钟 彬

(塔里木河流域巴音郭楞管理局-孔雀河管理处开都河下游管理站，新疆 巴州 841400)

1 水闸存在的问题及原因分析

某水闸位于于新疆巴州塔里木河上游河段上，水闸在顺水流方向由上游连接段、闸室段和下游连接段组成，水闸闸室轴线长41.5 m。水闸兴建于20世纪90年代，现水闸老化严重，灌溉功能基本失效，工程效益无法发挥，且影响下游人民群众财产安全，水库期间未采取任何系统、有效的加固措施，致使主要建筑物安全隐患已明显暴露且存在逐年加剧的趋势。根据现场查勘情况，现将水闸存在的主要问题分叙如下[1]：

(1)土石结构工程。水闸土石工程主要包括右岸上、下游连接段的翼墙和闸室段左岸的浆砌预制水泥空心砖墙。右岸上游连接段翼墙长5.0 m，墙高1.8 m，浆砌石结构，翼墙首端已经倒塌(图1)，倒塌长度约1.0 m，剩余部分墙体也不同程度的存在勾缝脱落和裂缝。右岸下游翼墙为引水渠外边墙，浆砌红砖结构，长约15.0 m，高1.7 m，墙体存在表面砂浆抹面脱落、裂隙和渗水漏水现象。闸室段左岸浆砌预制水泥空心砖墙长约3.5 m、高2.3 m，墙体高度不满足防洪要求，造成闸室左岸连接段土体及左岸河岸被冲刷、掏空严重。

图1 水闸上游右岸翼墙倒塌情况

原因分析：一方面河岸边坡较高，翼墙结构单薄，作用在翼墙上的土压力较大，从而导致上游翼墙首端倒塌；另一方面设计及施工采用砂浆强度等级较低，经多年运行导致结构老化，使其出现勾缝剂抹面脱落；第三，在水压、土压、基础掏刷及基础不均匀沉降等作用下，砌体出现裂缝现象。

(2)混凝土结构工程。混凝土结构工程主要有闸墩、跨河灌溉渡槽、闸室底板及闸后溢流面。闸墩混凝土存在级配不合理，卵石粒径过大，有的超过了10 cm，砼标号较低，振捣不密实，普遍存在蜂窝麻面、施工接缝不良及底部掏空。跨河灌溉渡槽存在骨料级配不合理，砼标号较低，蜂窝麻面，裂缝和露筋。闸室底板存在表面不平整、局部裂缝、冲蚀和蜂窝麻面。闸后溢流面存在护面混凝土厚度小、表面不平整、蜂窝麻面、冲蚀、剥蚀破坏等，溢流面末端已形成高差为1 m～2 m的跌坎且存在向上游发展的趋势。

原因分析：根据现场检查情况，初步分析产生原因主要为砼强度较低、骨料级配不合理、浇筑施工振捣不密实、钢筋保护层厚度较小、断面结构设计不合理、浇筑施工质量差、砼耐久性及抗磨性不符合规范要求等。

(3)闸门。本水闸闸门存在的问题主要有：门页及梁系锈蚀严重，门页平均锈蚀厚度达4.7 mm，其中有9扇闸门已出现大面积的穿孔，穿孔面积达到15.5 m2；有2扇翻板闸门门页已脱离支座，被水流冲至下游河床。

原因分析：主要原因为闸门防锈蚀措施不到位、运行时间长、日常管理措施不到位和管理经费不足导致未及时进行设备维护和更新，闸门门页掉落冲走主要原因为门页与旋转结构采用螺栓连接，在螺栓锈蚀破坏后，使得门页无支持点失去平衡而被冲走。

