我國病險水閘成因及除險加固工程措施分析

樸哲浩 宋 力

（水利部水利建設(shè)與管理總站 北京 100038）（黃河水利科學(xué)研究院 鄭州 450003）

我國病險水閘成因及除險加固工程措施分析

樸哲浩 宋 力

（水利部水利建設(shè)與管理總站 北京 100038）（黃河水利科學(xué)研究院 鄭州 450003）

本文針對我國水閘工程存在的安全隱患，歸類出九大主要病險種類，并從水閘建設(shè)、運行、管理及環(huán)境等方面對病險產(chǎn)生的原因進行分析，得出了病險形成原因。根據(jù)水閘病險種類，綜合考慮我國目前現(xiàn)有的除險加固技術(shù)手段，分別提出了除險加固的指導(dǎo)原則和措施，并從水閘運行管理方面提出了避免水閘除險加固后再次產(chǎn)生病險的措施。

病險水閘 除險加固 成因 措施

1 引言

水閘是為城市供水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供水、防洪、防潮、排澇等方面服務(wù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。我國水閘大多建成于20世紀(jì)50～70年代，由于種種原因，存在著各種安全隱患。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國水閘的病險比例高達2/3[1]，對水閘存在的病險問題進行歸類并分析成因，可對病險水閘除險加固工作提供有益參考。

2 主要病險種類

經(jīng)對全國水閘安全狀況普查、大中型病險水閘除險加固專項規(guī)劃成果進行分析，目前我國水閘存在的病險種類繁多，從水閘的作用及結(jié)構(gòu)組成來說，主要可分為以下9種病險問題。

a.防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低。防洪標(biāo)準(zhǔn)(擋潮標(biāo)準(zhǔn))偏低，主要體現(xiàn)在宣泄洪水時，水閘過流能力不足或閘室頂高程不足，單寬流量超過下游河床土質(zhì)的耐沖能力。在原設(shè)計時沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、水文資料缺失或不準(zhǔn)確以及防洪規(guī)劃改變等情況下，易產(chǎn)生防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低的問題。

b.閘室和翼墻存在整體穩(wěn)定問題。閘室及翼墻的抗滑、抗傾、抗浮安全系數(shù)以及基底應(yīng)力不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求，沉降、不均勻沉陷超標(biāo)，導(dǎo)致承載能力不足、基礎(chǔ)破壞，影響整體穩(wěn)定。

c.閘下消能防沖設(shè)施損壞。閘下消能防沖設(shè)施損毀嚴(yán)重，不適應(yīng)設(shè)計過閘流量的要求，或閘下未設(shè)消能防沖設(shè)施，危及主體工程安全。

d.閘基和兩岸滲流破壞。閘基和兩岸產(chǎn)生管涌、流土、基礎(chǔ)淘空等現(xiàn)象，發(fā)生滲透破壞。

e.建筑物結(jié)構(gòu)老化損害嚴(yán)重。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計強度等級低，配筋量不足，碳化、開裂嚴(yán)重，漿砌石砂漿標(biāo)號低，風(fēng)化脫落，致使建筑物結(jié)構(gòu)老化破損。

f.閘門銹蝕，啟閉設(shè)施和電氣設(shè)施老化。金屬閘門和金屬結(jié)構(gòu)銹蝕，啟閉設(shè)施和電氣設(shè)施老化、失靈或超過安全使用年限，無法正常使用。

g.上下游淤積及閘室磨蝕嚴(yán)重。多泥沙河流上的部分水閘因選址欠佳或引水沖沙設(shè)施設(shè)計不當(dāng)，引起水閘上下游河道嚴(yán)重淤積，影響泄水和引水，閘室結(jié)構(gòu)磨蝕現(xiàn)象突出。

h.水閘抗震不滿足規(guī)范要求。水閘抗震安全不滿足規(guī)范要求，地震情況下地基可能發(fā)生震陷、液化問題，建筑物結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)件不滿足抗震要求。

i.管理設(shè)施問題。大多數(shù)病險水閘存在安全監(jiān)測設(shè)施缺失、管理房年久失修或成為危房、防汛道路損壞、缺乏備用電源和通訊工具等問題，難以滿足運行管理需求。

