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【摘 要】 通过对世界银行贷款项目和塔河综合治理项目中阿克苏市灌区内水工建筑物尤其是水闸在投入使用后出现的问题和各水管单位提出的检修要求,作者对水闸的各类破坏形式的成因及产生的部位作出了详细的分析,并提出了修复方法。
【关键词】 水闸;破坏;修复方法
【中图分类号】 TV663 【文献标识码】 C【文章编号】 1727-5123(2009)02-048-02
On damage repair and reinforcement of water lock in operation
【Abstract】 Through World Bank loan projects and the comprehensive management of the project Tahe Aksu city irrigation area within the gates of hydraulic structures in particular, is put into use in the problems and the maintenance of water mains unit requirements, the authors of the various types of locks forms of the causes of the destruction and production of the parts to make a detailed analysis and proposed methods of repair.
【Key words】 Gates; Damage; Repair method
1 引言
目前,水利工程在修建完工后一般都移交给水管单位,工程使用运行后,水管单位对水工建筑物尤其是水闸出现的问题提出了修复要求。为不影响农业灌溉,又避免工程带病运行,分析建筑物的具体破坏原因并拿出相应的修复方案就成了较为迫切的问题了,以下就运行实际中水闸的破坏原因作一些阐述和修复方案的探讨。
2 水闸的破坏类型及成因
根据对阿克苏市灌区内水工建筑物损坏情况的调查,水闸破坏的表现主要为:裂缝破坏和渗漏破坏。
2.1 裂缝破坏。裂缝大致分为三大类:由温度变化引起的温度裂缝;由地基不均匀沉降引起的沉降裂缝;由超载运行引起的过载裂缝。现分述如下:
2.1.1 温度裂缝。产生的部位有:工作桥、人行桥、胸墙、护坦、底板及闸墩与底板接触处。工作桥和人行桥开裂是由于它们一般搁置在闸墩上,而闸墩的断面尺寸和刚度远大于桥面,在外界产生温降时,闸墩约束桥面自由收缩而引起桥面开裂;胸墙和底板开裂是由于它们一般与闸墩固接,其断面尺寸和刚度比闸墩小很多,同样在外界产生温降时引起开裂;在基岩上的闸墩常产生温度裂缝,是由于基岩的收缩率远小于砼的收缩率,在外界产生温降时,基岩约束闸墩自由收缩使其开裂,这种裂缝一般在闸墩的下半部,闸墩越单薄,裂缝的数量就越多而且裂缝越宽。
2.1.2 沉降裂缝。多发生在上下游翼墙、工作桥、人行桥、胸墙、护坦、底板及闸墩处。沉降裂缝一方面是由于局部渗透比降和渗流流速过大掏空地基或浸润线位置过高浸溶地基;另一方面是由于发生局部土质在水的浸泡下承载力降低,在外荷作用下产生不均匀沉降。而水闸闸室是一个整体结构,为适应地基的不均匀沉降而变形(受拉变形)时开裂。裂缝一般先在底板产生,然后由下部逐渐向上部发展。裂缝一般发生在荷载突变和应力集中处。
2.1.3 超载裂缝。常发生在闸底板、闸墩、工作桥桥面及闸门槽处。底板上开裂是因外荷过大引起地基反力过大,在底板内产生的弯矩值超过原设计值,导致底板开裂;门槽处的裂缝是由于受到过大的水平压力作用,门槽劲口处断面抗拉强度不够而开裂;工作桥桥面开裂是由于过大的启闭力造成的;闸墩上的裂缝是由于局部过大的外荷作用造成的。
2.2 渗漏破坏。由渗漏引起的渗透变形也是水闸破坏症状之一。渗漏的途径一方面是通过闸室本身构造和闸基向下游渗漏,另一方面是通过闸室与两岸连接处的绕流渗漏。
