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天津市潮白新河寧車沽防潮閘除險加固工程設計論文
摘要：
寧車沽防潮閘位于潮白新河與永定新河交匯處，主要功能為擋潮、蓄淡、泄洪、排澇、供兩岸工農業用水，對確保海河流域北系的防洪安全具有重要作用。經30多年在海水及鹽霧環境下運用和受唐山地震的破壞影響，存在諸多安全隱患，急需除險加固。本文從諸多方面總結了防潮閘的加固設計經驗，供其它類似工程參考
關鍵詞：除險加固；防潮閘；寧車沽；潮白新河
寧車沽防潮閘位于天津市塘沽區寧車沽村西，潮白新河入永定新河處，1971年7月建成。該閘的主要功能為泄洪、排澇、擋潮、蓄淡、供兩岸工農業用水，對確保海河流域北系的防洪安全具有重要作用。
防潮閘由于長期在海洋及鹽霧環境下運行，加之1976年唐山地震的破壞，防潮閘存在諸多安全隱患。盡管1986年為了解決閘底板脫空和閘基滲透穩定問題在閘室中部進行了高壓定噴和靜壓灌漿處理，對上部結構也進行了局部加固。1997年汛前對原高壓定噴孔和靜壓灌漿孔鉆開復灌，對工作橋獨立柱做了加固處理。但以上工程措施并未從根本上解決該閘存在的主要問題。
為確切掌握防潮閘工程質量現狀和摸清存在問題，以便為加固工程設計提供基礎資料和依據，1997年對該閘做了全面的質量檢測，2000年12月天津市水利局組織專家組對該閘進行了安全鑒定，評定為三類閘，根據《水閘安全鑒定規定》SL214——98中的有關規定，并根據天津市水利局要求，按原有規模進行除險加固。
1、工程概況及存在的主要問題。
（1）工程概況。
寧車沽防潮閘設計流量2100m3/s，相應閘上、閘下水位為2.84m（1956黃海高程系統，下同）和2.67m；校核流量3000m3/s，相應閘上、閘下水位3.88m和3.60m。全閘共22孔，其中中部20孔過流，兩端邊孔以混凝土墻封堵。中孔底板高程為-5.50m，內邊孔和外邊孔呈階梯式抬高，底板高程分別為-4.50m和-1.70m。每孔凈寬8.00m，中墩厚1.10m，閘室總寬為199.10m，閘室長16.00m。采用分離式底板，灌注樁基礎，墩底板厚1.40m，跨中小底板厚0.70m。每個墩底板下布置有6根D850mm灌注樁，樁長為21m和23m不等。
①閘室上游側設有交通橋，橋面高程5.60m，橋面寬4.80m，設計荷載為汽-10。
②工作閘門設在閘室偏下游側，為升臥式鋼閘門，靠上游側為疊梁式檢修鋼閘門。
③閘室上部設有工作橋，橋面高程8.50m，橋面寬6.00m，由4根T型梁組成，并由墩墻和獨立柱支撐。
④工作橋上設有12臺2×25t和8臺2×16t固定卷揚啟閉機以及1臺2×16t活動臺車，前者供主閘門啟閉，后者供檢修門啟閉。
⑤防潮閘上游設15.00m長鋼筋混凝土阻滑板、10.00m長漿砌石框格海漫、15.00m長的1：10斜坡式漿砌、干砌石海漫、6.00m長干砌石水平護底，總護底長46.00m。
⑥下游設有16.00m長消力池，其尾坎高1.00m，其后為10.50m長漿砌石框格水平海漫、24.50m長1：10坡降漿砌、干砌石海漫、10m長拋石防沖槽，總計61.00m。防潮閘順河自上而下工程總長123.00m。
（2）存在的主要問題。
①閘底板脫空嚴重。
由于受唐山地震震陷和區域地面沉降的影響，閘室底板、上游防滲板和下游消力池底板普遍存在脫空現象，致使防潮閘地基存在滲流不穩定的嚴重問題。雖經1986年高壓定噴和靜壓灌漿及1997年的復灌處理，但限于在閘室中部兩門槽之間及其附近的局部范圍內進行，并未全部解決閘室底板的脫空問題，地基滲流不穩定依然是防潮閘安全運用的一大隱患。
