（水利工程专业论文）斗龙港挡潮闸安全评价与加固方案研究.pdf

摘要 摘要 建国以来，我国先后建设了大量水闸，作为我国水利基础设施的重要组成部 分，在经历了多年的使用和运行后，这些水工建筑物都表现出不同程度的病害。 消除病害、确保工程安全和正常运用，成为近年来国民经济可持续发展的迫切需 要。本文结合江苏省海堤达标建设项目一斗龙港挡潮闸除险加固工程，采用检测、 试验、复核计算等方法，对该闸的存在问题进行了深入分析，对其安全性进行了 综合评价，在此基础上，研究了其加固设计方案。主要内容如下： ( 1 ) 从斗龙港挡潮闸的闸室沉降状况、混凝土外观质量、混凝土存在的主 要缺陷等方面，对该挡潮闸加固前的整体性能、混凝土质量进行了综合评估。由 此，提出加固该闸的建议 ( 2 ) 通过抗滑稳定、渗透稳定性及结构强度等分析计算，对斗龙港挡潮闸 的强度与稳定等方面进行复核，分析了闸室不均匀沉降特点和成因；在此基础上， 综合评价了该闸的安全性能，从理论上进一步论证加固该闸的缘由。 ( 3 ) 对闸室不均匀沉降处理及减载效果进行了分析，并重点对闸墩、排架、 工作桥加固方案进行研究、分析，实践证明加固效果良好。 ( 4 ) 在深入分析混凝土裂缝、碳化对钢筋混凝土破坏作用的基础上，确定 了该闸混凝土裂缝、碳化主要加固处理技术及防护方案。此外，通过斗龙港闸钢 闸门防腐设计所出现的问题，就沿海钢闸门防腐技术进行了分析、探讨。 关键词：斗龙港挡潮闸；观测与检测；强度与稳定；安全评价；加固方案。 a b s t r a c t a b s i r a c i al o to fs l u i c e sc o n s t r u c t e ds i n c e1 9 4 9a r ei m p o r t a n tc o n s t i t u e n to fh y d r a u l i c b a s i cf a c i l i t i e so fo u rc o u n t r y d i s e a s ep r o b l e m so ft h o s eh y d r a u l i cs t r u c t u r e so f t e n e m e r g e n c ea f t e ri th a v eu n d e r g oa p p l i c a t i o na n do p e r a t i o nf o ral o n gt i m e r e m o v i n g d i s e a s ep r o b l e m sa n de n s u r i n gp r o j e c ts a f e t yh a v eb e c o m eu r g e n tr e q u i r e m e n to f n a t i o n a le 虻o n o m i cs u s t a i n i n gd e v e l o p m e n t b a r r i e rt i d es l u i c er e i n f o r c e m e n tp r o j e c to fd o u l o n gh a r b o r ( j i a n g s up r o v i n c e 蚴 e m b a n k m e n ta c h i e v e m e n tb u i l d i n gp r o j e c t ) h a v eb e e nd e t e c t e d ，t e s t e da n dc a l c u l a t e d , e x i s t e n t e n g i n e e r i n gp r o b l e m sh a v eb e e na n a l y z e dp r o f o u n d l y ar e i n f o r c e m e n t s c h e m ei si n v e s t i g a t e do nt h eb a s i so f a n a l y s i s ( 1 ) as y n t h e s i sa s s e s s m e n ta b o u tb u l kp e r f o r m a n c eo fc o n c r e t eq u a l i t yo ft h e s l u i c ei sp u tf o r w a r df r o ml o c kc h a m b e rs e t t l e m e n t , c o o c r e t ee x t r i n s i cf e a t u r eq u a l i t y , p r i n c i p a lf l a wo f c o n c r e t e s u b s e q u e n t l y , t h er e i n f o r c e m e n ts c h e m ei sp u tf o r w a r d ( 2 ) s o m ep r o b l e m sh a v eb e e na n a l y z e da n dc a l c