梁健伟 中山市堤围管理中心

1.东河水利枢纽工程管理所基本情况

东河水利枢纽工程管理所包括东河水闸、东河船闸和东河泵站，是一个以防洪、防潮、排涝、灌溉、航运、冲污等功能为主的大（2）型，主要建筑物级别为1级综合水利枢纽工程，是中顺大围防洪排涝体系重要的组成部分。中顺大围东河水利枢纽工程位于中顺大围下游岐江河出口，下连横门水道，距珠江口约14km，上接中顺大围岐江河、浅水湖等主要排涝河道，又是沟通中顺大围与外江联系的航运咽喉，是中顺大围最大的一宗水利枢纽工程，设计保护范围709km（包括中山城区），捍卫耕地51万亩，人口70余万及超过1000亿元固定资产。

2000年7月1日东河水利枢纽主体工程正式投入试运行，根据《水闸安全鉴定管理办法》，投入运行十五年的大型水利枢纽须进行全面安全鉴定。根据委托广东省水利水电科学研究院对东河水利枢纽进行安全鉴定，发现水闸前后护坦空箱预制件散乱沉陷，消能防冲设施被冲散，河床中普遍出现“沙跑石漏”现象，水闸基础存在渗流不稳定的安全隐患，需尽早对水闸闸基进行防渗处理，并对水闸上下游局部冲刷严重位置采用抛石处理的建议；鉴此，2019年1月，东河水利枢纽水闸防渗加固工程被列入2019年度中山市人大一号议案，须当年上马建设的水利项目。

2.东河水利枢纽水闸渗漏的原因分析和结论

2.1 水闸安全检测分析

本工程水闸具体检测内容主要有闸室有无发生异常沉降、倾斜、滑移等现象，闸后有无发生冲刷、淘刷等情况。

2.1.1 混凝土强度检测—钻芯法

检测结果现状混凝土强度满足设计强度，工程运行安全。（见表1）

表1 钻芯法统计结果表

2.1.2 混凝土强度检测—回弹法

经回弹法检测分析可知水闸检测强度满足设计工况。（见表2）

表2 回弹法统计结果表

2.1.3 水下多波束测深仪检测分析

通过采用多波束测深仪探测结构表明，水闸内外江的沉箱均已散乱沉陷，部分已被淤泥覆盖。均出现了淤泥深厚的河床中普遍出现的“沙跑石沉”的现象，严重影响了基础的抗冲能力。

多波束测深仪检测图像见图1。

图1 水闸上下游空箱护坦及闸室扫描图

2.1.4 水下潜摸检测分析

1#-10#水闸闸室底板与预埋件存在高低差，参差不齐，闸室底板发现预制在底板上钢管，钢管高处底板18 厘米左右，部分水闸与预埋件的缝隙被砂浆覆盖，3#水闸外江方向底板与预埋件的缝隙中发现有 2 处凹坑，长60 厘米，宽 22 厘米，深度 60 厘米，凹坑底部为粘泥、沙，其他位置未发现异常情况；内江方向预埋件摆放比较杂乱，底部有淤泥，沙袋及水泥袋等垃圾。

2.2 现状调查和地质勘察报告分析

水闸闸墩为钢筋混凝土结构，基础为钻孔灌注桩，工程运行16年，外观整体良好，未有明显的沉降，闸墩表面混凝土有轻微的老化碳化现象；水闸右岸墩台存在开裂和不均匀沉降现象；2#孔、4#孔交通桥下到外江侧工作桥的楼梯存在轻微的混凝土锈胀开裂露筋现象；9#孔和10#孔外侧廊道外墙存在露筋现象；水闸前后护坦采用水下吊装空箱式预制件，水闸内外江的部分沉箱已散乱沉陷。

各点比降计算彩云图见图2。

图2 各点比降计算彩云图

2.3 水闸检测情况总结

根据现场调查，当水闸内外侧水位差较大时，水闸内河侧常出现渗流异常现象，推测原水闸防渗钢板桩已经失效；根据本工程安全评价地质勘察报告，东河水闸闸基为淤泥质土，属软弱土层，在地震作用下可能发生震陷，影响水闸安全；

根据本工程安全评价现场调查，水闸上、下游的混凝土框格抛石护坦经过多年运行已发生不均匀沉陷冲散现象，严重影响其消能防冲功能；为保证东河水利枢纽水闸能继续安全运行，根据本工程安全评价的结论和建议，急需对水闸闸基进行防渗加固，对护坦进行加固处理。