渗漏分为正常渗漏和异常渗漏两种:不会引起土体渗透变形(流土或管涌)的称为正常渗漏,反之称为异常渗漏。在水闸的运行过程中允许产生正常渗漏。而异常渗漏会产生管涌和流土,掏空闸基或两岸连接处,威胁到闸室的安全。
水闸在运行过程中发生异常渗漏的原因是很复杂的。如勘察工作深度不够、基础本身存在着严重隐患;水闸设计考虑不周、运行管理不当、长期超负荷运行及地震影响等方面而产生裂缝、止水撕裂、上游防渗体(如防渗铺盖、两岸防渗齿墙)遭受冲刷和出现裂缝;下游排水设施失效等。
异常渗漏产生的破坏性是很大的。首先是增大闸底板的扬压力,减小闸室的有效重量,对闸室的稳定不利;其次是缩短了渗径,增加逸出坡降和流速,诱发渗透变形和集中冲刷。由勘测调查统计资料可知:闸底板下的地基和护坦下的地基被淘空引起沉陷的较多,更为严重的是造成闸室的倾斜和护坦的坍塌破坏。
3 裂缝的修复方法
3.1 水泥砂浆涂抹。对裂缝数量较多、分布较广且有微量渗水的细微裂缝,可在裂缝的表面用1:1~2的水泥砂浆涂抹。技术要求:先将裂缝附近的砼表面凿出深1.0cm、宽10cm左右的毛面,用清水冲刷干净后洒水保持一定湿度;然后用水泥砂浆抹一层底浆(厚约0.3~1.0cm),再用水泥砂浆分几次抹完(注意在操作过程中,砼表面不能流水;一次涂抹水泥砂浆不宜太厚,以避免砂浆干缩脱落等);水泥砂浆中的砂不能太粗,水泥标号不宜低于325号;最后要用铁抹压实。适用情况:水闸中的底板、胸墙、闸墩下部的裂缝,上游防渗铺盖及下游护坦。
3.2 防水快凝砂浆涂抹。在水泥砂浆内加入防水剂,以提高防水性能和形成速凝。技术要求:除与水泥砂浆涂抹相同外,在涂抹时应分几次完成,且要求一次灰浆、一次砂浆,涂抹至与原表面齐平,并用铁抹压实抹光。适用部位:上游防渗铺盖、底板、胸墙。
防水快凝砂浆的配合比见表1:
3.3 表面粘补法。粘补就是用胶粘剂把橡皮或其它材料粘贴在裂缝部位的砼上,可以达到封闭裂缝和防止渗漏的目的。目前常用环氧材料胶粘剂粘贴橡皮的夹板条法和划缝法两种。
3.3.1 夹板条法。沿缝凿槽(深2cm、宽5cm),吹洗干净,保持槽内干燥。先在槽内涂抹一次环氧基液,然后用水泥砂浆(膨胀水泥砂浆)抹平,待表面凝固后,洒水养护3天。橡皮表面处理:橡皮厚度以3～5mm为宜,宽度与砼凿毛面等宽,
若橡皮长度不够,可采用胶水粘接。粘补办法:在铺填的膨胀水泥表面上刷一层环氧基液,再沿缝向放一根木板条(板的宽和高以5mm为宜,长度与裂缝一致),并按板条高度涂抹一层环氧砂浆,然后将粘贴面涂有一层环氧基液的橡皮从裂缝的一端开始铺贴在刚涂抹好的环氧砂浆上,铺贴时要用力均匀压紧,直至砂浆从橡皮边缘挤出来为止,最后需支撑加压,防止橡皮滑动或脱落。为了防止橡皮老化,还可在橡皮表面涂抹一层环氧基液,再涂抹一层环氧砂浆。
3.3.2 划缝法。划缝法的粘补工艺及表面处理与夹板条法基本相同,不同的是取消水泥砂浆层,并在环氧砂浆中间顺裂缝方向划缝,在缝内嵌入石棉线,以代替木板条。划缝宽度视裂缝开度而定,一般为2～3mm。
3.4 凿槽嵌补法。是沿裂缝凿一条深槽,槽内嵌补各种防水材料,以防止渗水,主要用于修复对结构强度没有影响的裂缝。在水闸系统中用于如上游防渗铺盖的裂缝、胸墙与闸墩上的裂缝及下游护坦上的裂缝。
填补材料:有水泥砂浆(用于槽内潮湿但没有水的情况)、环氧材料(干燥处用普通或沥青环氧砂浆,潮湿处用环氧焦油砂浆)、沥青材料(有沥青油膏、沥青砂浆、沥青麻丝)。
3.5 喷浆修补法。是在裂缝部位已做过凿毛处理的砼表面,喷射一层密布而强度高的水泥砂浆保护层,达到封闭裂缝、防渗漏或提高砼表面抗冲能力的目的。根据裂缝的部位、性质和修补要求及条件,可以分别采用无筋素喷浆和挂网喷浆两种修复方法。
挂网喷浆:当裂缝部位有渗水或渗漏,且构件在裂缝处不足时,一般采用有筋(挂网)喷浆。挂网喷浆就是在裂缝处已做过凿毛处理的砼表面挂上钢筋网,网可用钢筋铆入砼内,在网上再用高强度水泥砂浆喷射。钢筋网:钢筋直径4～6mm,网格可选用100×100mm或150×150mm;钢丝网:直径2～3mm,网格尺寸50～60×50～60mm;铆筋:直径10～16mm;喷层厚度:仰喷20～30mm,侧喷30～40mm,俯喷50～60mm。闸底板和闸墩上的裂缝以及工作桥、护坦上的裂缝均可采用挂网喷浆修复。