u l a t e d a sf o l l o w s ：a n t i s k i d s t a b i l i t y , i n f i l t r a t i o ns t a b i l i t ya n dc o n s t r u c t i o ns t r e n g t h s u b s e q u e n t l y , n o n - u n i f o r ma n d o r i g i ni sb e e nr e c h e c k e df x o mi n t e n s i t ya n ds t a b i l i t yo fd o u l o n gh a r b o ra n dd e g r e eo f s a f e t yo ft h eh a r b o ri sb e e ne v a l u a t e d t h ea n a l y s i si n d i c a t e st h er e i n f o r e e m e mi s i n d i s p e n s a b l e ( 3 ) t h ea n a l y s i s i sc a r r i e do u ta b o u tn o n - u n i f o r ms e r l e m e n td i s p o s a la n d d e l o a d i n ge f f e c to fl o c kc h a m b e r i m p o r t a n t l yr e i n f o r c e m e n ts c h e m eo fs l u i c ep i e r , b e n ta n do p e r a t i n gb r i d g ei sb e e ni n v e s t i g a t e da n di np r a c t i c a lr e i n f o r c e m e n te f f e c ti s i ng o o dw o r k i n go r d e r ( 4 ) r e i n f o r c e m e n ta n dp r o t e c t i o no fc o n c r e t eo ft h es l u i c ei sb e e nd e c i d e do nt h e b a s i so f a n a l y s i sp r o f o u n d l yo f f i s s u r e ，c a r b o n i z a t i o no f a r m o u r e dc o n c r e t e p r e v e n t i o n o fc o r r o s i o no ft h es t e e la n c h o rg a t eo fi n s h o r ei sb e e na n a l y z e da n dd i s c u s s e do nt h e b a s i so f f a c i n gp r o b l e mo f s t e e la n c h o rg a t er o t - p r o o f d e s i g no f d o u l o n gh a r b o r k e yw o r d s ：b a r r i e rt i d es l u i c eo f d o u l o n gh a r b o r ；o b s e r v a t i o na n dd e t e c t i o n ；i n t e n s i t y a n ds t a b i l i z a t i o n ；s a f e t ye v a l u a t i o n ；r e i n f o r c e m e n ts c h e m e 第一章概述 第一章概述 1 1 病险水闸现状及主要问题 1 1 。1 全国病险水库、水闸概况 新中国成立后，在党和政府的高度重视下，水利建设事业迅速发展，我国先 后建成了各类水库8 4 万多座( 截止2 0 0 1 年，其中大型4 2 1 座，中型2 7 4 5 座， 小型8 1 万多座) ，各类水闸5 万多座( 其中大型4 8 6 座，中型3 2 7 8 座，小型4 6 万多座) ，数量之多为世界之冠。这些工程在防洪除涝、农业灌溉、拦潮蓄淡、 火力发电、城乡供水、旅游、环境生态等方面发挥了巨大的作用，取得了显著的 经济效益这些工程不仅是我国防洪保安工程体系的骨干力量，而且也是我国水 利基础设施的重要组成部分。 另一方面，由于历史的原因，并受当时技术经济条件的限制，大多数工程标 准低、质量差，同时在建成后管理、制度不完善，工程运行维修养护经费无正常 渠道投入，工程更新改造、除险加固经费投入不足等，致使病险水库、水闸大量 存在，病险工程的安全状况，已成为政府和社会的心腹之患。首先对工程上、下 游地区的安全造成严重威胁；其次是垮坝、垮闸的可能性也在日益增大；据统计， 新中国成立后到1 9 8 0 年前，全国垮坝( 主要为小型水库) 3 0 0 0 余座，年均1 1 0 座，最多的1 9 7 3 年，垮坝5 5 4 座；8 0 年代后，年均仍有2 0 余座。