水閘安全鑒定應(yīng)注意的問題

褚益清

（河北省子牙河河務(wù)管理處，河北衡水053000）

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水閘安全鑒定應(yīng)注意的問題

褚益清

（河北省子牙河河務(wù)管理處，河北衡水053000）

摘要：以獻(xiàn)縣節(jié)制閘安全鑒定為例，分析了節(jié)制閘在鑒定過程中發(fā)現(xiàn)的問題及容易出現(xiàn)隱患的部位。討論了流域內(nèi)其它水閘在鑒定過程中出現(xiàn)類似共性問題的可能性及應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的一些問題，以確保水閘安全鑒定工作質(zhì)量。關(guān)鍵詞：獻(xiàn)縣；節(jié)制閘；安全鑒定；流域內(nèi)水閘

水閘是子牙河流域平原地區(qū)較為常見的水工建筑物，具有擋水和泄水雙重功能，在防洪、除澇、灌溉、航運(yùn)等方面應(yīng)用較為廣泛。目前流域內(nèi)大部分水閘建于上世紀(jì)六七十年代，由于歷史原因，存在工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低，施工質(zhì)量差等問題，加之長久運(yùn)用，工程管理不到位等因素，造成水閘安全隱患嚴(yán)重。通過獻(xiàn)縣節(jié)制閘安全鑒定項(xiàng)目，探討流域內(nèi)水閘安全鑒定中應(yīng)注意的問題。

獻(xiàn)縣節(jié)制閘位于子牙河上，設(shè)計(jì)流量300m3/s，鑒于滹沱河北大堤為Ⅰ級堤防，節(jié)制閘主要建筑物級別按1級設(shè)計(jì)，次要建筑物級別為2級。自2000年節(jié)制閘進(jìn)行應(yīng)急加固處理后，根據(jù)《水閘安全鑒定管理辦法》規(guī)定，應(yīng)進(jìn)行全面檢測，鑒定節(jié)制閘類別，判定工程是否屬于病險(xiǎn)水閘。

1　節(jié)制閘運(yùn)行情況

獻(xiàn)縣節(jié)制閘自建成運(yùn)行以來，建立了工程日常維護(hù)管理制度、工程安全操作制度、閘門啟閉規(guī)程等，保障了水閘的安全運(yùn)行，發(fā)揮了各方面的效益。

“96.8”洪水時(shí)，閘前最高水位14.97m，最大過閘流量266m3/s，自2000年節(jié)制閘應(yīng)急處理后，未遭遇洪水考驗(yàn)。

2　工程現(xiàn)狀調(diào)查分析

2.1節(jié)制閘工程現(xiàn)狀調(diào)查分析

調(diào)查人員通過目測、使用鋼尺等工具對節(jié)制閘混凝土結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備等進(jìn)行了檢查觀測，發(fā)現(xiàn)節(jié)制閘閘墩中下部布滿剝蝕坑，水位變化區(qū)防腐層剝落。機(jī)架橋T梁混凝土部分剝落、開裂，排架柱表層分布細(xì)小裂紋。下游左側(cè)混凝土砌塊海漫部分已架空。

節(jié)制閘閘門下部涂層部分脫落，布滿銹坑；下游面上下門節(jié)接縫處下部鋼板大多已銹損，部分已銹穿；下主輪銹蝕較重，部分主輪已銹死。啟閉機(jī)超折舊年限，陳舊老化，變速箱輕微漏油，行程開關(guān)全部失效，抱閘銹蝕較重。

通過對獻(xiàn)縣節(jié)制閘工程設(shè)施、金屬及機(jī)電設(shè)備狀態(tài)的初步觀察分析，并結(jié)合獻(xiàn)縣節(jié)制閘目前的運(yùn)行管理情況，建議應(yīng)盡快進(jìn)行節(jié)制閘的安全檢測和復(fù)核計(jì)算。

2.2流域內(nèi)水閘現(xiàn)狀調(diào)查時(shí)應(yīng)注意的問題

現(xiàn)狀調(diào)查分析是在管理單位日常管理基礎(chǔ)上，對工程進(jìn)行全面檢查。通過節(jié)制閘現(xiàn)狀調(diào)查，發(fā)現(xiàn)水閘工程隱患主要存在于混凝土結(jié)構(gòu)、土石結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備等方面。