3.6 内部裂缝的处理。内部裂缝的处理常用钻孔灌浆,对一些浅缝和仅需防渗堵漏、不需要提高构件整体强度的裂缝,则可采用骑缝灌浆处理。对于开度大于0.3mm的裂缝,灌浆材料可采用水泥;对于开度小于0.3mm的裂缝和渗透流较大(25)或受温度影响较明显的裂缝,宜用化学灌浆。
4 渗漏的修复方法
当渗水由清变浑或明显看到水中含有土颗粒者,属于异常渗漏;当渗漏剧增或渗水突然变浑,则是基础发生渗透破坏的征兆。
4.1 沉陷缝止水断裂的修复。砼铺盖与底板之间的沉陷缝止水破坏,会造成渗径缩短、底板的扬压力增大、溢出比降和流速增大,必须修复。修复的措施主要是化学灌浆和重新补做止水设施两种做法。
4.1.1 化学灌浆。可根据渗漏情况进行全缝灌浆或局部灌浆,钻孔可以骑缝也可以从缝两侧钻斜孔。灌浆材料可采用聚氨酯、聚酯树脂或丙凝等具有一定弹性的化学材料。
4.1.2 补做止水。具体方法为:在沉降缝临水面进行凿槽,并将槽内清洗干净,然后将沥青石棉绳或SR止水材料等嵌入缝内,使表面基本平整,最后将厚度不小于0.5mm的紫铜片(或镀锌片)覆盖在缝的表面,并用角钢、膨胀螺钉沿缝的两侧固定。注意在紫铜片(或镀锌片)的两侧应涂上一层环氧基液。
4.2 下游排水的修复。下游护坦底部的排水设施(反滤层)由于运行时间过长而堵塞,对闸室的安全不利,必须修复。具体方法如下:将护坦底部的反滤层拆除重做,在护坦下游的海漫段加做反滤排水设施,适当加长上游防渗铺盖。
4.3 闸基的加固。当闸基由于基础处理不良、防渗措施不好或排水设施失效而引起扬压力增加。对于在汛期已发生闸基渗透变形的水闸,只要水闸还能满足使用要求,可对闸进行加固,采取下列措施加固。
4.3.1 增加闸体的有效重量。可在闸体上适当部位浇砼,增加重量或延长上游护坦,并使与原护坦锚固成一体,以增加抗滑能力。
4.3.2 降低渗透压力。具体做法是加强防渗设施。可以采用加强加长铺盖、板桩、补充帷幕灌浆等方法。
4.4 板桩的补救措施。如板桩被破坏、防渗无法满足要求时,可在下游加做排水设施或在上游适当做防渗铺盖,同时对闸基可采用泥浆或水泥砂浆灌浆处理。
5 水闸的侧向渗漏的处理
由于水闸两端大部分为土质岸墙,发生侧向渗漏时的主要处理方法有:开挖回填粘土料、加深加长防渗齿墙、水泥灌浆处理等。
6 结语
通过运用以上各类方法对水闸进行相应的分析、处理后,各运行单位反映较好,各水利工程在农田灌溉中发挥了较好的整体作用。目前,随着新型建筑材料的不断出现,发现、采用更有效、更经济的材料较为重要,并有待于进一步的实践、研究。
参考文献
1 翟福春.唐祖贵.浅析塔里木河干流输水堤工程建设单位对质量的控制.新疆水利,2004(3):1～45
2 水工建筑物养护修理工作手册.北京:水利电力出版社,1978
【关键词】 水闸;破坏;修复方法
【中图分类号】 TV663 【文献标识码】 C【文章编号】 1727-5123(2009)02-048-02
On damage repair and reinforcement of water lock in operation
【Abstract】 Through World Bank loan projects and the comprehensive management of the project Tahe Aksu city irrigation area within the gates of hydraulic structures in particular, is put into use in the problems and the maintenance of water mains unit requirements, the authors of the various types of locks forms of the causes of the destruction and production of the parts to make a detailed analysis and proposed methods of repair.