其中以1 9 7 5 年河南板桥、石漫滩垮坝最为惨重，致数万人死亡，京广铁路中断数十天，灾害 触目惊心。与此类似，垮闸事故也时有发生，1 9 9 8 年6 月，安徽省长江干堤上杨 墩闸站发生整体沉陷3 5 m 的险情，水闸全部报废，并造成数十万亩农田和1 6 万 人口受灾，直接损失3 0 0 0 万元以上，1 9 9 8 年洪水期间，仅长江、松花江、嫩江 就有2 9 1 座水闸相继出现险情。第三是防洪体系的整体抵御洪涝灾害的能力大打 折扣。由于这些工程与江河堤防联合运用，以达减免灾害之目的，由于病险之因， 水库防洪库容被迫减少，水闸不能正常运行和合理调度，致使工程蓄洪、拦洪、 滞洪、分洪等作用根本达不到原设计要求。第四是严重影响区域经济发展、城乡 供水、环境效益的发挥我国水资源严重缺乏，降水在地域和时空分布上又相当 不均匀，洪涝灾害、干旱少雨、水质恶化等问题在一定时期内依然存在，水利工 程对江河径流调节、水资源优化合理配置尤为重要，但由于病险隐患存在，许多 水库只能降低水位运行、蓄水减少，调控防洪能力下降。一些水闸也出现抗旱除 河海大学工程硕士学位论文 涝、供水能力减小的现象，影响着兴利作用的发挥。随着中国现代化建设步伐的 加快，经济快速发展，区域和区域经济以及人民生命财产安全都迫切需要高保证 率的现代化水利工程体系的保障，以促进经济发展和社会稳定因此，尽快对病 险工程除险加固，消除隐患，确保工程安全和正常运用，尤为必要和紧迫。 1 1 2 病险水闸现状 1 9 9 8 年6 月水利部颁发了水闸安全鉴定规定，将水闸的安全状况分为4 类。其中，鉴定为三类和四类的水闸，统称为病险水闸，至此，病险水闸概念得 到科学的界定。即： 三类闸：运用指标达不到设计标准，工程存在严重损坏，经除险加固后，才 能达到正常运行。 四类闸：运用指标无法达到设计标准，工程存在严重安全问题，需降低标准 运用或报废重建。 根据1 9 9 9 年底的统计，全国共有大型病险水闸2 4 8 座，占大型水闸总数的 5 1 ，中型病险水闸1 5 0 5 座，占中型水闸总数的4 6 。 1 1 3 病险水闸的主要问题 据分析，全国病险水闸存在的主要问题有以下l o 个方面： l 、防洪标准不够，造成超标准泄流、闸前水位壅高甚至洪水漫溢。 2 、闸室不稳定，抗滑( 或抗倾、抗浮) 稳定安全系数不满足规范要求 3 、闸基和两侧渗流不稳定，出现塌坑、冒水、滑坡等现象。 4 、主要结构不满足抗震要求。 5 、闸室结构混凝土老化，存在严重损坏。 6 、闸室下游消能防冲设施严重损坏。 7 、闸或枢纽范围上、下游河道淤积，造成泄洪能力下降。 8 、闸门、启闭设施和电气设备损坏，或者老化、年久失修、运转不灵。 9 、观测设施缺少或损坏失效。 1 0 、其它方面的问题，如枢纽布置不合理，容易造成河道淤积和堤岸冲刷； 防渗铺盖、翼墙、堤岸护坡损坏等。 2 第一章概述 1 2 江苏省沿海挡潮闸现状及存在问题 1 2 1 江苏省海堤迭标建设背景 江苏省海岸北起赣榆县绣针河口，南至启东市江海交界的东南元陀，全长 9 5 4 k m ，其中侵蚀性海岸2 5 0k m ，相对稳定海岸长1 2 4 k i n ，淤积性海岸5 8 0l 海岸沿线设有主海堤7 7 4 5 k m ，并建有涵闸2 5 9 座，其中大中型涵闸6 5 座，小型 涵闸1 9 3 座，涵闸排涝面积达2 9 1 0 k m 2 ，设计排涝流量2 8 x1 0 4 m 3 s 。海堤保 护区内有连云港、盐城、南通三个沿海开放城市、1 5 个县( 市、区) 和一些重要 临海工业区，保护面积2 3 万k m 2 ，保护人口1 4 0 0 万，保护区内国内生产总值1 7 0 0 多亿元。 1 9 9 7 年受l l 号台风影响，又遇天文大潮，江海堤防受到严重破坏，海堤水 毁长达1 1 0k m ，沿海地区人民生命财产和经济社会发展安全受到了严重威胁。汛 后，省政府发出关于加强江海堤防达标建设工作的通知，决定用5 年时间完 成海堤重点堤段达标建设，并按照防御5 0 年一遇潮位加l o 级风浪爬高和安全超 高的标准实施。省水利厅组织编制了海堤达标工程建设可研报告，经省发展和改 革委员会审查批复，确定我省海堤达标工程建设内容包括堤防加固6 3 2k m 、重点 堤岸防护2 2 0k m 、大中型涵闸加固改造“座、小型涵闸加固改造1 7 1 座，工程 总投资1 2 2 亿元。 1 2 2 沿海挡潮闸现状及存在问题 截止2 0 0 5 年底，经安全鉴定，共评定沿海大中型挡潮闸6 1 座，其中三类闸 5 2 座( 大型水闸6 座) ，四类闸9 座。 截止2 0 0 5 年底，已加固改造3 8 座大中型挡潮闸，其余挡潮闸除险加固工作 正陆续展开。根据有关资科统计、调查、分析，江苏省沿海挡潮闸主要问题有以 下几个方面： 1 、设计标准低。大中型涵闸防洪标准不足1 0 0 年一遇，排涝不足1 0 年一遇 标准；在结构设计上混凝土标号偏低，采用圬工结构或少筋混凝土，对今后工情、 水情发展和变化估计不足。 