独流减河防空闸除险改建

独流减河防空闸除险改建

独流减少河口的防风港位于天津市大港区独流减少河口。原来的大门建于1968年。主要功能为平时挡潮、御沙、汛期泄洪,大港电厂建成后,利用槽蓄海水供电厂机组循环冷却用水。防潮闸原行洪能力3200m3/s,相应上、下游水位分别为2.86m和2.76m(56年黄海高程)。原设计全闸共26孔,中间过流孔22孔,单孔净宽10m,闸墩厚1.0m,闸室总宽286.8m。闸室底板为分离式结构,墩底板为灌注桩基础,每个墩底板下布置4～5根灌注桩,闸室上游设有钢筋混凝土铺盖,下游接消力池,池长15m。防潮闸工作门为升卧式平面钢闸门,尺寸为10.0m×6.9m(宽×高),由4台2×250kN活动台车式启闭机启闭。1原闸的不足及措施防潮闸建成以来,对天津市防洪、挡潮御沙起了很大作用,但经过20多年运用,存在下述一系列问题。(1)闸上、下游淤积严重,据1989年实测,闸下淤积厚度已达3～4m,使行洪能力由3200m3/s降至1200m3/s。(2)长期受海洋环境侵袭,工程老化、碳化严重,1992年对该闸的检测结果说明:上部结构破坏严重,机架桥、排架柱、公路桥等梁柱都有裂缝,最大缝宽20mm,深40mm,平均碳化深21mm,1/3超过梁的保护层,部分大梁混凝土严重剥落,钢筋外露,混凝土平均强度仅15.2～18.5MPa。(3)闸门长期受双向海水浸泡及海生物作用,面板、次梁、腹隔板多处锈穿,难以修补。升卧门吊点在上游面板下端,常被淤埋,用自动抓梁无法起吊,虽经闸管所在吊点上加设2.5m长拉杆,使吊点上移,解决了挂钩问题,却不能提到原设计高程,孔口不能全开,影响泄洪。(4)22孔闸门以4台活动台车启闭,费力、费时,不能满足赶潮启闭需要,加之淤积严重,启门力明显不足。(5)桩基受力过大,闸室稳定不满足要求。地震工况计入阻滑板作用,单桩水平受力达426kN,不满足规范要求。(6)闸基及周围地面逐年下沉,20多年地面已下沉0.6m,闸底板下沉了0.45m,沉降导致闸室水平受力条件恶化,桩基超载更多。(7)交通桥、工作桥设计标准偏低,已不能满足现今交通和启门荷载之需要。由于存在上述问题,严重影响着原闸的安全运行,根据水利部水规137号要求,必须对防潮闸进行除险改建。防潮闸除险改建工程设计由水利部天津水利水电勘测设计研究院(以下简称天津院)承担,1991年8月底,水利部水电规划总院和海委对天津院编制的《独流减河治理恢复3200m3/s可行性研究报告》进行了审查,1992年元月,水利部水电规划总院对可行性研究补充报告进行了审查,通过了该报告的扩建原闸室方案。1992年9月完成初设并于11月通过了部、委审查。天津院于1993年6月完成标书设计,同年8～12月陆续完成技施设计的全部图纸,保证了工程的如期开工和施工的顺利进行。工程于1994年10月完工,1995年6月12日竣工验收。2地理位置及设计工程地处平坦的滨海沉积区,闸址附近地面高程2～4m(85国家标准,下同),闸上游河底高程-2～1.0m,淤积厚度1～3m,两岸河漫滩宽30～50m,高程1～3m。闸下游为潮间带,淤积厚度3～4m,两侧河漫滩宽30m,两岸堤顶高程5.6m左右。闸址地区为第四系海陆交互沉积层及人工填土层,Ⅲ2层为闸基主要持力层,顶部1～2m已淤泥化,呈流塑状、强度低。该层上部属极软层,抗滑和变形难以满足浮阀式基础要求,设计采用桩基是适宜的。此层厚度大,渗透系数小,是良好隔水层,不存在基础渗漏和渗透稳定问题。工程区地震基本烈度为7度,设防烈度为7度。3防水门的额外保险设计3.1改建设备方案建闸时灌注桩用于闸基尚处于初期,单桩设计承载力取值过大,地震工况计入阻滑板作用,单桩水平受力达426kN,最大垂直受力1402kN,最大最小垂直力比值12.2;根据改建设计条件,单桩水平最大荷载391kN,垂直最大荷载1313kN,不均匀系数6.1,不满足规范要求。