【Key words】 Gates; Damage; Repair method
1 引言
目前,水利工程在修建完工后一般都移交给水管单位,工程使用运行后,水管单位对水工建筑物尤其是水闸出现的问题提出了修复要求。为不影响农业灌溉,又避免工程带病运行,分析建筑物的具体破坏原因并拿出相应的修复方案就成了较为迫切的问题了,以下就运行实际中水闸的破坏原因作一些阐述和修复方案的探讨。
2 水闸的破坏类型及成因
根据对阿克苏市灌区内水工建筑物损坏情况的调查,水闸破坏的表现主要为:裂缝破坏和渗漏破坏。
2.1 裂缝破坏。裂缝大致分为三大类:由温度变化引起的温度裂缝;由地基不均匀沉降引起的沉降裂缝;由超载运行引起的过载裂缝。现分述如下:
2.1.1 温度裂缝。产生的部位有:工作桥、人行桥、胸墙、护坦、底板及闸墩与底板接触处。工作桥和人行桥开裂是由于它们一般搁置在闸墩上,而闸墩的断面尺寸和刚度远大于桥面,在外界产生温降时,闸墩约束桥面自由收缩而引起桥面开裂;胸墙和底板开裂是由于它们一般与闸墩固接,其断面尺寸和刚度比闸墩小很多,同样在外界产生温降时引起开裂;在基岩上的闸墩常产生温度裂缝,是由于基岩的收缩率远小于砼的收缩率,在外界产生温降时,基岩约束闸墩自由收缩使其开裂,这种裂缝一般在闸墩的下半部,闸墩越单薄,裂缝的数量就越多而且裂缝越宽。
2.1.2 沉降裂缝。多发生在上下游翼墙、工作桥、人行桥、胸墙、护坦、底板及闸墩处。沉降裂缝一方面是由于局部渗透比降和渗流流速过大掏空地基或浸润线位置过高浸溶地基;另一方面是由于发生局部土质在水的浸泡下承载力降低,在外荷作用下产生不均匀沉降。而水闸闸室是一个整体结构,为适应地基的不均匀沉降而变形(受拉变形)时开裂。裂缝一般先在底板产生,然后由下部逐渐向上部发展。裂缝一般发生在荷载突变和应力集中处。
2.1.3 超载裂缝。常发生在闸底板、闸墩、工作桥桥面及闸门槽处。底板上开裂是因外荷过大引起地基反力过大,在底板内产生的弯矩值超过原设计值,导致底板开裂;门槽处的裂缝是由于受到过大的水平压力作用,门槽劲口处断面抗拉强度不够而开裂;工作桥桥面开裂是由于过大的启闭力造成的;闸墩上的裂缝是由于局部过大的外荷作用造成的。
2.2 渗漏破坏。由渗漏引起的渗透变形也是水闸破坏症状之一。渗漏的途径一方面是通过闸室本身构造和闸基向下游渗漏,另一方面是通过闸室与两岸连接处的绕流渗漏。
渗漏分为正常渗漏和异常渗漏两种:不会引起土体渗透变形(流土或管涌)的称为正常渗漏,反之称为异常渗漏。在水闸的运行过程中允许产生正常渗漏。而异常渗漏会产生管涌和流土,掏空闸基或两岸连接处,威胁到闸室的安全。
水闸在运行过程中发生异常渗漏的原因是很复杂的。如勘察工作深度不够、基础本身存在着严重隐患;水闸设计考虑不周、运行管理不当、长期超负荷运行及地震影响等方面而产生裂缝、止水撕裂、上游防渗体(如防渗铺盖、两岸防渗齿墙)遭受冲刷和出现裂缝;下游排水设施失效等。
异常渗漏产生的破坏性是很大的。首先是增大闸底板的扬压力,减小闸室的有效重量,对闸室的稳定不利;其次是缩短了渗径,增加逸出坡降和流速,诱发渗透变形和集中冲刷。由勘测调查统计资料可知:闸底板下的地基和护坦下的地基被淘空引起沉陷的较多,更为严重的是造成闸室的倾斜和护坦的坍塌破坏。