2 、闸室不稳定，抗滑( 抗浮) 稳定安全系数不满足规范要求。 3 、闸身不均匀沉降，地基最大沉降量及相邻部位沉降差超过规范允许值， 导致伸缩缝、止水破坏，闸门启闭困难。 3 河海大学工程硕士学位论文 4 、闸墩、排架、翼墙等主要结构不满足抗震要求。 5 、闸室结构混凝土老化严重，其中工作桥尤为突出，出现大量的混凝土裂 缝、剥蚀、脱落、碳化、钢筋锈蚀。 6 、部分素混凝土反拱底板拱顶裂缝；交通桥设计标准偏低。 7 、混凝土闸门碳化、裂缝、强度不足，钢闸门锈蚀严重 8 、闸下消能防冲设施损坏 9 、闸室上、下游河道淤积，严重影响水闸捧涝效益。 l o 、观测及管理设施缺乏，管理水平及效率较低。 1 2 3 沿海挡潮闸存在问题分析 经对江苏省沿海挡潮闸存在问题综合分析，其主要原因有： l 、历史原因及经济技术条件限制 2 0 世纪5 0 - 7 0 年代，正值我国“大跃进”、“文革”和“农业学大赛”时期， 水利工程建设主要受“边勘测、边设计、边施工”的影响，施工上大搞群众运行、 长官意志、土法上马以及以降低工程标准和质量为代价的所谓“技术革新”等， 盲目追求高速度、高数量，严重忽视工程质量及工程配套，使工程规划、设计、 施工严重偏离科学和规范的轨道。同时受当时社会生产力限制，在建筑材料取用、 施工质量控制等方面均存在不合理之处，水闸建设在取得成绩的同时也埋下严重 的质量“隐患”，导致许多工程先天不足，达不到国家规定的标准和要求。 2 、自然环境对工程的影响 同内陆水工建筑物相比，沿海挡潮闸所处环境恶劣，不仅经受阳光、空气、 负荷、水流、冻融、风、雨、浪、雪等因素的作用，而且受到海水、盐雾、紫外 线与污染物等各种腐蚀因素的侵蚀，导致混凝土碳化、钢筋锈胀、顺筋裂缝、表 层混凝土剥落等腐蚀病害十分严重，并加快了钢结构锈蚀、老化，直接影响到工 程效益的发挥，甚至危及工程安全。 3 、除险加固投入少、加固不彻底 自淮河上游发生“7 5 8 ”大洪水后，各级政府开始重视除险加固工作。就病 险水库而言，从1 9 7 6 年开始，止于1 9 9 8 年，中央各类投入仅有2 0 亿元，加上 地方配套，也只有6 0 亿元左右。病险水闸主要靠各地投入，也仅有2 5 亿元左右， 投入远远不足。从已加固过的工程看，由于处理不彻底，续建工程量很大，遗留 项目很多，部分水库也并未摘掉“险库的帽子”，如全国第一、二批需除险加固 第一章概述 的病险水库共有8 l 座，截止目前，仍有2 0 多座未完成除险加固任务。我省海堤 达标建设亦是如此，原计划加固改造6 4 座大中型涵闸尚有2 6 座未完成。加固投 入不足与加固任务繁重反差较大，加固速度抵不上形成病险速度是根本原因所 在。 4 、长期运用而工程管理投入不足 挡潮闸作为我省沿海地区捧涝挡潮、兴利除害的重要骨干工程，在发挥排涝 ( 洪) 、挡潮、灌溉、通航等作用的同时，本身不可避免地直接承受损害，有的 往往还受到“重创”。另一方面，作为社会防洪保安的重要基础设旌，挡潮闸同 其它水闸一样，其社会效益巨大，具有很强的社会公益性，但由于受长期计划经 济影响，行业内受“重建轻管”观念和倾向束缚，使得沿海工程管理长期投入严 重不足，工程运行管理处于无标准、无定额、无稳定投入的不正常状态，个别管 理单位发工资都困难，更谈不上日常维护。加上沿海挡潮闸地处偏僻，信息闭塞， 生产生活条件艰苦，经济上又无吸引力，使得人才留不住，留住的不安心，工程 运行管理形不成良性运行机制，效益和作用日益衰减。 1 3 问题的提出 斗龙港闸位于江苏大丰市斗龙渔业乡，距黄海l o k m ，主要担负里下河地区 排涝、蓄淡及通航等任务，流域面积4 4 2 8k m 2 ，是控制里下河地区涝水入海及挡 潮的大型水工建筑物。工程建成于1 9 6 6 年，设计最大过闸流量1 2 6 0 m 3 s ，该闸 原设计标准为级建筑物，并按5 0 年一遇挡潮标准设计。 斗龙港闸共8 孔( 其中通航孔l 孔) ，单孔净宽均为l o m ，总净宽8 0 m ，闸 孔中墩厚1 1 m ，边墩厚o 9 m ，闸身总宽9 3 5 7 5 m 。闸室采用钢筋混凝土开敞式结 构，底板面高程3 o m ( 废黄河零点，下同) ，厚1 6 m ，分四块布置，两边孔各一 块，中间6 孔分两块布置，底板顺水流向长1 7 o m 。排水孔采用板梁式胸墙结构， 胸墙底高程2 5 m ，顶高程6 5 m 。闸室上游布置净宽7 o m 公路桥一座，设计标准 为汽1 0 级( 拖6 0 校核) ，桥面高程6 5 m 。闸室下游设净宽4 6 mi 作桥一座， 桥面高程捧水孔为9 o m ，通航孔为1 2 o m 。斗龙港挡潮闸原设计平面、纵剖视图 如图1 1 、1 2 所示 该闸建成后，改变了流域范围卤水倒灌的历史，起到了挡潮御卤、蓄淡灌溉 及航运等作用。投入运行4 0 年来，先后抗御了多次台风高潮袭击和1 9 9 1 年、1 9 9 8 年特大涝灾及1 9 7 8 年、1 9 9 4 年严重旱灾，累计开闸1 2 5 7 0 潮次，排水约5 7 8 亿 5 河海大学工程硕士学位论文 m 3 ，为保障里下河地区人民生产生活的稳定和经济持续发展发挥了良好的工程和 社会效益。