(4)启闭机。水闸共设2台0.5 t手动螺式启闭机，目前引水闸启闭机已不见踪影，泄洪闸启闭机支座已经出现大面积的锈蚀、螺杆存在弯曲变形现象。

(1)跨河渡槽现状

(2)闸后溢流面冲刷现状

图3 闸门及启闭机工程现状

2 水闸除险加固方案

2.1 方案拟定

根据水闸安全鉴定、地质勘查成果及现场勘踏情况，初步拟定了2个除险加固方案[2]，现将各方案具体情况描述如下：

方案一：闸室由钢坝挡水闸和渠首闸段组成。闸室轴线长43.12 m，从左至右依次为1扇32.9 m钢坝和1扇2.0 m渠首平板提升闸门。考虑泥沙淤积因素，设计闸室底板高程比河床高0.3 m，即为2123.60 m。钢坝及平板提升闸门高均为2.0 m。渠首闸上部设启闭机室，平板闸门采用手电两用的螺杆式启闭机启闭。闸室沿水流方向因上部结构布置的需要，设计总宽为11.0 m，需在现有闸室宽度(3.5 m)的基础上向上游扩宽7.5 m。沿水流方向，闸室顶部依次布置有启闭机室、人行桥及跨河灌溉渡槽。

方案二：闸室由水力自控翻板闸门段和灌溉取水闸门段组成。闸室轴线长41.60 m，从左至右依次为6扇×6 m水力自控翻板闸门、1扇×2.0 m灌溉取水平板提升闸门。水力自控翻板闸门段门页部位底板高程为2123.30 m，门后溢流面底板高程为2123.50 m，翻板闸门高2.1 m；灌溉取水闸门段设计底板高程为2123.30 m，闸门高2.5 m。灌溉取水闸门上部设露天启闭机平台，采用手电两用的螺杆式启闭机启闭。闸室沿水流方向因上部结构布置的需要，设计总宽为10.5 m，需在现有闸室宽度(3.5 m)的基础上向上游扩宽7.0 m。沿水流方向，闸室顶部依次布置有人行桥及跨河灌溉渡槽。

2.2 方案比选

(1)结构复杂程度比较

方案一：闸室共设2道闸门和6个闸(桥)墩，闸门规共2种，闸室上部设排架、启闭机室、人行桥及跨河灌溉渡槽等，结构较为复杂，施工干扰因素较多。

方案二：闸室共设7道闸门、3个闸墩和3个桥墩，选用闸门形式和规格共2种，闸室上部设人行桥及跨河灌溉渡槽，结构较为单一，施工干扰因素相对较少。

(2)运行管理比较

方案一：使用的闸门属于现下最为常见和适用性较强的闸门型式，技术较为完善，止水效果好，闸门启闭操作方便，作业人员安全能得到保障，但闸门启闭操作程序较为严格，特别强调对闸门启闭时机的把握，对管理人员操作技能要求较高。

方案二：主要使用翻板闸门，泄洪自动化程度较高，不需安排专门管理人员进行启闭作业，节省人力；翻板钢闸门布置在闸孔口中，检修维护困难，如果闸门及止水橡皮出现问题，必须采取措施放空闸前蓄水方能进行检修，其检修难度较大，检修作业人员操作不便。

(3)泄洪能力比较

方案一：钢坝控制室占据河道行洪断面相对较大，但本方案对行洪期闸门可全开，对上游漂浮物的通过能力更强，使得漂浮物不易在闸前堆积，因此行洪能力较为可靠；钢坝全开时的情况等同于一般堰流，其过流能力计算在相关规范和书籍中有明确的公式和方法，过流能力计算结果较为可靠。

方案二：翻板门在汛期不能完全开启，对较大规模洪水的行洪阻碍比较明显，如遇大量的上游漂浮物、杂草等，则易钩挂在闸门支座和堆积在闸门底部，从而导致闸门不能正常关闭；闸门过流能力的计算在相关规范中并无确切的计算方法，均是通过简化成底部孔流和表部堰流的模型进行计算，计算结果可靠度不高。

通过上述几方面的对比分析，方案一在工程结构、运行管理、行洪能力、技术成熟度和可靠性方面均存在一定优势，故选取方案一作为本水闸除险加固设计的推荐方案。

2.3 推荐方案闸室布置

水闸闸址处河道宽度约41 m，河床平均高程为2123.30 m，闸室上下游河床高差约4.5 m左右，原设计闸室底板高程与河床齐平，为平底宽顶堰(2123.30 m)，本次设计考虑闸前淤积的大粒径推移质会对闸门运行造成不利影响，故将闸室底板提高至2123.60 m。