3 裂缝的修复方法
3.1 水泥砂浆涂抹。对裂缝数量较多、分布较广且有微量渗水的细微裂缝,可在裂缝的表面用1:1~2的水泥砂浆涂抹。技术要求:先将裂缝附近的砼表面凿出深1.0cm、宽10cm左右的毛面,用清水冲刷干净后洒水保持一定湿度;然后用水泥砂浆抹一层底浆(厚约0.3~1.0cm),再用水泥砂浆分几次抹完(注意在操作过程中,砼表面不能流水;一次涂抹水泥砂浆不宜太厚,以避免砂浆干缩脱落等);水泥砂浆中的砂不能太粗,水泥标号不宜低于325号;最后要用铁抹压实。适用情况:水闸中的底板、胸墙、闸墩下部的裂缝,上游防渗铺盖及下游护坦。
3.2 防水快凝砂浆涂抹。在水泥砂浆内加入防水剂,以提高防水性能和形成速凝。技术要求:除与水泥砂浆涂抹相同外,在涂抹时应分几次完成,且要求一次灰浆、一次砂浆,涂抹至与原表面齐平,并用铁抹压实抹光。适用部位:上游防渗铺盖、底板、胸墙。
防水快凝砂浆的配合比见表1:
3.3 表面粘补法。粘补就是用胶粘剂把橡皮或其它材料粘贴在裂缝部位的砼上,可以达到封闭裂缝和防止渗漏的目的。目前常用环氧材料胶粘剂粘贴橡皮的夹板条法和划缝法两种。
3.3.1 夹板条法。沿缝凿槽(深2cm、宽5cm),吹洗干净,保持槽内干燥。先在槽内涂抹一次环氧基液,然后用水泥砂浆(膨胀水泥砂浆)抹平,待表面凝固后,洒水养护3天。橡皮表面处理:橡皮厚度以3～5mm为宜,宽度与砼凿毛面等宽,
若橡皮长度不够,可采用胶水粘接。粘补办法:在铺填的膨胀水泥表面上刷一层环氧基液,再沿缝向放一根木板条(板的宽和高以5mm为宜,长度与裂缝一致),并按板条高度涂抹一层环氧砂浆,然后将粘贴面涂有一层环氧基液的橡皮从裂缝的一端开始铺贴在刚涂抹好的环氧砂浆上,铺贴时要用力均匀压紧,直至砂浆从橡皮边缘挤出来为止,最后需支撑加压,防止橡皮滑动或脱落。为了防止橡皮老化,还可在橡皮表面涂抹一层环氧基液,再涂抹一层环氧砂浆。
3.3.2 划缝法。划缝法的粘补工艺及表面处理与夹板条法基本相同,不同的是取消水泥砂浆层,并在环氧砂浆中间顺裂缝方向划缝,在缝内嵌入石棉线,以代替木板条。划缝宽度视裂缝开度而定,一般为2～3mm。
3.4 凿槽嵌补法。是沿裂缝凿一条深槽,槽内嵌补各种防水材料,以防止渗水,主要用于修复对结构强度没有影响的裂缝。在水闸系统中用于如上游防渗铺盖的裂缝、胸墙与闸墩上的裂缝及下游护坦上的裂缝。
填补材料:有水泥砂浆(用于槽内潮湿但没有水的情况)、环氧材料(干燥处用普通或沥青环氧砂浆,潮湿处用环氧焦油砂浆)、沥青材料(有沥青油膏、沥青砂浆、沥青麻丝)。
3.5 喷浆修补法。是在裂缝部位已做过凿毛处理的砼表面,喷射一层密布而强度高的水泥砂浆保护层,达到封闭裂缝、防渗漏或提高砼表面抗冲能力的目的。根据裂缝的部位、性质和修补要求及条件,可以分别采用无筋素喷浆和挂网喷浆两种修复方法。