但由于多种原因，闸室间呈现明显的不均匀沉降，混凝土材质老化， 工程结构损伤现象严重，部分钢筋混凝土构件出现较多的裂缝，混凝土中个别钢 筋由于锈蚀产生锈胀现象，钢闸门及其它钢结构出现程度不一的腐蚀，水闸整体 性能处于病险运行状态，急需采取除险加固措施。 1 4 本文的主要研究内容 本论文结合盐城市斗龙港闸除险加固工程，对该闸存在的问题、安全状况、 加固方案及加固效果等方面进行了深入研究和分析，其主要内容如下： l 、在查阅大量资料基础上，分析、归纳、提出我省沿海挡潮闸主要存在的 问题，并分析了其原因所在简要介绍斗龙港挡潮闸基本情况及存在问题。 2 、通过观测和检测等手段，对斗龙港挡潮闸闸室不均匀沉降、裂缝成因、 混凝土老化、钢闸门腐蚀状况等进行了详细的分析，综合评价了该闸加固前的混 凝土质量和整体性能，提出了进行除险加固的建议。 3 、通过闸室( 含岸墙、翼墙) 抗滑稳定、闸基渗流稳定及结构强度的计算 分析，对斗龙港挡潮闸的强度和稳定等进行了复核与分析，综合评价了其整体安 全性能，为加固方案设计提供了理论依据。 4 、在上述研究成果基础上，提出了斗龙港挡潮闸加固设计方案。重点研究 了闸室不均匀沉降处理、结构的抗震加固、混凝土裂缝修补、混凝土碳化修补以 及钢闸门防腐处理等除险加固设计方案实践证明，加固方案效果良好，研究成 果可以为同类工程的加固设计提供有益的参考依据。 最后对全文进行总结和展望。 g。掣母v圃旧牛羼麓瓤鲤糕卉lj囝 缵辣斟躲 g。罩井v匝霉雨番霍疑瓤媲袋肴p圃 ：l r 量 蕉l 一r 2 _ f 碧 工正皿 ；圭l 兰目喾 j 囊 2 = = i 莲。 蓑 i l 耋 封期谒 两 i墨 il 墨 型扩 ，毫量 s 銎 禚 k - i 1 1 叫鼍 ； l 墨 i目一 。 阒葬 耋三 善蓍 墨 i- j 癔 ； l， 一 到艮 i 舅 车；i 1 = 墨l 翼 嚣女 _ 席l 权错掣扑书匿孵h扑k甓窿 第二章斗龙港挡潮闸观测与检测分析 第二章斗龙港挡潮闸观测与检测分析 为全面了解该闸安全状况，为该闸除险加固提供科学依据，专门立项对该闸 进行了全面的安全检测通过对闸墩、胸墙、工作桥、公路桥等混凝土结构裂缝 和外观缺陷与钢闸门结构腐蚀程度全面检查，以及混凝土结构强度、碳化深度、 氯离子含量、钢筋锈蚀率、闸门构件剩余厚度的测试结果，可对该闸安全状况进 行全面、科学评价 2 1 观测、检测内容 根据斗龙港闸的主要问题及工程实际情况，对闸身钢筋混凝土、钢闸门系统 进行普查，对有代表性的部位进行重点检测，观测及检测主要内容如下； l 、闸室总沉降量测量 2 、闸室各构件裂缝及外观缺陷检查 3 、钢筋混凝土强度、碳化深度、钢筋锈蚀率等试验检测 4 、钢闸门检测 2 2 闸室不均匀沉降及成因分析 2 2 1 闸室不均匀沉降测量 斗龙港闸经过三十多年的运行，闸身出现了较大变位，各分缝宽度由原设计 2 0 m m 分别变为目前的5 3 m m 、1 3 9 m m 、4 2 m m 、1 1 0 m m 、4 5 m m ( 从左至右) ，边 墩与岸墙也产生了较大的错位，8 t 梁与右端支座搁置移动达2 5 m m 。 为给纠偏提供准确资料，采用d s l 型精密水准仪对闸底板及公路引桥进行了 高程测量，测点布置所图2 1 所示，测量成果如表2 1 所示。 测量成果表明闸室结构不均匀沉降己十分严重，闸室靠岸墙侧向下沉降，中 部产生负沉降并向上隆起。通航孔卜2 与1 - 3 测点问不均匀沉降为8 1 m m ，1 - 1 与l _ 4 测点问不均匀沉降为7 2m m ，倾斜率达8 1 ，不均匀沉降量、倾斜率均 超过规范允许值。 9 河海大学工程硕士学位论文 图2 1 斗龙港闸垂直沉降点布置示意图 表2 1 闸身垂直沉降观测成果表 闸身底板公路引桥 高程 累计累计 高程 累计 高程 累计 编号沉降编号 高程 沉降 编号 沉降编号 沉降 ( m ) ( m ) ( m )( m ) ( r a m )( m m )( r a m )( r a m ) 1 16 4 3 72 73 一i6 5 7 45 38 - l6 3 0 39 - l6 4 1 73 7 l - 21 1 9 0 06 13 29 0 3 04 98 26 1 6 71 5 l9 - 26 2 0 41 2 6 l - 31 2 0 3 2- 2 03 - 3 9 0 1 01 6” 6 1 8 01 6 l9 36 1 9 81 3 6 1 - 46 5 6 04 53 _ 46 5 3 91 48 - 46 1 9 01 8 19 - 46 1 4 61 8 4 2 一l6 5 4 6- 4 34 - l6 5 4 32 08 - 56 1 8 81 5 99 - 56 2 0 21 5 9 2 29 0 0 3 2 44 - 2 9 0 2 11 4 8 - 66 2 8 2 1 1 59 - 66 4 0 7 6 l 2 - 39 0 5 54 84 - 3 8 9 1 6 6 2 2 46 5 7 04 94 | 4 6 4 2 l5 7 2 2 2 闸室不均匀沉降特点分析 为了解闸室沉降过程与特点，本次研究根据管理单位历年沉降观测资料进行 了统计分析，闸室底板不同年份累计沉降量及不均匀沉降量分析如图2 2 、2 3 、 2 4 所示。 