沿海地区水闸设计有关问题探讨

韩良凯

(丹东市水利勘测设计研究院，辽宁 丹东 118000)

1 工程概况

新立闸位于东港市大孤山镇新立屯村东南方向，距新立屯村约1km，横跨于小洋河河道，东西走向。主要任务是蓄水、挡潮，将咸淡水域分开。综合利用水资源、改善小洋河水环境等方面将起到重要的作用。本闸泄洪设计标准为10a一遇，校核标准为30a一遇，挡潮标准为20a一遇。

采用钢筋混凝土结构，最大过闸流量为296.0m3/s(P=3.3%)，该闸自上游到下游共分为4段，分别为15.0m上游铺盖段、14.0m闸室段、24.5m消力池段、27.0m下游海漫段。新立闸共5孔，每孔净宽5.8m，高5.1m。闸室左右两侧河滩地采用溢流堰，左右坝体长度均为106.6m。在河道左侧河滩地修建人行桥，人行桥长110m。在新立提水站附近修建管理房，管理房面积75m2，内含设备室，控制室，变、配电室。

以东港市新立闸工程为例，探讨沿海地区水闸设计中普遍存在的共性问题进行分析。①如何解决沿海地区闸基础液化、渗漏问题；③如何可以直观、有效地检测闸基处理的效果；③在感潮河段建设新立闸，如何解决海水侵蚀问题。

2 工程设计

2.1 基础液化，渗漏问题

对于地基土中的液化土层，设计中一般可以采取挖除置换、强力夯实、桩基础等常用处理方法。

1)液化土层厚度不大时，基础外边缘每侧外伸加密或换土处理的宽度，≥1倍换填基床厚度，且≥2.0m(换填后顶面应力大于地基承载力)。

2)将液化土层全部挖除，置换为砂石或灰土垫层。

3)采用强力夯实法(如强夯，挤密砂桩，振动振冲加密等)，将可液化砂土中的孔隙水排出，提高土的密度，挤密液化砂土，减少沉降量，增加地基承载力，成为不液化地基。对于加固工程，应处理至液化深度以下。

4)对于较深厚的松软地基，尤其是上部为松软土层、下部为硬土层的地基。桩基必须嵌入非液化土层，桩端嵌入碎石土，砾、粗、中砂，坚硬黏性土≥0.5m；对其他非岩石土≥1.0m。

新立闸底板底面高程为-2.10--2.30m来看，闸基以下地层为粉砂、细砂及圆砾。其中粉砂层较薄，且厚度稍有变化，属严重液化，不经过抗液化处理不宜直接作为天然地基持力层。细砂层虽然厚度较大，承载力相对较高，但上部约6m厚中等液化的部分不经过抗液化处理也不宜作为天然地基持力层。圆砾层承载力高，若作为天然地基持力层开挖量较大，不经济。经施工、工程投资比较，本工程采用高压摆喷围封板墙技术，沿闸底板四周，设置摆喷板墙一道，板墙厚0.2m，深度至-15.2m高程(粉细砂层底部)。设置高压摆喷围封板墙既解决了闸基液化，又解决了防渗。同时高压摆喷围封板墙较常规的灌注桩基联合防渗方案节省资金30%。同时降低施工难度，处理效果十分显著。

2.2 如何对闸基础处理效果进行检测

根据《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》对高压摆喷灌浆的质量检查可采用围井检查法及钻孔检查法。以上两种检测方法仅能检测高压灌浆渗透情况及厚度较大和深度较小的高喷墙，不能检测出高压灌浆墙体是否连续，厚度是否均匀。针对以上问题，新立闸工程高压摆喷围封板墙采用电磁波进行地下雷达扫描方法进行地下部分的检查[1]。

本工程完成地质雷达测线共计5条，同时用GPS进行现场场地定位。工程区内主要的地质体主要为混凝土墙体，墙体外部的黏土，根据原地质部门勘探，由上往下主要岩性为粉砂、细沙、砂砾。工程量统计表详见表1。

表1 工程量统计表

地质雷达是物探勘察中的一种高精度无损探测技术。地质雷达的工作原理是以脉冲形式的高频宽带电磁波向地下发送，电磁波在地下介质传播过程中，当遇到存在电性差异的地下目标体(或埋藏物)。电磁波发生反射返回到地面，再由接收天线接收。