②防潮閘抗滑穩定不滿足要求。
原設計每根灌注樁承擔水平力300kN，校核情況每根承擔440kN。根據現行規范對寧車沽防潮閘灌注樁的水平允許承載力的核算表明其值不超過200kN。依次計算閘室本身抗滑穩定安全系數遠未達到現行規范規定的1.0的基本要求。另外，起阻滑板作用的上游防滲板和下游消力池底板存在脫空問題，因此其阻滑作用已大大降低。
③上部結構工作橋和交通橋大梁混凝土剝落、露筋、鋼筋銹蝕。
經檢測，工作橋平均碳化深度33mm，大于鋼筋保護層，交通橋36%的測點碳化深度接近保護層厚度。兩橋大梁混凝土氯離子含量嚴重超標，裂縫發育，工作橋尤甚，可見裂縫多為貫穿縫，并存在隱性裂縫及芯樣破碎情況。
由于泥沙淤積等因素的作用，啟閉機經常超載運行，工作橋長期處于超負荷運行狀態，啟閉閘門時經常發生顫動。交通橋設計標準偏低，為汽-10（舊標準），橋面總寬僅4.8m，難以滿足現今交通要求。
④啟閉設備陳舊老化，齒輪磨損嚴重，運用時普遍存在掉鐵沫現象，且因泥沙嚴重淤積問題未能解決，造成啟閉機超載運行。
⑤鋼閘門和閘門槽長期在海水環境下運行，銹蝕嚴重，閘門結構的整體腐蝕率達38~100%，超過水利水電工程金屬結構的報廢標準。
⑥電氣二次控制設備陳舊，不能適應現代化的運行管理要求，急待更新和完善。
⑦由于閘室及上、下游河道嚴重淤積，行洪能力大大降低，遠達不到設計標準。
2、工程加固設計。
本閘除險加固采用的主要方案是將原有閘墩上游圓弧以前部位及上部交通橋、工作橋和獨立柱予以拆除，將閘底板向上游接長8m，閘墩也相應加長，在每個接長的墩底板下增加8根灌注樁，閘室重新布置。工作閘門采用升臥門型，以適應8度地震不宜做高機架橋的運用條件。
（1）基礎處理。
基礎處理包括：灌注樁、塑性混凝土防滲墻、底板接觸灌漿、消力池底板化學灌漿。
為了解決閘室穩定問題，將閘底板向上游接長8m，墩底板下增加8根灌注樁，樁徑0.85m，梅花排列，樁長15m，新老底板采用剛性連接，使新老樁形成整體共同承擔水平荷載和垂直荷載。根據該閘安全鑒定結論，閘基處于滲流不穩定狀態，為此，在防滲板、消力池及閘底板下采取接觸灌漿，在閘底板上游設防滲墻。接觸灌漿孔孔距3m，排距2m，梅花排列；塑性混凝土防滲墻厚30cm，深5m。
工程于2002年8月開工，基坑清淤后，發現消力池底板及護坡上有裂縫，最大縫寬3~5mm，為保證閘基的滲透穩定，選用水溶性聚氨脂材料對裂縫進行化學灌漿措施。
（2）閘室加固。
新接長的閘底板堰頂高程恢復到原設計高程－5.5m，墩厚1.1m，閘孔凈寬8m。新的工作閘門槽于原閘墩頭部附近設置。為便于主閘門檢修，工作閘門前增設上游檢修閘門槽，原閘的上游檢修閘門槽作為改建后的下游檢修閘門槽，并于原工作橋位置增設檢修橋。閘墩上部工作橋由兩根T型梁組成，橋面高程10.4m，1橋面總寬5.0m。橋上設輕型啟閉機房。交通橋布置于上游側，橋面凈寬7.0m，橋面高程5.6m，按汽-20，掛-100荷載標準設計。
（3）下游消能防沖加固及閘室上游護坡翻修。
基坑清淤后，發現下游海漫及防沖槽未按原設計圖紙施工，為了保護閘下河床免于水流淘刷，海漫及防沖槽均需按按原設計恢復，消力池底板除化學灌漿外，新鋪30cm混凝土，并布插筋和面層鋼筋。
閘室上游護坡受地震影響、河道沖刷和凍融作用，造成漿砌石勾縫脫落、塊石錯動、崩坍，致使護坡大面積破壞，拆除后重新修復。
（5）混凝土防碳化及防腐處理。