因子牙河流域平原區(qū)水文、氣象條件大體相似，流域內(nèi)其它水閘在上述方面極有可能存在不同程度的隱患，因此在對流域內(nèi)水閘進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查時(shí)，應(yīng)對以上幾個(gè)方面加以關(guān)注，重點(diǎn)對混凝土碳化、剝離、露筋等情況、上下游護(hù)砌的完好性、閘門的銹蝕程度、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況等進(jìn)行細(xì)致觀測。

特別是中小水閘日常管理較薄弱，平時(shí)對一些輔助設(shè)備維護(hù)不到位，調(diào)查時(shí)還要考慮到電氣設(shè)備與觀測設(shè)備等方面是否存在問題。

工程現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)束后，根據(jù)調(diào)查結(jié)果，應(yīng)提出水閘下一步應(yīng)進(jìn)行的安全檢測項(xiàng)目。

3　現(xiàn)場安全檢測

3.1節(jié)制閘現(xiàn)場安全檢測

根據(jù)獻(xiàn)縣節(jié)制閘現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)的主要問題并結(jié)合工程實(shí)際情況，對節(jié)制閘有代表性的部位進(jìn)行了重點(diǎn)檢測，包括建筑物外觀檢查、酚酞試劑法檢測混凝土碳化深度、回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度、鉆芯法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度、鉆芯法檢測混凝土天然密度、金屬閘門銹蝕檢測。

檢測結(jié)果如下：

節(jié)制閘閘墩混凝土平均碳化深度15.5mm，機(jī)架橋柱平均碳化深度28.3mm，機(jī)架橋T梁平均碳化深度17.5mm。

按鉆芯法檢測，節(jié)制閘機(jī)架橋排架柱混凝土平均天然密度2.41g/cm3，強(qiáng)度推定值為18.1MPa。按回彈法檢測，節(jié)制閘閘墩混凝土強(qiáng)度推定值為21.2～23.7MPa，機(jī)架橋柱混凝土強(qiáng)度推定值為19.5～23.2MPa，機(jī)架橋T梁混凝土強(qiáng)度推定值為23.0～26.6MPa。

節(jié)制閘閘門總體平均銹蝕量1.84mm，平均銹蝕速率0.042mm/a。節(jié)制閘啟閉機(jī)超折舊年限，陳舊老化，行程開關(guān)全部失效，抱閘銹蝕較重，電機(jī)電流不平衡度超出正常范圍。

3.2流域內(nèi)水閘安全檢測時(shí)應(yīng)注意的問題

安全檢測是水閘安全鑒定過程中重要的環(huán)節(jié)，也是工程進(jìn)行維修加固的必要依據(jù)。獻(xiàn)縣節(jié)制閘安全檢測中，開展了外觀檢測、混凝土碳化深度檢測、利用回彈法和鉆芯法檢測了混凝土的抗壓強(qiáng)度值、進(jìn)行了閘門銹蝕檢測等項(xiàng)目，得到了詳細(xì)的測試數(shù)據(jù)。

經(jīng)過幾十年運(yùn)行，流域內(nèi)水閘混凝土結(jié)構(gòu)碳化、剝蝕現(xiàn)象較為常見，是混凝土破壞的主要形式之一，應(yīng)根據(jù)水閘的規(guī)模大小，選擇適量的樣本進(jìn)行混凝土碳化深度及強(qiáng)度值檢測。

混凝土強(qiáng)度檢測時(shí)，最好同時(shí)使用回彈法與鉆芯法，兩種方法可以互相參考校核，從而更加準(zhǔn)確的測定混凝土強(qiáng)度值。

目前流域內(nèi)河流中的水質(zhì)較差，對水閘金屬結(jié)構(gòu)的損害不容輕視，檢測時(shí)，可以采集水樣化驗(yàn)分析水質(zhì)情況，以便更加準(zhǔn)確的找出金屬結(jié)構(gòu)銹蝕的原因。

流域內(nèi)大部分水閘機(jī)電設(shè)備及配套電氣設(shè)備大部分超期服役，根據(jù)節(jié)制閘的檢測數(shù)據(jù)，推斷水閘的機(jī)電設(shè)備及電氣設(shè)備存在嚴(yán)重隱患，因此進(jìn)行現(xiàn)場檢測時(shí)要特別留意。