3 病險成因分析

我國水閘數(shù)量多、分布廣、運行時間長，限于當(dāng)時經(jīng)濟、技術(shù)條件，普遍存在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、工程質(zhì)量差、配套設(shè)施不全等先天性問題。投入運行后，由于長期缺乏良性管理體制與機制，工程管理粗放，缺乏必要的維修養(yǎng)護，加之近年來全球氣候變化，極端天氣事件頻發(fā)，水閘遭受地震、泥石流、洪水等超標(biāo)準(zhǔn)荷載，加劇了水閘病險程度。總的來說，造成我國病險水閘成因主要分為以下5個方面。

a.大量水閘已接近或超過設(shè)計使用年限。我國現(xiàn)有的水閘大部分運行已達30～50年，建筑物接近使用年限，金屬結(jié)構(gòu)和機電設(shè)備早已超過使用年限。經(jīng)長期運行，工程老化嚴(yán)重，其安全性及使用功能日益衰退。據(jù)統(tǒng)計，全國大中型病險水閘中，建于20世紀(jì)50～70年代的占72%，建于80年代的占17%，建于90年代及以后的占11%。

b.工程建設(shè)先天不足。我國大部分水閘建成于20世紀(jì)80年代以前，受當(dāng)時社會經(jīng)濟環(huán)境的影響，一些水閘在缺少地質(zhì)、水文泥沙等基礎(chǔ)資料的條件下，采取邊勘察、邊設(shè)計、邊施工的方式建設(shè)，成為所謂的“三邊”工程，甚至有些水閘的建設(shè)根本就沒有進行勘察設(shè)計。另外，當(dāng)時技術(shù)水平低，施工設(shè)備簡陋，多數(shù)施工隊伍很不正規(guī)，技術(shù)人員的作用不能充分發(fā)揮，致使水閘建設(shè)質(zhì)量先天不足，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，工程質(zhì)量差。

c.工程破損失修情況嚴(yán)重。我國早期的水閘設(shè)計沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，缺少耐久性設(shè)計、防環(huán)境污染設(shè)計和抗震設(shè)計等內(nèi)容，目前，多數(shù)工程已進入老化期，建筑物、設(shè)備、設(shè)施等老化破損非常嚴(yán)重。同時，在長期運用過程中，由于缺乏資金，管理單位難以完成必要的維修養(yǎng)護，或只能進行應(yīng)急處理、限額加固，水閘安全隱患得不到及時、徹底的解決，隨著使用期限的增長，水閘安全隱患逐年增多加重，久而久之，工程“積病成險”，一些本來屬于病害層面的損傷轉(zhuǎn)化為重大險情和隱患。

d.工程管理手段落后。長期以來，水閘基本上沿用計劃經(jīng)濟的傳統(tǒng)管理體制，重建設(shè)、輕管理，普遍存在責(zé)權(quán)不清、機制不活、投入不足等問題，許多水閘的管理經(jīng)費不足，運行、觀測設(shè)施簡陋，管理手段落后，給水閘日常管理工作帶來很大困難，一些水閘管理單位難以維持自身的生存與發(fā)展，水閘安全鑒定更是無從談起。國務(wù)院《水利工程管理體制改革實施意見》頒布后，近年來水閘工程管理單位逐步理順了管理體制，完成了分類定性、定編定崗，基本落實了人員基本支出經(jīng)費和維修養(yǎng)護經(jīng)費，水閘管理經(jīng)費雖有所增加，但仍無力負(fù)擔(dān)病險水閘安全鑒定及除險加固費用，無法根本解決病險水閘安全運行問題。

e.環(huán)境污染嚴(yán)重。由于河道水質(zhì)污染日趨嚴(yán)重以及部分水閘地處沿海地區(qū)，水閘運行環(huán)境極為不利，受廢污水腐蝕和海水銹蝕作用，閘門、止水、啟閉設(shè)備運行困難，漏水嚴(yán)重，混凝土和漿砌石結(jié)構(gòu)同樣受到不同程度的侵蝕，出現(xiàn)嚴(yán)重的碳化、破損、鋼筋銹蝕等現(xiàn)象，沿海地區(qū)水閘混凝土結(jié)構(gòu)中很多鋼筋的保護層由于鋼筋銹蝕完全剝離。因此，水體污染加快了水閘結(jié)構(gòu)的老化過程，危及閘體結(jié)構(gòu)安全。

4 除險加固工程措施

針對病險水閘的問題和原因，充分考慮新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，提出以下除險加固工程措施和建議。

a.對于工程等級、防洪標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計流量不滿足要求但主體結(jié)構(gòu)基本完好的水閘，盡量考慮保留原閘室，按規(guī)劃批復(fù)的工程規(guī)模及設(shè)計水位，通過加高或增擴閘孔來提高過流能力，其余附屬設(shè)施相應(yīng)進行加固改造。

b.對于閘室整體穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求、地基承載能力不足的水閘，可根據(jù)地基土的性質(zhì)采用灌漿、振沖加密等措施提高地基承載力。對已發(fā)生不均勻沉降，影響閘門運行的，可采用壓密灌漿，用高壓濃漿抬動土體及閘基，恢復(fù)閘底高程。對由于消能工失效、產(chǎn)生溯源沖刷造成的閘基淘空，需回填砂礫料，采用防滲墻圍封后進行灌漿，或拆除局部淘空部位結(jié)構(gòu)，回填處理再予以恢復(fù)。