根据电磁波原理，地质雷达对接收到的电磁波进行信号处理和分析，根据信号波形、强度等参数来推断地下目标体的空间位置、结构及几何形态，清晰反映地质现象，从而达到对地下介质的探测。本工程地质雷达探测采用GV-100型探地雷达系统，100M天线，探测深度可达15-20m。地质雷达数据采集后，最终得到各测线的成果图，见图1。

新立闸工程中对高压摆喷墙采用了围井试验，同时还采用较先进的地质雷达探测进行物探，完成地质雷达测线5条，给出地质雷达检测的结论，再次验证了本次地基处理的良好成效。通过地质雷达检测技术在高压摆喷墙检测中的应用情况得出以下几点：

1)地质雷达检测法对高压摆喷墙进行无损探测具有优良的穿透深度，检测效率高，检测结果可靠度高，不影响摆喷墙的使用寿命。

2)能够准确检测高压摆喷墙施工中存在的各种病害，将各种病害消灭在萌芽状态中，避免造成安全隐患。

图1 各测线成果图

2.3 沿海地区混凝土侵蚀问题

盐雾地区许多混凝土工程都面临着耐久性不良的严重问题，混凝土侵蚀主要有混凝土碳化、氯离子侵蚀、冻融循环等。海水侵蚀主要是海水中的氯离子、镁离子及硫酸根离子与水泥中的氢氧化钙发生化学反应生成硫酸钙和氢氧化镁等化合物。由于新形成物不断析出，导致反应产物体积膨胀，混凝土孔隙结构遭到内应力破坏，混凝土强度降低，从而造成混凝土构件内部出现裂缝并不断扩展，钢筋锈蚀，甚至剥落[2]。

新立闸位于盐雾地区，该闸主要任务是蓄水、挡潮，将海水淡水分开。本次设计选用普通硅酸盐水泥的同时，采用了防腐硅烷浸渍剂对闸墩、基础及钢筋混凝土闸门进行涂抹。以达到提高混凝土结构的耐久性。

硅烷浸渍剂化学名称是异丁基三乙氧基硅烷液体，为无色透明液体。可用于配制防水产品。小分子结构可穿透混凝土表面，渗透到混凝土内部与暴露在酸性或碱性环境中的空气及基底中的水分子发生化学反应，形成防水层，抑制水分进入到基底中。产生防水、防氯离子、抗紫外线的性能且具有透气性。可有效防止基材因渗水、日照、酸雨和海水的侵蚀而对混凝土及内部钢筋结构的腐蚀、疏松、剥落、霉变而引发的病变，提高建筑物的使用寿命。经保护的基材具有良好的斥水性，并保留原有的外观。碱性环境如浇注不久的混凝土，会刺激该反应并加速斥水层的形成。提高混凝土结构的耐盐碱性、抗冻融性、防水性等特性，延长钢筋混凝土寿命。同时该产品还具有以下特点：①优异的渗透深度，能渗透到混凝土表面下3-4mm深度；②<0.2mm的裂缝自动愈合；③防水层不会因结构表面磨损而失去整体防水能力，且防水层具有自我修复能力；④涂膜的憎水性使液态水在坡面和立面上难以停留，基材内部的水分子很容易向外散逸，使涂膜下的基材保持自然的干湿平衡，而不会造成像全封闭涂膜那样湿气无法散出而引起鼓泡或表层脱皮。⑤本品属易燃品，固化后会释放出微量乙醇，应注意安全预防措施，不要暴露在空气中，储存和使用本时品，要注意通风，远离火花、热源、明火。

3 结 语

针对沿海地区水闸设计和研究，文章以东港市新立闸工程为例，对闸基础液化、渗漏问题；检测闸基处理的效果；海水侵蚀3个方面进行了分析，从施工、工程投资、工程管理等方面进行了比选，克服了诸多设计难题。得出了设计方案。在现如今科学技术和施工工艺不断完善的基础上，其建设设计、施工质量得到了显著提高。

新立闸修建后，使上游河水不受海水的污染，增加灌溉面积，改善闸址上游水环境。结合小洋河堤防绿化，构成小洋河一道靓丽的碧水绿化带。