三堡一线船闸大修水工设计关键技术

    李晓燕 张公略

    摘 要：针对三堡一线船闸在长期超负荷运行情况下出现的结构安全隐患问题，主要采取了浆砌块石结构闸室系船钩更换技术、浆砌石靠船墙综合结构加固技术和粉土地基条件下变位翼墙多措施的综合处理技术等多项具有创新性的设计技术，合理有效地解决了船舶大型化超负荷运行船闸水工结构安全隐患问题，可为类似船闸大修及相似工程修复提供借鉴。

    关键词：关键技术;水工设计;船闸大修

    中图分类号：U641? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）03-0071-03

    1 工程概况

    三堡船闸位于杭州市东南四季青镇三堡村，是京杭运河与钱塘江沟通的枢纽工程，目前建有一线与二线船闸。其中一线船闸为五级（300t）船闸，闸室尺度为160×12×2.5m，设计年通过能力为300万t，于1989年2月正式投入营运。一线船闸自建成至今已经接近30年，曾经于1999-2000年进行过一次大修，也实施过多次小规模的改造工程，船闸目前运行基本正常，但距离上一次大修也已经超过15年，且船闸始终处在超负荷运行状态。除了船闸的常规维护保养外，大的检修（特别是水下部分）无法进行，闸、阀门启闭机械已经远超设计寿命，经检测，部分钢结构锈蚀较严重，上闸首工作闸门其承载能力已经不满足安全使用的要求;由于船舶大型化明显，船闸主体及引航道的水工建筑物均出现不同程度的破损情况，2000年大修时增建的引航道靠船建筑物出现了局部坍塌，给船闸结构和运营带来了一定的安全隐患，结构耐久性大大降低，迫切需要进行大修，以恢复和部分提高船闸的设计状态，满足船舶的安全、高效过闸要求。

    2 船闸现状分析

    根据检测报告及现场踏勘，一线船闸主体结构没有发现异常的位移和沉降情况，闸室局部位置在泄水过程中发现有漏水情况，闸首和闸室内壁混凝土及浆砌石表面磨损严重，局部粗骨料外露，闸室内系船和防撞设施损毁严重。上游引航道导航靠船建筑物未发现异常的位移和沉降情况，主要为混凝土表面磨损和碰撞破坏，东侧圆弧段翼墙与直线段翼墙连接处顶端砌石勾缝脱落，有明显松动痕迹，墙顶砼压顶开裂。下游引航道东侧靠船墙出现局部坍塌，其它导航靠船墙未发现异常的位移和沉降情况，主要为混凝土表面磨损和碰撞破坏。具体见图1～图4。

    3 水工设计关键技术

    本项目依据检测报告及现场踏勘和业主协调会相关要求，按照规范技术要求进行设计，其总体设计原则如下：

    （1）通过船闸大修工程的实施，恢复和部分提高原船闸的设计状态，船闸的规模、等级和标准保持不变，设计水位及组合维持原设计。拆除重建的阀门、附属设施应满足目前实际过闸船舶的使用要求，按照1000吨级船舶进行设计。

    （2）充分考虑大修工程的工期要求，根据检测评估报告、历史大修情况、船闸改造情况、运行使用情况及检修养护情况，综合确定大修的内容，重点对影响结构安全和不满足目前的船舶高效过闸使用要求的工程内容进行改造。对于水下部分，待闸室及引航道抽水形成干地条件后，进一步确认水下大修内容。

    （3）选择合理可行的施工方案，加强施工期间现有建筑物的位移沉降观测工作，确保施工安全。

    （4）加强施工组织设计，合理安排施工顺序，尽可能减少大修的停航时间，最大限度地降低对航运企业和社会的影响。

    （5）合理采用新技术、新工艺、新材料和新设备。

    其中，为了恢复和提高结构及使用安全性，水工建筑物的大修内容如下：

    （1）对下游引航道东侧坍塌的浆砌块石靠船墙进行加固修复。

    （2）根据引航道抽水位的导航靠船墙前沿的实际淘刷情况，确定墙体是否采取加固及墙前的垂直及水平防护措施。

    （3）船闸闸室内壁部分系船钩更换。

    （4）对导航靠船墙墙体的松动、破损部位，局部坍塌的护坡、护面结构进行修复。

    （5）对粉土地基条件下变位翼墙进行多措施的综合处理。

    3.1? 浆砌石靠船墙综合结构加固技术

    该问题主要发生在下游引航道东侧靠船墙，因船舶大型化，在长期超负荷运营下，墙体前趾受水流及船行波影响，被逐步掏空后发生墙体失稳造成塌陷，坍塌段長约140m。

    针对该问题，设计中首先考虑围堰围护进行干地加固，但是该段墙体后侧即为引水涵洞，该涵洞不能停止引排水，且引水箱涵底部透水，围堰围护后航道水位仅能降至2.0m左右，须采取水上施工;同时还需确保墙后箱涵安全稳定，加固后墙体的抗掏刷能力及抗墙后粉土的流失能力应得到提高。