图3 施工作业平台图

根据以上论述，东河水闸枢纽工程管理所水闸部分存在较大安全隐患，需对水闸部分进行防渗加固处理。

3.防渗处理方案

3.1 钢板桩防渗墙施工方法

3.1.1 钢板桩防渗墙施工技术要求

水闸闸底板内河侧和外河侧分别新建钢板桩防渗墙。钢板桩防渗墙施工采用分段施工的方式，施工分段内关闭水闸闸门，原则上每段的跨数不超过2跨，尽量减小分段内的水流速度。采用水上和水下配合作业施工，先用水上液压破碎机配合液压挖掘机清理出防渗墙帽梁槽位，基槽内采用泥浆护壁，要求基槽底部不得有大于0.15m的块石，控制基槽底部超挖不大于0.3m。为不影响基槽内钢板桩施工可利用水下液压切割机对基槽边原混凝土空箱的钢筋进行切割。防渗墙基槽开挖完成后需要潜水员对水闸底板端部混凝土面粘结物进行清理，保证底板端部混凝土面平顺光滑。防渗墙基槽完成后应分单元进行水下基槽验收。验收合格后再利用水上打桩机进行钢板桩施打，先施打支撑钢板桩，严格控制支撑钢板桩的定位和垂直度，如在施工过程中发现钢板桩无法到底，应先对地质情况进行分析，如钢板桩下端部已经进入持力层，则停锤。如果下部存在孤石阻挡，则先拔出钢板桩，利用钻机钻除孤石再重新施打，保证支撑钢板桩伸入地基持力层一定深度，再两侧对称按顺序逐排施打相邻钢板桩，对支撑钢板桩之间的钢板桩应控制桩顶高程为设计桩顶高程。所有钢板桩施打完成后再统一对支撑钢板桩进行水下切割。所有钢板桩的材料及规格必须满足国家标准，钢板桩统一采用12m长的规格，支撑钢板桩的接桩应满足有关规范要求。钢板桩施工完成后，应尽快分单元进行桩顶水下验收，验收合格后尽快进行水下混凝土帽梁的浇筑，浇筑混凝土应有潜水员配合作业，混凝土浇筑前可利用高压水枪对钢板桩头和闸底板端部表面进行冲洗，保证与混凝土的粘结，水下混凝土施工时水流流速宜小于1.0m/s。混凝土帽梁浇筑完成后应分单元进行帽梁验收，主要保证混凝土帽梁的设计高程和平整度，砼浇筑完成14天后，方可开闸放水。钢板桩防渗采用物理方法连接，防渗效果好，施工技术成熟，水上施工便利，效率高，对地基土层要求不高。虽然12m长钢板桩没有穿透淤泥层，但是本次加固主要是对防渗进行加固，淤泥层为弱透水层，12m钢板桩极大的增加了水闸渗径，同时渗透坡降也降低很多，能满足设计要求。

3.1.2 施工作业平面布置

施工前搭设2个浮式施工作业平台：7m×20m的防渗墙施工水上工作平台和3m×3m的闸基灌浆施工水上工作平台。平台上设置材料堆放区、设备摆放区，潜水着装区、水面监控区、休息区等。在具体布置中根据工程特点及现场实际条件，合理布局。

本工程按2孔一段分段施工，所有分段施工期在水闸上、下游均设置1m净宽的施工便桥，施工便桥采用工字钢梁焊接桥，主要施工人员通行交通。另外配备橡皮艇2艘，作为水上交通工具，运输物资及人员。

3.2 膜袋混凝土护坦施工方法

3.2.1 膜袋制作

本工程下游护坦段每个模袋平面尺寸为8m＊24m，设置24个砼充灌孔；上游护坦段每个模袋平面尺寸为8m＊21.5m，设置22个砼充灌孔.膜袋缝制加工应考虑不小于纵向3%、横向8%的充灌缩率。膜袋中充填C30细石混凝土。

图4 施工人员通行便桥

膜袋示意图见图5。

图5 膜袋示意图

3.2.2 膜袋铺设固定

（1）膜袋固定桩设置及膜袋上端模板安装。

膜袋上端是钢板桩防渗墙帽梁的基槽，为使膜袋砼施工不影响桩防渗墙帽梁砼的断面尺寸，防渗钢板桩施工完成后，沿模袋上端轴线方向在距旧闸底边1000mm处每2米施打一条12长的钢板，钢板桩插入基槽底5-6m，桩顶露出水面1-2m，作为膜袋上端固定桩和膜袋砼模板安装的支撑桩。膜袋尾端500mm处沿轴线方向每2米施打一条12长的钢板，钢板桩插入基槽底5-6m，桩顶露出水面1-2m，作为膜袋尾端固定桩。

膜袋上端模板安装：为使膜袋砼施工不影响钢板桩防渗墙帽梁砼的断面尺寸，制作长3000×高1000mm定型钢模板，由吊机配合潜水员固定在膜袋上端固定膜袋的钢板桩外侧，以固定膜袋的钢板桩作模板支撑，膜袋砼充填完工后使膜袋上端轴线刚好是钢板桩防渗墙帽梁砼外边线。膜袋砼达初凝后拔出钢板桩，吊机配合潜水员拆除定型钢模板。膜袋尾端不设置模板安装。

