杭甬运河新坝船闸下闸首底板加固改造技术

来源:用户上传      作者:石进 张公略 肖骏 李浙江

　　摘要：本文以杭甬运河新坝船闸下闸首底板加固改造为例，针对船闸通航水深不足的情况，创新性地提出了下凹式闸首底板的改造技术，在有效保证闸首底板结构安全的前提下，解决了既有船闸闸首区域通航水深不足的问题，为存在类似情况的既有船闸闸首底板的加固和改造提供了参考和借鉴。
　　关键词：船闸;底板;修复;创新
　　中图分类号：U641文献标识码：A文章编号：1006―7973（2022）08-0112-04
　　1工程概况
　　杭甬运河新坝船闸位于杭州市萧山区义桥镇南侧，按500吨级标准设计，闸室有效尺度为200m×12m×2.5m，设计船型吃水深度为1.85m，设计年过闸货运量通过能力为1020万吨（双向），于2009年1月建成运营，是杭甬运河杭州段沟通浦阳江和西小江的咽喉要道。
　　新坝船闸下闸首为现浇钢筋混凝土整体坞式结构，平面尺度为16.0m×22.1m（顺水流向×垂直流向），闸门型式为平面提升门，输水系统为短廊道集中输水系统，基础为水泥搅拌桩复合地基+扩大基础。
　　近年来，在下游季节性低水位期间，新坝下闸首区域经常发生船舶触底碰撞事件，造成下游浆砌块石护坦、钢筋混凝土护坦及下闸首底板破损。浆砌块石护坦中的块石被带入下闸首区域，卡在闸门门槽附近，造成平面提升门门底变形，闸门漏水。新坝船闸运营中心多次安排潜水员进行水下清障，发现下闸首门槛破损日益严重，且有加速趋势，更严重的是船舶撞击导致新坝船闸下闸首底板顶层主筋被拉断，严重威胁下闸首结构安全和过往船舶的通航安全。
　　2020年7月，新坝船闸运营中心对新坝船闸下闸首门槛等结构进行水下探摸检查，并对结构安全性进行检查和评估。
　　检查结果表明：下闸首门槛顶面中部4m范围内有明显碰撞破损，门槛侧面中部4m×0.3m（长×高）范围内保护层全部剥落，钢筋外露，翘起碍航部分已被割除;门槛顶面破损变形上翘压条已割除。下闸首中部消力槛顶面有明显碰撞破损，1处开裂，侧面有砼剥落，钢筋外露。根据《水运工程水工建筑物检测与评估技术规范》（JTS304-2019），经检测评估，下闸首结构安全性和耐久性已不满足国家有关标准要求，结构破损已显著影响结构承载能力，结构安全性评级为C级，结构耐久性评级为C级，应及时进行修复，补强。
　　2破损原因及影响分析
　　新坝船闸自2009年建成通航以来过闸船舶数量和过闸货运量逐年增长，2019年过闸货运量达到了1915万吨（双向），已经远超原设计通过能力（1020万吨），处于超负荷运行状态，水工建筑物老化严重。新坝船闸设计船型的吃水深度为1.85m。近年来船舶大型化趋势明显，目前实际过闸船舶的吃水为2.1～2.6m，少数吃水达2.8米，超标严重，特别是近年来船舶为了保护螺旋桨普遍加设了拖泥设施，船舶实际吃水进一步加大，在下游低水位期间大型船舶极易触底碰撞。超负荷运行和船舶大型化是导致下闸首底板破损的主要原因。
　　过闸船舶的触底碰撞对船闸的影响如下：
　　（1）影响过闸船舶的通航安全。下闸首底板顶层被船舶刮起的钢筋及下游浆砌石护坦被带至下闸首底板区域的块石极易造成过往船舶的搁浅和损坏，造成船闸的堵航，并可能会进一步引起相关的社会问题。
　　（2）影响船闸的结构的安全性和耐久性。下闸首门槛顶层混凝土受损剥蚀较深，范围较大，且主受力钢筋被切断割除。主受力钢筋的缺失会完全改变闸首底板的受力状态，已严重影响下闸首的结构安全，如不及时修复，很可能产生严重的结构安全事故。另一方面，对于主受力钢筋尚未割除的底板顶面，因表面的混凝土破损，钢筋出露导致的钢筋锈蚀会进一步引起混凝土面层结构胀损剥落，如果不及时修缮处理，结构的耐久性将进一步降低进而影响船闸的安全运行。此外，在关闭闸门过程中被刮起的块石、混凝土及钢筋等对闸门门体也会造成一定损伤。同时，下闸首也是浦阳江防洪墙的有效组成部分，闸首结构的损坏可能还对防洪带来不可预见的影响。如果水工结构的破坏加剧，还会使未来的维修成本成倍攀升。
　　（3）影响船闸运行的效率。由于底板的破损和闸门的变形，下闸首底板顶面和钢闸门之间在关闭状态下存在较大的漏洞，将增大船闸闸室内水体的渗漏量，影响船闸的充泄水时间，进而影响船闸的运行效率。
　　3下闸首底板加固改造技术
　　3.1技术思路
　　为快速合理有效地修复闸首底板并解决船舶卡阻现象，在管理和工程措施中考虑了以下几个方案：①将闸首底板恢复原状，控制过闸船舶尺度或提高下游最低通航水位。②根据船舶底部形状和拖泥设施的布置将闸首底板改成下凹的形状，增加门槛水深。
　　按照方案①将降低船闸的通过能力，对经济和社会产生较大影响，且提高船闸设计水位涉及一系列审批程序。按照方案②基本可以解决方案①中的船闸通过能力问题，但是底板结构的改变会导致其内力重新分布，可能会影响结构安全，因此，该方案需要深入分析研究，做到技术可操作，施工快速便捷，结构安全可靠。为实现这一目标，我们创新性地提出了一种船闸闸首底板下凹式加固改造技g。
　　3.2改造技术
　　闸首底板下凹式加固改造包括下凹式底板改造和的下凸式闸门改造。改造的下凹式底板由原底板凿除后的保留结构加上预制钢结构锚固构件及固定钢结构的新浇部分底板组成;改造的下凸式闸门包括原闸门，新增门体和新增止水。
　　（1）闸底板下凹改造技术。下凹式底板改造需要首先凿除下闸首中轴线两侧3.5m范围内的底槛表层混凝土0.34m，开设凹槽。凹槽两侧局部加深，作为锚固构件安装槽。外露的下闸首底板钢筋留出一定长度，其余部分割除。锚固构件有一系列的钢板焊接而成，放置于开设的底板凹槽两侧的安装槽内，断开的下闸首底板钢筋焊接于格型预制钢结构肋板之上。然后在开设的底板凹槽表面粘贴钢板，钢板与预先植入在底板凹槽底部的钢筋穿孔塞焊，同时两侧与钢结构锚固构件焊接，形成一个稳定的锚固体系。最后在所有缝隙及格型预制钢结构锚固件隔仓内灌填环氧砂浆，形成最后的下凹式底板结构。通过此种方法，凹槽底部的钢板代替了原底板顶层钢筋，并通过格型预制锚固钢结构件与原底板形成一个牢固的整体。

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