c.對于閘基和兩岸滲流穩(wěn)定復(fù)核不滿足要求的水閘，可通過增加水平和垂直防滲長度、修復(fù)或增設(shè)出逸段排水反濾等措施進行處理。增加水平防滲長度的方式主要為加長上游防滲鋪蓋和修補防滲鋪蓋的裂縫和止水，增設(shè)垂直防滲的方式主要為設(shè)置高壓噴射防滲墻、攪拌樁防滲墻、塑性防滲墻等。對于地基脫空的情況，需采取灌漿措施保證地基與底板緊密接觸，避免接觸滲流進一步破壞，尤其對淤泥質(zhì)地基的樁基基礎(chǔ)應(yīng)定期監(jiān)測脫空情況，及時補灌。對于兩岸繞滲的滲流破壞，應(yīng)改造上下游翼墻或在岸墻背后增設(shè)刺墻。

d.對于結(jié)構(gòu)老化損害嚴(yán)重的水閘，如果是碳化深度過大、鋼筋銹蝕明顯且危及結(jié)構(gòu)安全的構(gòu)件，一般拆除重建；如果局部碳化深度大于鋼筋保護層厚度或局部碳化層疏松剝落，應(yīng)鑿除碳化層，對銹蝕嚴(yán)重的鋼筋進行除銹處理，并根據(jù)銹蝕情況和結(jié)構(gòu)需要加補鋼筋，再采用高強砂漿或混凝土修補；如果碳化深度小于鋼筋保護層厚度，可用優(yōu)質(zhì)涂料封閉；對于表面裂縫，可以表面鑿槽，采用預(yù)縮水泥砂漿、丙乳砂漿、防水快凝砂漿或環(huán)氧砂漿進行修復(fù)；對于有防滲要求的結(jié)構(gòu)或貫穿性裂縫，可采用鑿槽封閉再鉆孔灌漿的方法進行處理。

e.對于閘下消能防沖設(shè)施不完善、損毀嚴(yán)重的水閘，要分析損毀原因，有針對性地改造或恢復(fù)消能設(shè)施。設(shè)計單寬流量過大是消能防沖設(shè)施損毀的主要原因之一，在合理設(shè)計單寬流量的條件下，可加大海漫長度、寬度、擴散角或加設(shè)柴排等設(shè)施，使其滿足防沖要求。

f.對于河道淤積嚴(yán)重的水閘，應(yīng)根據(jù)工程經(jīng)驗及水工模型試驗，合理設(shè)置擋沙、沖沙等設(shè)施，制定引水沖沙方式，或通過清淤減輕河道淤積。

g.對于閘門銹蝕、啟閉機和電氣設(shè)施落后老化的水閘，可根據(jù)《水工鋼閘門和啟閉機安全檢測技術(shù)規(guī)程》、《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標(biāo)準(zhǔn)》進行檢測后予以報廢或更新改造。

h.對于水閘抗震不滿足規(guī)范要求的水閘，液化地基可設(shè)置防滲墻圍封和樁基，防止地基失穩(wěn)；軟土震陷可采用樁基礎(chǔ)結(jié)合灌漿加以處理；涉及建筑物結(jié)構(gòu)安全時，改造閘室及上部結(jié)構(gòu)型式，使其滿足抗震規(guī)范要求。

i.根據(jù)水閘運行管理要求，恢復(fù)或完善安全監(jiān)測、管理用房等必要的設(shè)備設(shè)施。

5 結(jié)語

目前我國水閘的病險問題和種類較多，要想徹底解決上述9類主要病險問題，需要進一步加強水閘病險對水閘可靠度影響的定量研究，以更好地評價水閘安全度。同時，從水閘的設(shè)計方法、采用材料、施工技術(shù)和工藝以及建后運行管理等方面，開展除險加固技術(shù)、監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、除險加固效果評價等方面的系列研究，形成水閘安全保障關(guān)鍵技術(shù)體系，如此才能從工程措施方面根本解決水閘的病險問題，為水利防洪體系的安全提供支撐。

1 水利部水利建設(shè)管理總站.全國水閘安全狀況普查報告.2009.11.

2 水利部水利建設(shè)管理總站.全國水閘注冊登記報告. 2009.10.

3 嚴(yán)宗杰.西溪橋閘閘門破損原因分析與維修養(yǎng)護探討.水利建設(shè)與管理.2010(8).

4 宋萬增，樸哲浩，宋力等.水閘安全鑒定技術(shù)指南.鄭州：黃河水利出版社，2009.

5 宋萬增，王保民，樸哲浩等.病險水閘除險加固技術(shù)指南.鄭州：黃河水利出版社，2009.