经计算,每个墩底板需补加2～6根桩。鉴于原闸墩底板只有2m宽,无法在墩底板上补打灌注桩,因此设计方案为将闸室向上游方向加长6m,中孔4#～24#墩新加底板宽5.0m,均增加2排6根灌注桩,其余各新加墩底板宽3.6～5.0m,增2～4根桩,共增设144根,桩径0.8m,桩长16～20m。新老桩底板采用刚性连接,使新老桩形成整体共同承担水平荷载和垂直荷载。3.2启闭机设备设计方案比选闸门型式和启闭方式是影响闸室布置的主要因素。原设计防潮闸采用升卧式平板钢闸门,由于其吊点在闸门的下部,降低了机架桥的高度,但钢丝绳长期浸泡在水下,锈蚀速度快,需频繁更换。此次除险改建设计重点比选了直升门上顶式油压启闭机方案、升卧式闸门上拉式油压启闭机方案和直升门固定卷扬启闭机方案。经比较研究认为:直升门上顶式油压启闭机方案可以不设启闭机工作桥,可降低排架柱高度,抗震性能好,但闸门和油缸交错布置,闸室结构复杂,闸墩受力条件较差;控制室分散布置,不便集中管理;油压启闭设备安装要求精度高且维修难度大,因此,该方案不宜采用。升卧式闸门上拉式油压启闭机方案,由于升卧门的原因,可降低启闭机工作桥高度,但在运行时启闭机采用水下自动挂钩,吊点设在闸门上游侧下部,常被门前淤泥掩埋,自动挂钩难于实施,启闭易出事故,不利于赶潮启闭,且给维修、管理带来困难,故此方案也不宜采用。直升门固定卷扬启闭机方案运用灵活,操作方便,维修简单,运行可靠度高,能适应赶潮启闭要求,对工作桥结构进行适当加强,可满足抗震安全要求,故设计采用该方案。3.3工作桥、交通桥、汽车桥改建设计保留原工程的闸底板和桩基,将原交通桥、工作桥和部分闸墩拆除,将闸底板向上游接长6m,总长为21m,新老墩底板按刚性连接设计,3#～25#加长的新墩底板宽3.6～5.0m,各墩底板下增设直径80cm灌注桩2～6根。闸墩相应向上游加长并加高,墩长20.45m,闸墩在交通桥段顶高程为5.2m,其余段墩顶高程为6.5m,交通桥面高程6.5m。闸墩在交通桥段以前加厚至1.2m,其余为1.0m。交通桥、工作桥重建。为降低闸门和启闭机工作桥高度,在闸底板前半部设宽顶堰,堰长8.5m,堰顶高程-2.8m,闸底板后半部为原底板,底板顶部高程-3.38m,宽顶堰与下游侧底板用1∶1.5坡相连接。工作门槽、上下游检修门槽和启闭机工作桥布置在新闸室的上游侧,交通桥布置在新闸室的下游侧。工作桥总宽5.1m,其上修建轻型启闭机房;交通桥总宽9.0m,设计标准为汽20—挂100;重新调整和修建闸室两岸对外交通道路,并对闸室上下游被破坏的消能防冲工程予以修复。3.4新旧门板与门廊之间的刚性连接设计3.4.1钢筋地面钻孔、浇入新底板改建的闸底板结构仍采用分离式,新底板由老底板前沿向上游延长6m,新老底板刚性连接,共同承担上部传来的荷载。在老底板上游端面和表面3.37m长范围的板堰接触面处,凿毛露出旧钢筋,将老底板下层钢筋调正放平后,使其深入新底板锚固长度不小于25d,并与新底板下层钢筋交错焊接;沿老底板上层纵向钢筋一一对应焊接ϕ16短插筋,伸入新底板,长度不小于25d;堰坎的上层布筋后部以1∶1.5坡度穿过新老底板界面,于坎尾锚入老底板结合槽中。在新浇底板混凝土配料中掺有适当比例UEA膨胀剂,以补偿混凝土的收缩。老底板凿毛面应清洗干净,浇注前洒水达到饱和面干,并涂水泥净浆,以保证结合面质量。新老中底板以结构缝分开,各自独立工作,在中孔老底板加堰范围顶面凿毛处理,在结合面上打插筋,间距0.5m,梅花型布置。3.4.2新闸墩混凝土浇筑老闸墩拆除后保留长度7.2m,改建工程将其接长加高,改建后闸墩总长20.45m。为保证新老闸墩的结合质量,设计采用的主要技术措施如下:(1)保留老闸墩体型为台阶型式,以利剪力的传递。