    为此，对该段墙体采取了如下结构加固技术：①墙前打设钢板桩;②拆除浆砌石挡墙2.0m高程以上墙体;③下部新墙体及上部新墙体的底板浇筑;④2.0m以下部分墙体及墙后灌浆加固;⑤C25砼重新浇筑上部墙体，前沿2.5m高程以上40cm砌筑MU30的浆砌石，砌筑砂浆为M15。整个施工过程中应加强箱涵及围堰渗水监测，围堰渗水出现浑浊应立即采取反压反滤措施。墙顶高程维持现有高程，墙顶设置50kN系船柱，墙前设置轮胎护舷，结构分段长度14m，共分为10段。具体见图5。

    加固后，经观测，墙体处理安全稳定，总体表现良好，在多种受限条件并存的情况下，实现了该段墙体的成功加固。

    3.2? 浆砌块石结构闸室系船钩更换技术

    三堡一线船闸闸室墙体为浆砌石结构，系船钩仅通过较小的系船块体嵌入墙体，由于长期超载、超负荷运行，导致闸室内大量系船钩缺失和损坏，考虑到文保需要，修复后墙体结构不能发生较大变化，因此采用原位更换加固的方案，但因系缆力要求增大，需确保系船钩锚固牢靠，从而对系船钩补设方案进行了针对性设计，主要设计技术为：采用系船钩斗式钢底座，用来增强锚固力，并防止钩体断裂后飞出伤人。底座上设置系船钩锚固螺栓，通过螺纹通孔用螺栓连接系船钩。

    具体技术方案如下：①局部凿除原系船结构混凝土预制块，并清理老混凝土界面;②考虑浆砌石锚固力不足，每个底座后侧采用9根化学锚栓锚固在墙体上;③安装斗式钢底座，底座与化学锚栓之间采用穿孔塞焊固定;④沿斗式底座顶部灌填高强环氧树脂胶;⑤浆砌块石墙身内的系船钩通过中间钻孔进行压力灌浆，压力不小于0.6MPa;⑥安装系船钩。如图6所示。

    按照上述技术方法，三堡一线船闸成功更换了闸室系船钩，运行使用情况良好。

    3.3? 粉土地基条件下变位翼墙多措施的综合处理技术

    船闸大修期间，下游东侧翼墙排水后发生突变，产生了较大的位移和沉降，分析其原因主要是墙底粉土流失，在较大的墙顶荷载作用下，引起墙体倾斜。该问题为突发问题，须及时处理，但是因下游引航道水位仅能降至2.0m左右，须采取水上施工。另外，墙体加固时，须确保闸首安全稳定。

    针对该问题，采用以下综合加固措施：①先行开挖墙后填土进行卸荷;②拆除发生倾斜的部分上部墙体;③采用高压旋喷桩加固处理地基，要求加固后的高压旋喷桩抗压强度不小于2.5MPa;④对于保留墙体采用灌浆处理，建议采用自上而下灌浆法，灌浆压力为0.4MPa，同时也对墙后填土进行灌浆处理，减小土压力;⑤采用C25砼重新浇筑上部墙体，墙后回填碎石等材料，减小土压力，同时加强墙后反滤;⑥墙前砌筑MU30的浆砌石，砌筑砂浆为M15，以保持外观的统一。如图7所示。

    经上述综合措施处理后，墙体安全稳定。经检测，粉土中高压旋喷桩抗压强度均大于5.0MPa。

    4 结语

    水工建筑大修具有工程内容多，工程量小，实施修复技术难度大，对施工要求高等特点。本文详细介绍了三堡一线船闸大修水工设计的靠船墙修复、系船钩更换及翼墙修复等关键技术。2018年4月三堡一线船闸按照上述方案完成了船闸大修任务并通航，实践证明该水工关键技术在保证施工安全的前提下，恢復和部分提高了原船闸的设计状态，满足了船舶的安全、高效过闸要求。

    参考文献：

    [1] 浙江省交通规划设计研究院有限公司.杭州三堡一线船闸大修工程方案设计[R]. 2017.

    [2] 浙江省交通规划设计研究院有限公司.三堡船闸工程水工结构物检测报告[R]. 2017.

    [3] 浙江省交通规划设计研究院有限公司.杭州三堡船闸闸门及启闭机安全检测及评价报告[R]. 2017.

    [4] 船闸检修技术规程. JTS 320-3-2013.

    [5] 公路桥梁加固施工技术规范. JTG/T. J23-2008.