（2）膜袋铺设固定。膜袋进场后按施工顺序、方位预先分布于现场水闸交通桥上，检查在运输、搬运是否造成的破损，如有应立即修补。膜袋检查认定合格后，膜袋上端、下端对应固定桩位置设置固定膜袋的拉绳，然后在水闸交通桥上圈成一个圆柱体，岸上施工人员站在船上或水上浮桥上配合潜水员沿岸线施工方向铺设土工膜袋，展开时灌口朝上。膜袋上端沉入已安装好的模板底部，拉绳穿过已固定的钢模板底与钢板桩固定。

膜袋上端定位后，找出膜袋下端，用船由施工人员将膜袋拉开至尾端指定界点并平直定位，由潜水员水下固定在钢板桩上。完成后将膜袋慢慢沉到河底，为加速膜袋沉入河底，在膜袋上可适当放入小砂袋，砂袋上用绳固定一个水浮物，以便水上清除。膜袋铺设时由潜水员进行配合、检查。

相邻膜袋搭接时使用搭接布搭接并预留5cm左右的膜袋作为收缩余重。膜袋与膜袋处搭接采用正反搭接，先施工的在下，后施工的在上。施工过程全程定位，保证搭接质量。膜袋铺设完成后派潜水员进行自检，主要检查膜袋安装位置，膜袋有无漏缝、脱线、破漏，相邻膜袋搭接是否满足设计要求。模袋混凝土整体性较好，耐久性强，施工效率高，地形适应能力强，特别是原空箱护坦，底部膜袋可以伸入空箱空隙中，增强了稳定性。外河侧的膜袋混凝土既防冲还防渗。

图6 外江侧膜袋混凝土护坦

图7 内河侧膜袋混凝土护坦

3.3 闸基灌浆加固方法

水闸地基为软弱的淤泥土，而水闸基础处理采用进入基岩的混凝土灌注桩，地基沉降时，水闸底板不会沉降，则闸底板下部容易造成脱空。根据调查了解，水闸挡水时出现的渗流异常也说明了这一点。水闸地基灌浆处理后，问题消除，但经过一段时间运行后又会出现，所以水闸底板灌浆是长期的加固措施。

此次采用钢板桩防渗墙对水闸防渗处理后再进行底板灌浆，填充底板以下空隙，增强底板以下土层的密实度。

为尽量保证闸底板的完整性，本次闸基充填灌浆布孔利用原有底板灌浆孔，水闸共10孔，闸室净宽15m，闸室长度20m，每个闸孔垂直水流方向共布置5排，每个闸孔共布置29个灌浆孔。

灌浆施工采用船上灌浆，孔位定位需要潜水员配合作业。结合水闸运行特点，为便于以后再次灌浆，本次灌浆材料采用粘土浆，建议粘土的塑性指数为10～25,粘粒含量为20%～45%，粉粒含量为40%～70%，砂粒含量小于10%。浆液水灰比大致控制在0.5～1.5：1之间，开灌时采用浓浆，以后慢慢调为稀浆。本次灌浆压力控制不大于0.1MPa，开始灌浆时按0.05MPa左右控制，如难以进浆，可适当加大压力。灌浆必须按分序加密的原则进行，同一排孔分两序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。灌浆时先采用无压自重灌浆，然后再有压复灌，压力大小根据现场试验确定，以不破坏水闸底板为准。灌浆结束后，清理混凝土底板钻孔，采用环氧树脂混凝土进行水下封孔。

4.防渗加固工程建设难点

水下施工。建设项目基本都是在5-6米深水下施工，施工隐蔽性较强，不确定因素较多，不能很好地观察到施工情况，一旦发生施工事故或质量缺隐很难处理，增加了施工风险和技术难度。

跨汛期施工。项目建设须跨越一整个汛期，施工对水闸原有防洪体系有一定的破坏，增加水闸工程度汛保安全的压力。

施工安全要求高。施工期间需投入大量各种机械设备和潜水蛙人，如何有序配合，确保施工安全十分重要。

为了确保施工质量与安全要求，结合工程特点和难点，建设质量控制点，采取预控措施，重视工程质量的事前控制，并严格质量检查，防患于未然，把质量事故消除在萌芽状态；克服施工技术要求高、水下施工困难大，全力督战，迎难而上，自我加压，争先创优，加强施工细节管理，严格施工标准，注重工程质量监督。

5.结束语

为了降低水闸工程的安全隐患率，进行水闸漏水原因的分析及方案的制定是必要的，进行先进设计及施工技术的使用，优化水闸工程管理方案，提升水闸工程的整体安全性。