匠唾衽哪鞋鹱鼙世侧厘厘疑瓤浆铺开“圃 鼙求嚣轺岬器髅星霹瓤袭档开*冁 匝嵯釜一避嚓r露悔蜒世删厘厘震瓤媲镧才n阻 议留掣静书匿矗ih扑k黉窿 瞰咂餐裳赆r羁降蜷世侧麈厩震瓤媲艚开一n母 嚣求嚣轺埽嚣鼷暮疑瓤霉校卉摒据 河海大学工程硕士学位论文 根据沉降散点图，闸室总体沉降情况分以下几个阶段；1 9 6 6 年至1 9 7 3 年底 板沉降3 5 m m 左右，1 9 6 7 年l 。、4 8 底板出现八字形倾斜；1 9 7 5 年2 。、3 4 底板开始 向上隆起，至1 9 8 1 年矿、3 。底板沉降出现负值；1 9 9 7 年3 月测得最大累计沉降 量：上游侧分别为- 8 2 m m 、一8 7 m m ，下游侧分别为- 8 2 m m 、- 8 3 m m 。同时，1 、 4 号。底板沉降具有如下特征： l 、1 9 6 7 1 9 7 7 年：底板沉降速度为3 9 4 6 m m 年j 2 、1 9 7 7 1 9 8 7 年；沉降速度为1 6 2 o m m 年，较前l o 年下降一半，且 上下游不均匀沉降速度相近； 3 、1 9 8 7 1 9 9 7 年：沉降速度又下降一半，为0 7 1 2 m n l 年，且上下游不 均匀沉降速度基本一致； 4 、3 0 年中，上下游不均匀沉降速度基本一致，累计沉降量在7 0 7 5 m m ， 从沉降观测成果可以认为l 、4 号底板沉降趋于稳定； 5 、1 、4 号底板倾斜率为7 6 0 a 8 1 ，与通航孔排架倾斜率相同，可认为 通航孔倾斜为刚性倾斜，混凝土结构未发现破坏现象。 而2 、3 号底板具有如下沉降特征： 1 、1 9 6 7 1 9 7 3 年：底板以0 5 2 o m m 年速度下沉，至1 9 7 3 年累计沉降 2 6 3 7 m m ，沉降量属正常范围； 2 、1 9 7 3 1 9 8 1 年：底板开始反弹，负沉降值2 4 3 2 m m ，反弹速度为3 o 4 o m m 年； 3 、1 9 8 1 1 9 8 3 年：反弹隆起处于暂时相对平稳阶段，反弹速度约3 5 m m 年： 4 、1 9 8 3 1 9 8 9 年：反弹速度加快，达4 5 5 7 m m 年，负沉降值2 7 3 4 m m ； 5 、1 9 8 9 1 9 9 5 年：反弹速度仍在4 5 5 7 r a m 年之问，负沉降值2 7 3 4 m m ， 其中1 9 9 3 1 9 9 5 年沉降量最大，平均每年负沉降6 o 9 5 m m ，2 年隆起1 2 1 9 m m ： 6 、1 9 9 5 1 9 9 7 年：反弹速度平均4 5 6 o m m 年。 2 2 3 沉降成因分析 由观测资料可知，l 。、4 。底板沉降属正常沉降，但由于不均匀沉降量过大， 导致闸室倾斜。炉、3 。底板上拱现象，主要是由于边荷载过大，产生纵向挤压， 引起中间底板隆起。闸室倾斜沉降原因分析如下： 第二章斗龙港挡潮闸观测与检测分析 l 、边墩两侧填土较高，底板边荷载过大，是导致地基不均匀沉降的主要原 因。据管理单位反映，1 9 7 7 1 9 7 9 年闸门喷锌时，在左岸岸墙后增设了3 问空压 机房，闸边超载堆放近百吨粗砂材料，导致不均匀沉降加大、通航孔倾斜，后将 空压机房拆除 2 ，闸基土质松软不均匀是引起不均匀沉降的基本原因。根据原设计地质资 料，闸基持力层仅4 0 c m 左右，其下卧层i lb 层( 一5 0 - 1 7 o m ) 土质松软，土 层厚，其中浅层夹有二层软粉质壤土淤泥( - 7 0 一9 o r e ) ，其贯入击数2 6 击， 含水量w 达3 3 “，受闸两侧高填土边荷载作用产生深层压缩沉降。 3 、原闸室岸墙采用半重力式结构，底板前趾虽挑出2 5 m 与边墩间形成空箱 以减载，但地基反力仍然较大，由于地基未采取处理措施，岸墙地基反力不仅纵 向挤压，且深层塑性开展，引起闸室两端下沉中间隆起 4 、原竣工图总说明对墙后回填土干容重指标要求为1 4 1 4 5 t m 3 ，指标偏 低，回填土自身固结较差，边载作用明显加大深层压缩。 5 、通航孔倾斜后，闸门启闭偏心、重心左倾，启闭时震动较大，水头较大 情况下启闭闸门，水流的脉动可能使地基局部液化。 6 、闸室两侧建有控制室、检修库房和守潮室等附属设施增加了边载作用， 促使不均匀沉降的发展。 7 、公路桥面低于两侧路面l m ，大吨位车辆往来产生较大冲击荷载。 2 3 外观检测与分析 2 3 1 裂缝及外观缺陷检测 本次检测对闸墩、胸墙、工作桥、公路桥及工作便桥裂缝分布和外观缺陷情 况进行了普查，各构件检测结论如下。 l 、闸墩 ( 1 ) 2 匕8 。闸墩1 4 个弧形门支臂支座处钢筋混凝土均有裂缝出现，宽度可达 l m m 。 ( 2 ) 闸墩下游部分表面混凝土砂浆已大部分剥落，导致混凝士骨料基本裸 露。 2 ，胸墙 ( 1 ) 胸墙上游下坎边角处普遍存在纵向顺筋裂缝，大部分胸墙上有l 2 条 河海大学工程硕士学位论文 纵向贯穿裂缝，最大缝宽2 m m 。 ( 2 ) 胸墙普遍存在钢筋锈胀现象，部分混凝土已剥落，个别孔( 矿、) 露 筋现象较严重 ( 3 ) 胸墙上游面有多处修补痕迹，新老混凝土结合处有龟裂。 