做好原闸墩拆除和凿毛界面的清洗工作,清除浮渣和松动的碎混凝土,钢筋除锈刷净,界面洒水湿润,做到饱和面干,并涂1∶0.4水泥净浆,在垂直结合面随浇随涂,以利结合。(2)新闸墩与老底板结合面上相应竖筋位置先打ϕ20插筋,锚入底板25d。沿老闸墩拆除轮廓面在断面中心线位置打插筋ϕ20,间距0.5m,为提高插筋的锚固质量,在水泥砂浆锚固剂中适量掺入膨胀剂和早强剂。(3)新闸墩与老闸墩连接部位的竖筋、水平筋与老闸墩对应钢筋一一焊接并保证焊缝长度和焊接质量。(4)老闸墩连接部位各台阶顶面均应凿除尖角,并在相应部位的新闸墩钢筋网上布45°角ϕ16防裂剪力筋,每侧3根,间距20cm,单根长80cm。(5)新闸墩混凝土强度R200,抗冻D150,抗渗S10,三级配,在混凝土拌和时按规定数量掺UEA膨胀剂,以补偿混凝土收缩。(6)旧闸墩两侧门槽埋件用气焊割除,在老门槽部位相应于闸墩部筋位置增补钢筋网,并以膨胀混凝土封堵。3.5冬季施工技术要点水工混凝土施工规范规定寒冷地区的日平均气温稳定在5℃以下或最低气温稳定在-3℃以下时,混凝土浇注必须采用冬季施工技术。基于工程施工条件和施工总进度要求,防潮闸改建工程三桥板梁预制全部在1993年11～12月冬季浇注,工地没有室内预制条件,均在现场露天预制施工,而闸底板浇注混凝土须在1994年最冷的1月进行,才能保证工程按时竣工。采用暖棚蓄热法施工耗资巨大,经深入研究,确定采用天津市建筑科学研究院掺抗冻剂的冬季施工技术,提出了“闸底板和三桥板梁冬季施工技术要求”,对混凝土冬季施工的各个环节作了详细的阐述并提出了严格的要求。冬季施工的主要技术关键是:按照设计要求选择外加剂;对水泥、砂、石、骨料进行严格的质量控制;做好基础保温,按设计混凝土配比配料,严格控制计量和掺气量,控制拌和时间、出机温度、入仓温度和养护覆盖时混凝土的温度;做好保湿保温工作。经各方共同努力,使三桥板梁预制和底板混凝土冬季施工获得成功。3.6湿喷补偿收缩砂浆覆盖保护改建工程在保留7.2m长的老闸墩基础上加长、加高,老闸墩经20多年运用,表面空蚀、碳化破坏严重,在潮位变化区,内部钢筋锈蚀严重,裂纹丛生,加固处理首先必须将表面老混凝土凿除,然后利用湿喷补偿收缩砂浆进行覆盖保护。该方法是近年发展起来的一门新工艺,且多用于南方,把这门技术引用到北方尚属首次。采用湿喷补偿收缩水泥砂浆覆盖保护,保护层具有高强、高密、防腐、防裂、与老墩结合牢固的特点,主要技术要点是:按设计要求进行砂浆配料;掺入适量江苏水科所研制的常温Ⅰ型复合添加剂;老闸墩表面做好凿毛处理,凿除老化、空蚀和裂缝混凝土;钢筋除锈并切除严重锈蚀钢筋焊接新钢筋代之;砂料筛除不合格粗粒,拌制稠度适宜的砂浆;送入低压灰浆泵湿喷,控制好喷射距离和射角,自上而下分区、分两次喷射,掌握好间隔时间,最后抹平、养护。经工程指挥部、设计、施工单位共同努力,终使湿喷技术在本工程获得成功。3.7三桥式钢筋混凝土腐败方案为提高三桥在海滨条件下的抗腐能力,防潮闸三桥均采用了内掺和外涂的防腐技术。3.7.1减水剂和空白混凝土引用南京水科院的粉煤灰双掺混凝土技术,即用一级粉煤灰,以超量取代水泥方式,掺入混凝土,同时掺减水剂配制而成。它可大大提高混凝土的密实性和抗渗性能,而其强度、抗冻性能与不掺的空白混凝土相当,根据南京水科院实验结果其抗侵蚀能力可以提高40%左右。双掺混凝土的设计指标:混凝土设计强度R300,抗冻标号D150,抗渗为S4,坍落度控制5～7cm,混凝土含气量控制4%～6%。3.7.2面喷涂涂料三桥除混凝土采用双掺技术外,还在三桥的主次梁、排架柱表面喷涂江苏省水科所研制的HZ902厚浆型涂料,对梁、柱表面进行外封闭。HZ902具有含固量高、粘结能力强、喷后涂层硬度大、密封性强和施工方便等特点,其防腐性能优良。4高校学、深刻度的除险加固设计我国在六七十年代