闸墩上部结构主要包括启闭平台、下游人行桥和跨河灌溉渡槽，闸墩顶部高程为2129.345 m。由于现有的闸室宽度不能满足上述结构布置的需要，加之闸室下游无拓宽余地，故需将闸室向上游延伸拓宽，拓宽后的闸室宽度为11 m。启闭平台高程在考虑闸门底部需超出闸墩顶部不小于0.5 m、闸门高度及闸门竖向吊距等因素后，最终定为2133.045 m，启闭平台为梁板结构，平台立柱断面0.5 m×0.5 m，排架横梁断面为0.5 m×0.8 m，启闭平台布置一台手电两用螺杆式启闭机控制。

3 闸基渗漏及闸肩绕渗处理

3.1 闸基渗漏处理

水闸闸室座落在强风化岩体上，该强风化基岩层位稳定，但由于该岩层倾向河流下游，岩层层理面因风化作用多形成软弱泥化层，加之风化裂隙多与层理面大角度相交，在闸前蓄水情况下，形成层间渗流通道，另外，该岩石强风化层裂隙发育且各节理面相互切割，形成基岩浅部渗漏及闸基与闸室接触带渗漏，闸室下游多处渗水，尤其是闸室与基岩的接触部位，漏水更严重。目前闸室与基岩接触面附近有集中渗漏点，渗水量约0.02 L/s～0.03 L/s；闸基附近也存在集中渗漏点，渗水量约0.01 L/s～0.03 L/s(略具承压性，由此推断为基岩漏水)。随着闸前水位的升高，上述渗漏流量均逐渐增大，汛期与高水位时均有泥沙带出，对闸基防渗不利。本次设计选择帷幕灌浆对闸室岩基进行防渗处理[3]，具体情况及要求简述如下：

结合本工程地质勘查情况，在参考《水闸设计规范》后，确定本工程帷幕灌浆防渗标准为6 Lu。本工程设计帷幕为单排，孔距3.0 m，孔径100 mm，孔底深入弱风化岩层以下1.0 m，帷幕灌浆孔布置在闸室上游端以下1 m处，沿闸室轴线方向呈“一”字形并延伸至左、右岸一定长度，以满足两岸绕闸渗漏的防渗要求。经统计，本次设计共布置灌浆孔19个，其中闸室段13个，两岸闸肩各3个。

3.2 闸肩绕渗处理

闸肩两岸从上至下依次分布人工填土层、粉质粘土层、强风化砂岩层和弱风化砂岩层，人工填土层及强风化砂岩层渗透系数较大，存在坝肩渗漏现象。闸肩基岩面以下渗漏采用帷幕灌浆进行处理，左右岸各布置帷幕灌浆孔3个，具体要求同闸基渗漏处理。对于闸肩岩基面以上的渗漏，本次设计采用砼刺墙+粘土置换的方案进行处理，刺墙采用C20混凝土，厚0.5 m，长2.0 m，墙顶高程与平板提升闸门挡水时的顶高齐平。刺墙与闸室边墩之间留缝20 mm，采用橡胶止水带竖向止水，四周及顶部采用粘土回填夯实。

4 结论及建议

水闸枢纽于1997年建成投入运行以来，因受当时设计施工技术，资金投入等方面的原因，水闸运行中存在着土石结构(上下游翼墙等)、砼结构(闸墩、闸室底板等)均受到不同程度的损坏，闸门变形损坏，启闭机丢失等问题，水闸带病运行。为消除水闸安全隐患，2018年对水闸进行了除险加固，加固后水闸运行良好，后期应重视专业技术人员的培养，定期对水闸上下游、闸室、闸门以及启闭设备等进行检查、养护和维修，确保水闸正常安全的运行。