孔，单孔净宽4.0 m，为3 孔一联和2 孔一联的钢筋混凝土结构。闸室底部设有直径0.6 m 的混凝土灌注桩，闸墩上部设有钢筋混凝土排架和机架桥。闸室设13 扇钢筋混凝土工作闸门，未设置检修闸门，启闭设备为丝杠螺旋启闭机。

穿堤涵洞段长12.74m，共13 孔，单孔净宽4.0m。涵洞底板为分离式钢筋混凝土结构，顶板为预制的钢筋混凝土微弯板，侧墙和中墙均为浆砌石结构。涵洞顶部为堤顶交通道路，并与闸室两岸的潮白新河左堤相连。

下游消能防冲设施包含有消力池、海漫及防冲槽，全长65.26 m。

2 工程存在的主要问题

通过对分洪闸现有结构进行计算复核及相应的技术检测，发现分洪闸存在着以下问题。

（1）闸墩顶高程不满足现行规范要求，闸门挡水高度不够。

（2）校核洪水工况下，水闸过流能力不满足要求。

（3）设计洪水工况下，下游消力池长度、深度及池身底板厚度、海漫长度均不满足设计要求。

（4）在设计洪水和校核洪水工况下，基础混凝土灌注桩竖向承载力和水平向承载力均不满足设计要求，桩基水平位移大于5 mm。

（5）闸墩顶部排架及涵洞顶部微弯板配筋量不满足设计要求。

（6）闸门长期浸泡水中，铁件、吊耳及侧导轮锈蚀严重，止水橡胶皮老化、龟裂、破损失效，止水装置锈蚀，局部损伤变形严重，现有闸门挡水高度较低，不满足设计要求，应报废更新。

3 除险加固的必要性

《海河流域防洪规划》中将潮白河防洪体系防洪标准由原来的20年一遇设计提高到50年一遇设计，潮白新河黄庄洼分洪闸下游河道防洪标准由现状的5年提高到10年，致使黄庄洼分洪闸启用标准由原来的超5年一遇启用提高到超10年一遇启用，运用条件发生了变化。根据潮白河防洪体系总体布局，分洪闸能否正常启用直接影响了潮白河防洪标准能否达到《海河流域防洪规划》要求的50年一遇标准。

现状黄庄洼分洪闸防洪标准低，已不能达到《海河流域防洪规划》要求的防洪标准。工程运行多年来，水闸主体结构年久失修，存在着严重的安全隐患，2009年该闸被鉴定为三类闸。鉴于黄庄洼分洪闸工程的重要性和目前存在的质量问题，为完善其分洪功能、确保潮白新河左堤及黄庄洼蓄滞洪区人民生命财产的安全，应对该闸进行除险加固。

4 除险加固措施

4.1 主要结构加固措施

（1）上游铺盖段：现状分洪闸上游为黏土铺盖加干砌石或钢筋混凝土护面结构，全长24.0 m。由于闸上水位较高，对黏土铺盖的实际质量无法进行准确的勘察确定，根据工程竣工验收报告，在工程施工期间，铺盖的混凝土和浆砌石组合护面因温控不当，表面产生裂缝，混凝土受冻粉化深度达1 cm，混凝土下部的浆砌石结构不能确保浆体饱满，考虑铺盖的重要性及以上不安全因素，本次加固拟拆除现状混凝土浆砌石组合护面和干砌石护面，新建0.5 m 厚钢筋混凝土铺盖，与闸室底板形成可靠的闸基防渗体系。

（2）闸室及穿堤涵洞段：闸室及穿堤涵洞段加固方案为保留基础底部灌注桩基础，其余结构全部拆除重建。

新建闸室方案进行了涵洞式和开敞式两个方案的比选。涵洞式水闸依靠上游胸墙进行挡水，闸墩高度及上部排架高度较低，但是泄流时水流会受到阻挡；开敞式水闸虽然闸墩高度和排架高度较高，但是泄流时水流下泄较快，开敞式可为分洪闸遇超标准洪水分洪创造条件。对两种方案的投资进行比较，开敞式方案投资略小于涵洞式方案，因此确定新建闸室结构采用开敞式水闸方案。

新建闸室采用边联2 孔一联、中联3 孔一联的整体式钢筋混凝土结构，共7 孔，单孔净宽7.0 m。墩顶上部采用封闭式结构，设有启闭机室和检修室。闸室设工作闸门和检修闸门，启闭设备分别为固定式卷扬启闭机和移动式电动葫芦。

（3）消力池段：经过水力计算分析，现状消力池底板厚度不满足抗冲要求，需要加厚0.3 m，考虑到现状消力池为“浆砌石+混凝土护面”组合结构，因此选择在原有结构基础上采用混凝土进行加厚，厚度取为0.4 m。加厚底板上设置排水孔，并与原底板排水孔相连，加厚混凝土与原底板采用锚杆进行连接。

（4）海漫及防冲槽段：消力池底板的加厚减少了池身的深度，因此下游海漫也需要加厚，根据计算池深确定下游海漫需加厚0.5 m。经水力计算分析，现状海漫长度不能满足设计要求，因此将海漫向下游延长，重新修建下游抛石防冲槽，并接长两侧护坡。

（5）基础处理：按新的设计条件，对闸室部位现有桩基进行计算复核得知：现有桩基础的水平向和竖直向承载力均不满足现行规范要求，桩基的水平向允许位移亦不满足规范要求，因此对现有桩基础采取保留原桩基础不动，在原有桩基础之间增设新的桩基础的处理方案。

新增桩基础仍采用混凝土钻孔灌注桩型式，闸室部位桩径为1.0 m，上下游翼墙部位桩径0.8 m。

4.2 混凝土防腐设计

分洪闸处地表水SO42-含量对普通水泥具结晶类硫酸盐型弱腐蚀性，地下水SO42-含量对普通水泥具结晶类硫酸盐型强腐蚀性。在干湿交替作用下，地下水SO42-含量对钢筋混凝土结构中钢筋具中等—强腐蚀性，地表水SO42-含量对钢筋混凝土结构中钢筋具弱—中等腐蚀性，设计中主要对采用抗硫酸盐水泥混凝土和在普通硅酸盐混凝土中添加抗侵蚀剂两个方案进行了比选。

抗硫酸盐水泥具有较好的抗硫酸盐腐蚀性能，其硅酸钙含量较低，配制的混凝土碱度低，可以加强混凝土自身的耐腐蚀能力，但抗硫酸盐硅酸盐水泥的后期强度低，且抗腐蚀性单一，国内产量较少，价格较高，与普通混凝土相比，采用抗硫酸盐水泥混凝土单价增加约175 元/m3。

根据有关工程经验，目前性能较好及应用广泛的抗SO42-侵蚀剂主要是中国水利水电科学研究院结构所研制开发的SK-D 混凝土抗硫酸盐侵蚀剂。该侵蚀剂是国家“九五”攻关项目的最新成果，具有高抗硫酸盐侵蚀、高抗渗性的优良性能，可抗SO42-≥8 000 mg/L 超高浓度的硫酸盐侵蚀，已在工程中初步推广，效果良好。该侵蚀剂一般掺量为水泥重量8%～12%，施工中等量取代水泥，考虑本工程地下水具有硫酸盐弱腐蚀性，因此掺量可采用8%，与普通混凝土相比，掺加SK-D 混凝土抗硫酸盐侵蚀剂的混凝土单价增加约160 元/m3。

经综合分析比较，本工程墩顶及墙顶以下混凝土结构采用在普通硅酸盐混凝土中添加SK-D 混凝土抗硫酸盐侵蚀剂方案。