挂网喷浆:当裂缝部位有渗水或渗漏,且构件在裂缝处不足时,一般采用有筋(挂网)喷浆。挂网喷浆就是在裂缝处已做过凿毛处理的砼表面挂上钢筋网,网可用钢筋铆入砼内,在网上再用高强度水泥砂浆喷射。钢筋网:钢筋直径4～6mm,网格可选用100×100mm或150×150mm;钢丝网:直径2～3mm,网格尺寸50～60×50～60mm;铆筋:直径10～16mm;喷层厚度:仰喷20～30mm,侧喷30～40mm,俯喷50～60mm。闸底板和闸墩上的裂缝以及工作桥、护坦上的裂缝均可采用挂网喷浆修复。
3.6 内部裂缝的处理。内部裂缝的处理常用钻孔灌浆,对一些浅缝和仅需防渗堵漏、不需要提高构件整体强度的裂缝,则可采用骑缝灌浆处理。对于开度大于0.3mm的裂缝,灌浆材料可采用水泥;对于开度小于0.3mm的裂缝和渗透流较大(25)或受温度影响较明显的裂缝,宜用化学灌浆。
4 渗漏的修复方法
当渗水由清变浑或明显看到水中含有土颗粒者,属于异常渗漏;当渗漏剧增或渗水突然变浑,则是基础发生渗透破坏的征兆。
4.1 沉陷缝止水断裂的修复。砼铺盖与底板之间的沉陷缝止水破坏,会造成渗径缩短、底板的扬压力增大、溢出比降和流速增大,必须修复。修复的措施主要是化学灌浆和重新补做止水设施两种做法。
4.1.1 化学灌浆。可根据渗漏情况进行全缝灌浆或局部灌浆,钻孔可以骑缝也可以从缝两侧钻斜孔。灌浆材料可采用聚氨酯、聚酯树脂或丙凝等具有一定弹性的化学材料。
4.1.2 补做止水。具体方法为:在沉降缝临水面进行凿槽,并将槽内清洗干净,然后将沥青石棉绳或SR止水材料等嵌入缝内,使表面基本平整,最后将厚度不小于0.5mm的紫铜片(或镀锌片)覆盖在缝的表面,并用角钢、膨胀螺钉沿缝的两侧固定。注意在紫铜片(或镀锌片)的两侧应涂上一层环氧基液。
4.2 下游排水的修复。下游护坦底部的排水设施(反滤层)由于运行时间过长而堵塞,对闸室的安全不利,必须修复。具体方法如下:将护坦底部的反滤层拆除重做,在护坦下游的海漫段加做反滤排水设施,适当加长上游防渗铺盖。
4.3 闸基的加固。当闸基由于基础处理不良、防渗措施不好或排水设施失效而引起扬压力增加。对于在汛期已发生闸基渗透变形的水闸,只要水闸还能满足使用要求,可对闸进行加固,采取下列措施加固。
4.3.1 增加闸体的有效重量。可在闸体上适当部位浇砼,增加重量或延长上游护坦,并使与原护坦锚固成一体,以增加抗滑能力。
4.3.2 降低渗透压力。具体做法是加强防渗设施。可以采用加强加长铺盖、板桩、补充帷幕灌浆等方法。
4.4 板桩的补救措施。如板桩被破坏、防渗无法满足要求时,可在下游加做排水设施或在上游适当做防渗铺盖,同时对闸基可采用泥浆或水泥砂浆灌浆处理。
5 水闸的侧向渗漏的处理
由于水闸两端大部分为土质岸墙,发生侧向渗漏时的主要处理方法有:开挖回填粘土料、加深加长防渗齿墙、水泥灌浆处理等。
6 结语
通过运用以上各类方法对水闸进行相应的分析、处理后,各运行单位反映较好,各水利工程在农田灌溉中发挥了较好的整体作用。目前,随着新型建筑材料的不断出现,发现、采用更有效、更经济的材料较为重要,并有待于进一步的实践、研究。
参考文献
1 翟福春.唐祖贵.浅析塔里木河干流输水堤工程建设单位对质量的控制.新疆水利,2004(3):1～45
2 水工建筑物养护修理工作手册.北京:水利电力出版社,1978