3 、工作桥t 梁 工作桥t 粱裂缝检查成果如表2 2 所示 表2 21 - 作桥t 梁裂缝检查成果统计表 裂缝 其中 裂缝宽度 ) 鬃号 条敦 上游面赢面下游面 o 0 5o 0 5o 10 1 5o - 20 0 3 t t t 4 91 22 31 42 lt 2li3， t - t 8 41 93 5 3 04 0 1 7 2 32 t 2 i “2 32 61 54 3l l73 t ： 5 61 02 91 73 6l i3，l l t 6 l2 52 79 4 0 1 22 4 3 l t 8 0l i4 02 94 71 61 06i l 7 32 62 81 95 4364l l ，6 51 82 12 6 3 6 1 0 1 0s 2 2 t j 5 71 72 11 93 81 333 l t l 勰1 37 34 29 21 4l ol t t 8 0 2 13 32 65 51 21 02i t t 1 4 01 98 23 99 61 71 89 n 7 7 2 6 2 62 56 18l43 t ，t 1 2 02 55 54 07 31 61 5 l i 4 1 t l 3 8 1 3 1 4l l2 4374 h t 6 72 51 82 43 61 5 i l 23 合计 1 2 3 93 0 35 5 13 8 57 9 21 9 21 4 57 62 365 占总数( 2 4 4 64 4 4 73 i 0 76 3 9 21 5 51 1 76 1 3 1 跖 0 4 8 n 4 可以看出工作桥t 梁裂缝呈现如下特点： ( 1 ) 1 8 上游梁底、2 。下游梁底及侧面、3 。下游梁底、5 。下游梁底均有锈胀现 第二章斗龙港挡潮闸观测与检测分析 象，尤以2 。最为严重，锈胀长度达3 8 c m ，局部混凝已剥落，钢篾裸露。 ( 2 ) t 梁翼缘除l 。通航孔上游t 梁上游侧有一条宽o 6 m m 的裂缝外，其余 未发现有可见裂缝 ( 3 ) 裂缝主要集中在跨中附近( 1 4 跨- 3 4 跨) 的梁底及t 梁腹扳下部，且 粱底裂缝宽度小于侧面裂缝宽度j 下游t 梁裂缝数量多于上游t 梁( 下游t 粱裂 缝占总数的5 9 7 3 ) 。 ( 4 ) 1 6 根t 梁上共发现1 2 3 9 条可见裂缝，大部分为细小裂缝，占总数的 6 3 9 2 ，最大裂缝宽度为o 7 n n n ，位于通航孔上游t 梁左端上游侧。 4 、公路桥t 梁 。 通航孔公路桥t 梁检查结果如表2 3 所示。 表2 3 通航孔公路桥t 梁检查成果统计表 裂缝宽度( r a m ) 锈胀 粱号部位裂缝条数 9 5 的潮湿空气中或在水中的混凝土反而难以碳化，这是因为 混凝土含水时透气性小，碳化慢在湿度相同时，风速愈高、温度愈高，混凝土 碳化也愈快混凝土碳化速度与空气中c 如浓度的平方根成正比。 ( 2 ) 水泥品种 一般来说，普遍硅酸盐水泥要比早强硅酸盐水泥碳化稍快，掺混合料的水泥 碳化速度更快，混合料掺量越大，碳化速度越快。掺用优质减水剂或加气剂，可 以大大改善混凝土的和易性。减小水灰比，制成密实的混凝土，可使碳化减慢。 尤其是加气减水剂，由于抗冻性提高，可以大大改善钢筋混凝土建筑物的耐久性。 ( 3 ) 骨料种类 混凝土中的骨料本身一般较坚硬、密实，总的来说，天然砂、砾石、碎石比 水泥浆的透气性小，因此，混凝土的碳化主要通过水泥浆进行。但是，在轻混凝 土中，由于轻质骨科本身气泡多、透气性大，所以能通过骨料使混凝土碳化，故 轻混凝土比普通混凝土碳化快，需要掺用加气剂或减水剂来减缓它的碳化速度。 ( 4 ) 水灰比 混凝土碳化速度与它的透气性有很密切的关系，透气性越小，碳化速度越慢。 水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实，透气性小，因而碳化速度慢。同理， 单位水泥用量多的混凝土碳化较慢。 ( 5 ) 浇筑与养护质量 混凝土浇筑与养护质量是影响混凝土密实性的一个重要因素。如果混凝土浇 筑时不规范，特别是振捣不密实，以及养护方法不当、养护时间不足，会造成混 凝土内部毛细孔道粗大，且大多相互连通，严重时会引起混凝土出现蜂窝、裂缝 等缺陷，使水、空气、侵蚀性化学物质沿着粗大的毛细孔道或裂缝进入混凝土内 部，从而加速混凝土的碳化和钢筋腐蚀。 4 、碳化深度检测 碳化深度检测主要是在被溯结构上随机布置测点，用电锤钻孔，佝小孔内喷 2 l 河海大学工程硬士学位论文 入酒精酚酞溶液，未碳化的显红色，已碳化的为无色，无色混凝土厚度即为碳化 深度。检测结果如表2 4 所示。 表2 4 混凝土结构碳化深度测试成果表 碳化深度( r a m ) 设计保护层 孔号构件 变化范围平均值 厚度( n u n ) 左闸墩 1 9 o 2 3 o2 1 3 4 0 右闸墩5 5 3 6 o1 8 2 通航孔工作桥上游t 粱 2 o 1 3 o9 2 工作桥下游t 粱 6 53 0 公路桥t 粱l o 1 7 o7 o 工作桥t 梁1 0 - 1 9 5 9 0 2 。 4 。