于桂云，刘祥高，单既连

（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013）

近年来，国家和地方在病险水利工程除险加固方面投入了大量的资金，虽然解决了一些实际问题，但许多水利设施仍然病险严重，特别是一些带病运行多年的大中型水闸还亟待除险加固。如何利用好有限的除险加固工程资金，既要使工程除险，又要达到经济、省工期、蓄水损失低等目的，是摆在水利技术工作者面前的一项艰巨任务。笔者结合“峡山水库溢洪闸除险加固应急工程”，对大中型水闸闸室混凝土结构加固工程中复杂的关键技术问题提出一些见解，供同类工程参考。

1 工程概况

峡山水库溢洪闸位于山东半岛的潍河中下游，始建于1979年，共15孔，单孔净宽16.0 m，闸室长26.0 m,闸底板高程28.0 m，堰型为“a型驼峰堰”，堰高0.83 m，堰顶高程28.83 m。采用弧型闸门，ZS2-125型卷扬式启闭机，闸门高度10.17 m。工程自建成以来，在蓄水、防洪、灌溉等方面发挥了重要作用。但由于受当时财力、物力及技术等因素的制约，存在诸多病险隐患，影响工程安全运行，因此2001年被国家列为“Ⅲ类坝”。

溢洪闸建筑物等级1级；工程防洪标准为1 000年一遇洪水设计，设计流量12 677 m3/s；10 000年一遇洪水校核，校核流量15 853 m3/s；地震设防烈度为Ⅷ度,地震动峰值加速度取0.20 g，地震动反应谱特征周期为0.4 s。

2 病险分析及对策

根据峡山水库溢洪道工程总体安全复核结论，溢洪道泄流能力不满足泄洪要求，究其原因是溢洪闸泄槽下游卡口所致，溢洪闸本身泄流能力较大，不影响泄洪。因此本文只讨论闸室混凝土结构除险加固关键技术问题。

2.1 闸底板

原溢洪闸闸基大部分坐落在半风化基岩上，闸底板原设计混凝土标号为150#，受力钢筋为Ⅱ级钢。根据复核计算结果，闸室小底板根部结构承载能力低于规范要求，解决方法一般有：1）截面高度加大；2）受力钢筋面积增加；3）改善结构受力条件。

由于闸室小底板根部断面受力钢筋位于底层，在保留原底板的条件下，无法增加受力钢筋面积。因此，闸室底板加固只有加大截面高度和改善结构受力条件两条途径。

2.2 闸墩

峡山水库溢洪闸边墩为衡重式钢筋混凝土结构，经复核计算，结构承载力满足规范要求，因此只讨论闸室中墩问题。

1）墩墙。闸室中墩墩墙厚2.0 m，原设计混凝土标号为150#，受力钢筋为Ⅱ级钢。现场安全检测指标为95#，钢筋截面损失率为5%。

二是职业病问题。M煤矿的井下工人及部分二线工人饱受职业病困扰。职业病是职工未来生活保障的拦路虎。患尘肺和矽肺的员工，身体功能大大减弱，因病返贫的概率大大提升，许多社保缴纳不足十五年的员工，出于对未来的担忧，迟迟不愿与企业解除劳动关系。职业病还是工人再就业的严重阻碍，岗前体检职业病较严重的职工新公司不予录用。职工无法顺利再就业，企业又不能给予较好的解决措施，职工自然不肯接受安置。

2）弧形闸门支座。闸墩牛腿原设计混凝土标号为200#，受力钢筋为Ⅰ级和Ⅱ级钢两种；现场安全检测指标为88#，钢筋截面损失率为5%。

根据现场安全检测指标和复核计算结果，闸墩混凝土强度削弱严重，使墩墙和闸墩弧门支座承载力不满足规范要求；闸墩混凝土存在碱集料反应问题，致使混凝土膨胀开裂；闸墩表面存在较严重的冻融剥蚀、碳化和裂缝等老化病害问题。解决峡山水库溢洪闸闸墩存在的这些问题，首先是要通过适当的工程措施，阻断闸墩混凝土产生碱集料反应的条件和途径，然后再考虑采用改善结构受力条件等其他加固措施。

通过数年来的调研、分析和探索，找出了一种高速机械喷砂与“隔气闭水技术”相结合的方法。这种技术可抑制混凝土内部的碱骨料反应以及闸墩表面剥蚀、碳化、风化及裂缝等老化病害的进一步加剧，提高混凝土结构耐久性，延长工程使用年限。

3 结构受力条件改善措施

对于闸底板、闸墩及其支座牛腿等钢筋混凝土结构构件，其内力产生的条件除结构自重和永久设备重荷载之外，主要外荷载是水压力荷载、地震荷载和启门力荷载等。因此，要改善结构受力条件，首先是对水推力进行削减，其次是尽可能减低地震惯性力。

3.1 削减水推力条件分析及工程措施

1）条件分析。峡山水库溢洪闸正常蓄水位（水库兴利水位）为37.40 m，单孔闸门净宽为16.0 m。根据单孔闸门所承受的水平静水压力计算公式分析，在水闸设计蓄水位不变的情况下，要降低水推力，唯一的方法是抬高溢洪闸堰顶高程。