考慮到該閘長期受到海水、鹽霧中氯離子的侵蝕，對老閘墩和老底板表面鑿毛（鑿深3cm）處理后，抹TK聚合物砂漿進行防腐蝕保護。對新澆混凝土包括閘墩、底板、工作橋板梁、檢修橋、交通橋空心板、排架等外露表面噴涂ST-9608防腐涂料進行防碳化保護。
（5）金屬結構設計。
將原工作門、檢修門、臺車及軌道、啟閉機、抓梁等設備拆除，對上述設備全部更新，新的中孔工作門16扇8.0x9.1-5.1m，內邊孔工作門2扇8.0x8.1-5.1m，外邊孔工作門2扇8.0x5.3-5.0m，由于閘門要求雙向擋水，采用雙P型橡皮水封，啟閉設備為2x400kN固定卷揚啟閉機。上游疊梁檢修門1套8x6.75-6.5m，下游疊梁檢修門1套8x9.0-8.8m，啟閉設備為2x100kN電動葫蘆。
（6）電氣設備改造。
①電氣一次。
該閘設兩回10kV供電電源，一回引自左岸靠近變配電樓東側的284#線路，另一回引自右岸靠近閘控制樓西側的317#線路。2回10kV架空線路下桿后，經10kV高壓電纜進入對應的10kV高壓開關柜內，經2臺容量為250kVA的油浸式電力變壓器降壓至0.4kV，而后通過400V低壓配電柜、動力箱、控制柜、照明箱等為閘區及管理所的各用電負荷供電。
②電氣二次。
該閘的監控系統采用集中控制與現地控制相結合的方式，由計算機集中控制設備、閘門現地控制單元和計算機通信網絡構成。計算機集中控制設備采用工控機，閘門的集中控制在工控機上操作。分散的現地控制柜設在每孔過流閘門啟閉機的機旁，控制模塊采用可編程序控制器（PLC）。
該閘設水力測量系統和閘門測量系統。水位測量分別設在閘兩側，采用水位傳感器，水位顯示儀設在集中控制室，可通過對水位、閘門開度的測量及水力計算，實現每孔閘門過水流量的實時顯示。閘門測量系統包括每孔閘的開度測量、荷重測量和電氣測量等。
（7）管護設施建設。
在閘管所院內新建800m2管理用房，為二層磚混結構。對閘區環境進行治理，包括植樹、種草、整修圍墻、修筑進出管護區道路、鋪護地面、設置建筑小品等。。
（8）河道清淤。
為了增加防潮閘的泄流能力，對閘上1200m和閘下200m河段進行清淤，其中閘上200m和閘下采用全斷面清淤，閘上200m以上采用窄深式深槽進行清淤，清淤總計80萬m3。
3、新材料、新技術應用。
（1）TK錨固劑在新老混凝土連接上的應用。
新老閘墩的立面接縫正處于下游檢修閘門槽位置，是閘墩結構強度比較薄弱的部位，容易產生豎向裂縫，其中插筋的錨固質量是一個關鍵因素。為保證插筋的錨固強度，除滿足錨固長度外，在插筋孔中需填充錨固材料，以增加插筋與混凝土之間的粘接強度。錨固劑采用TK錨固劑，施工迅速，質量可靠，經現場拉拔試驗檢測，20鋼筋拉拔力達106.9kN時仍完好，滿足設計要求。
（2）鋼筋直螺紋套管連接技術應用。
通常鋼筋接長采用焊接或綁扎，需手工操作，高空作業更為困難，其質量不宜保證，設計推薦采用直螺紋套管連接技術，消除了人為因素的影響，施工速度快，質量有保證，經檢測鋼筋接頭完全滿足設計要求。
4、結語。
寧車沽防潮閘加固設計是在現場安全檢測、復核計算、安全鑒定等大量工作的基礎上進行的，既要恢復原閘規模和功能，又要滿足安全運用，但由于受到資金和工期的影響，僅對原閘破壞嚴重已不能滿足安全使用的部分結構進行了拆除，保留了原灌注樁基礎等質量好且滿足要求的結構，使除險加固設計既經濟合理又安全可靠。
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