孔2 0 公路桥t 梁 1 o - 1 8 08 6 可见，斗龙港闸混凝土碳化程度一般，同时，由于各构件混凝土的原设计标 号、混凝土的密实性及所处环境的差异，受到的侵蚀也不相同，从检测成果看， 构件碳化程度很不均匀，数值离散性较大。 2 4 2 钢筋混凝土中钢筋锈蚀率检测 对已产生较大翘裂的钢筋混凝土凿开取样，进行钢筋锈蚀率检测。由于取样 检测会对结构产生一定的破坏，故取样较少，但也反映了钢筋混凝土中钢筋锈蚀 的大体情况，测试结果见表2 5 。 表2 5 混凝土中钢筋锈蚀率检测成果表 部位 原直径( m m )锈蚀后直径( m m )锈蚀率( ) 2 5 2 3 4 81 1 7 9 3 。孔胸墙 1 09 4 21 1 2 6 2 。孔工作桥2 82 4 6 42 2 5 6 3 。孔公路桥 1 28 0 25 5 1 3 3 可见局部钢筋锈蚀率较大，这与工程所处环境密切相关。由于钢筋锈蚀将导 致混凝土与钢筋的握裹力显著降低，甚至消失，势必危及结构安全。 笠 第二章斗龙港挡潮闸观测与检测分析 2 4 3 混凝土氯离子含量检测与分析 对通航孔侧墙和工作桥以及挡潮孔已发生钢筋锈胀处的混凝土进行取样，分 析其砂浆的氯离子含量，检测成果如表2 6 所示。 表2 6 混凝土中氯离子含量样本分析成果表 部位 高程( m ) 外观氯离子含量( 水溶) 通航孔岸侧墙 7 2完好 o 0 2 9 l l 通航孔岸侧墙 2 o 完好 o 0 2 7 3 8 通航孔工作桥1 2完好 o 0 6 1 3 7 2 。孔闸墩 3 5完好 0 0 1 7 5 8 少孔t 粱 8 o锈胀o 惦0 2 5 2 。孔胸墙底面 2 5 锈胀 o 4 3 9 8 0 3 。孔胸墙底面( 上游面) 6 5 锈胀 0 0 8 4 4 9 矿孔胸墙( 上游面上部) 6 5锈胀o 1 4 3 0 7 。孔胸墙( 下游下坎面外侧) 3 1锈胀0 1 3 5 2 甜孔公路桥连接处 6 o锈胀0 3 0 5 3 从表中可以看出，有裂缝处的氯离子含量明显比混凝土完好处的要高，且氯离 子含量越高，钢筋锈蚀的可能性越大。对于混凝土中氯离子含量i 临界值的确定， 目前尚无统一标准，美国联邦公路局试验室认为o 1 5 水溶氯化物己能足够引起 混凝土中钢筋的锈蚀，本次检测显示闸室多处氯离子含量已接近或超过o 1 5 。 2 5 闸室混凝土结构强度与裂缝宽度变化 2 5 1 混凝土强度检测 斗龙港闸混凝土强度检测采用回弹法结合射钉法进行。回弹法按j g j ，2 3 9 2 回弹法检测混凝士搞压强度技术规程进行，并根据回弹值、碳化值、混凝土强度 的关系曲线计算得到测区的混凝土强度值。射钉法按a s t m c 8 0 3 - - 8 2 ( 美国) 硬 化混凝土的贯入阻力标准试验法进行，并根据射钉外露值与混凝土强度关系曲线 计算得出混凝土强度值。混凝土强度检测结果如表2 7 所示。 由成果表可知，检测的混凝土强度均大于设计强度，一般均超出一倍以上， 这是由于经过3 0 多年混凝土强度随时间有了较大的发展。 扣i 海人学工程硕士学位论文 表2 7 混凝土结构强度测试成果表 强度( m p a ) 孔号构件设计标号 变化范围平均值 左闸墩 2 5 6 - 3 1 92 8 7 1 4 0 右闸墩 2 4 m 0 5 22 9 8 通航孔工作桥上游t 粱 2 7 i , - - 4 3 83 7 7 工作桥下游t 梁 3 6 7 , - 4 1 83 9 31 7 0 # 公路桥t 巢3 7 2 - - 4 5 2 4 2 4 2 5 2 裂缝宽度在闸门启闭时的变化 本次检测在5 。孔工作桥下游侧t 梁上安装了千分表引伸装置，以观察该梁的 3 条主要裂缝在闸门启闭前后的变化情况，其测点布置如图2 5 所示。 i引童 o l ，莓 图2 5 裂缝开展测点布置示意图 通过弧形门的4 次启闭过程发现，工作桥t 梁裂缝宽度在闸门开启过程中会 有所增长，增长值在( o 抛5 ) 1 0 2 m m 左右，闸门关闭后裂缝基本恢复至原有 宽度，且、测点值大于、测点值，这主要与裂缝的分布有关。 2 6 钢闸门检测及分析 2 6 1 构件腐蚀等级 构件的腐蚀等级可分为五级，各级的含义如下： 1 、轻微锈蚀：构件表面有薄层浮锈，或不太明显的锈迹。 2 、一般腐蚀；构件表面有少量明显的锈斑、锈坑，但深度较浅，或有零星 较深的锈坑。 3 、较重腐蚀：有较密的浅锈坑，而且局部连成一片或锈坑较深，集中于构 件的重要部位。 第二章斗龙港挡潮闸观测与检测分析 4 、严重腐蚀：构件两面锈坑成片，或较深锈坑且密布成片，构件断面严重 削弱。 5 、腐蚀损坏：构件的坑蚀密布，厚度明显减薄并出现局部穿孔 2 6 2 检测方法 钢闸门检测采用普查和重点检查相结合的方法，普查主要由检查人员对各孔 闸门钢架构件的腐蚀状况进行外观目测，辅以少量实测，对钢架构件打分，从而 评定各构件的腐蚀等级重点检查则是对通航孔上、下2 扇直升门在普查的基础 上，详细检查每根构件的剩余厚度，严重腐蚀的部位，构件的损坏情况等，综合 评定构件的腐蚀等级。 2 6 3 检测成果与分析 l 、排水孔 2 8 4 孔钢闸门钢架构件的腐蚀等级如表2 8 所示。 表2 8 钢闸门钢架