经水力计算比较，溢洪闸最高堰顶高程为30.30m，设计蓄水位条件下堰上水深为7.10m；原工程堰顶高程为28.83m，设计蓄水位条件下堰上水深为8.57m。由此可见，峡山溢洪闸具备削减水推力的条件。

2）工程措施。通过反复计算研究，采用了非对称式驼峰堰，堰体上游段长5.65 m，下游段长6.0 m，堰高2.0 m。上游底部圆弧半径7.10 m，中部圆弧半径2.0 m；下游底部圆弧半径8.0 m，中部圆弧半径2.10 m。

3）水推力计算比较与分析。堰顶高程加高前后单孔闸门所承受的水平静水压力比较计算结果见表1。

表1 单孔闸门所承受的水平静水压力比较计算表 kN

由表1看出，堰顶高程加高后单孔闸门所承受的水平静水压力比原工程削减1 842.79 kN。闸门水推力的削减，不仅使墩体弧门支座牛腿、弧门支座扇形受拉区等受力条件得到有效改善，同时闸门高度比原工程减小了2.07 m,相应减少闸门所需钢材达25%左右。

3.2 减低地震惯性力的条件分析及工程措施

峡山水库溢洪闸工程地震设防烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度为0.20 g。其闸室结构物所承受的地震荷载是一关键性指标，要减小地震对建筑物的破坏力，则应尽可能降低建筑物重心或上部构造采用轻型结构。

3.2.1 闸顶高程复核计算

（1）闸门高程计算。峡山水库溢洪闸闸门高度有3种控制运行工况。1）经计算在设计蓄水位37.40 m条件下：闸门顶高程为37.90 m；2）20年一遇洪水控泄条件下：闸门顶高程为37.49 m；3）50年一遇洪水控泄条件下：闸门顶高程为38.40 m。

综合以上3种运行工况计算结果，最小闸门高度取8.1m，闸门顶高程为38.40 m。

（2）条件分析。峡山水库原溢洪闸闸底板高程28.0 m，堰顶高程28.83 m，闸门高度10.17 m，闸门顶高程为39.0 m，闸顶高程为46.0 m。

经闸室总体布置，新的溢洪闸闸底板高程取28.30 m，堰顶高程为30.30 m，闸门高度为8.10 m，闸门顶高程为38.40 m，闸顶高程为44.50 m。

经计算机架桥墩座可在原来基础上降低1.50 m，具备减小地震惯性力条件。

3.2.2 地震力计算比较与分析

峡山水库溢洪闸工程单孔闸室地震力比较计算结果见表2。

从表2可以看出，峡山水库原溢洪闸闸墩顶高程由原来的46.0 m降低到44.50 m，使机架桥、启闭机及机座、启闭机房等上部构造在采用轻型结构的基础上，均可下移1.50 m。不仅有效缩减了地震惯性力和地震动水压力，还由于地震力力臂的减小，改善了闸墩、弧门支座牛腿和闸底板等结构的受力条件。

4 结语

4.1 “削减水推力”技术措施

峡山水库溢洪闸除险加固工程所采用的“削减水推力”技术措施：闸底板在原基础上增厚0.3 m，新老底板用锚筋连结，面层布设一层钢筋网；将驼峰堰堰高由原28.83 m增高到30.30 m，闸门高度由10.17 m降低为8.1 m，闸门顶高程为38.4 m。

表2 峡山水库溢洪闸单孔闸室地震力比较计算结果表

这一技术措施的实施，使单孔闸门所承受的水平静水压力比原工程削减1 842.79 kN。闸门水推力的削减，不仅使墩体弧门支座牛腿、弧门支座扇形受拉区等受力条件得到有效改善，同时闸门高度比原工程减小了2.07 m，相应减少闸门所需钢材达25%左右。

4.2 隔气闭水技术措施

闸墩采用高速机械喷砂与“隔气闭水技术”相结合的方法，可在闸墩表面形成一层与原闸墩体混凝土亲和力极强的保护膜，有效阻隔水和大气进入到墩体内，极大程度地抑制混凝土内部的碱骨料反应以及闸墩表面剥蚀、碳化、风化及裂缝等老化病害的进一步加剧，提高混凝土结构耐久性，延长使用年限。

4.3 抗震技术措施

墩顶高程由原来的46.0 m降低到44.50 m，使机架桥、启闭机及机座、启闭机房等上部构造在采用轻型结构的基础上，均可下移1.50 m；上部构造拆除重建，并采用轻型结构，可大幅度削减地震力，使墩体、弧门支座牛腿、弧门扇形受拉区等受力条件得到有效改善。

经综合计算分析，该工程可净增经济效益4 366.72万元，施工工期可缩短4～10个月，由于水库提前蓄水增加供水量约1.3亿m3，为水资源供需矛盾突出的潍坊地区提供了经济和社会持续发展的水资源保障。