除參考節(jié)制閘進(jìn)行上述項(xiàng)目檢測外，還應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行地基土基本性質(zhì)檢測、防滲及消能設(shè)施的完整性與有效性檢測，觀測設(shè)施的有效性檢測，重點(diǎn)是測壓管、繞滲管等設(shè)備的有效性檢測。

4　工程復(fù)核計(jì)算

4.1節(jié)制閘復(fù)核計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查及安全檢測，確定了節(jié)制閘進(jìn)行過流能力、消能防沖、閘室穩(wěn)定、閘室結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、機(jī)架橋結(jié)構(gòu)、工作閘門復(fù)核計(jì)算。

（1）過流能力復(fù)核。

根據(jù)《子牙河系防洪規(guī)劃報(bào)告》中獻(xiàn)縣泛區(qū)及子牙新河規(guī)劃，節(jié)制閘泄量采用堰流計(jì)算公式，經(jīng)計(jì)算，校核洪水位18.0m時(shí)，節(jié)制閘最大泄量為716.21m3/s，滿足節(jié)制閘相機(jī)泄量300m3/s的要求。

（2）消能防沖復(fù)核。

采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001附錄B中的相關(guān)公式計(jì)算消力池深度、長度、底板厚度及海漫長度。經(jīng)計(jì)算，節(jié)制閘的消力池深度、長度、底板厚度及海漫長度均滿足消能防沖要求。

（3）閘室穩(wěn)定復(fù)核。

利用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）中的相關(guān)公式對基底應(yīng)力、閘室抗滑穩(wěn)定、滲流穩(wěn)定進(jìn)行了復(fù)核。

復(fù)核結(jié)果表明，在各計(jì)算工況下，節(jié)制閘的閘室基底應(yīng)力滿足地基承載力的要求，基底應(yīng)力不均勻系數(shù)滿足規(guī)范要求；閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.0，抗滑穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求；閘基水平段及出口段水力坡降均小于允許坡降，閘基滲流能夠滿足安全運(yùn)用要求。

（4）閘室結(jié)構(gòu)復(fù)核。

閘室結(jié)構(gòu)復(fù)核進(jìn)行了閘底板結(jié)構(gòu)復(fù)核及閘墩結(jié)構(gòu)復(fù)核，節(jié)制閘閘室結(jié)構(gòu)采用倒π字型，即在中孔中間分縫，將三孔閘底板和閘墩分成二塊整體，按半無限大的彈性地基梁計(jì)算；閘墩結(jié)構(gòu)復(fù)核時(shí)，計(jì)算閘墩底面正應(yīng)力將閘墩作為固接于閘底板的懸臂梁，按材料力學(xué)偏心受壓構(gòu)件計(jì)算其接觸正應(yīng)力。

門槽應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，在門槽處截取下游段閘墩為脫離體進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，各種工況條件下閘底板下層實(shí)際配筋裂縫寬度均小于允許最大裂縫寬度，閘底板結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求；墩底縱向正應(yīng)力、門槽應(yīng)力均滿足要求。

（5）排架結(jié)構(gòu)復(fù)核。

考慮在三孔閘門同時(shí)開啟和閘門全開，地震兩種工況條件下對各排架進(jìn)行橫向（順?biāo)鞣较颍┘翱v向（垂直水流方向）計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，地震工況下2號排架立柱加固段、3號排架立柱加固段和中間橫梁、4號排架中間橫梁計(jì)算配筋面積均大于實(shí)際配筋面積，排架結(jié)構(gòu)不滿足規(guī)范要求。

（6）機(jī)架橋結(jié)構(gòu)復(fù)核。

經(jīng)計(jì)算機(jī)架橋主梁最大彎矩配筋面積為4390mm2，由《獻(xiàn)縣樞紐施工圖》知主梁實(shí)際配筋面積為4241mm2，機(jī)架橋主梁計(jì)算配筋面積雖大于實(shí)際配筋面積，但低于5%，故主梁結(jié)構(gòu)基本滿足承載力要求。

（7）工作閘門復(fù)核。

節(jié)制閘閘門復(fù)核計(jì)算面板蝕余厚度、主梁蝕余厚度、及邊梁蝕余厚度是否滿足強(qiáng)度及剛度等相關(guān)要求。節(jié)制閘上節(jié)門面板蝕余厚度滿足要求，但已到允許臨界值；下節(jié)門面板蝕余厚度不滿足要求。主梁最大彎應(yīng)力不滿足要求，最大剪應(yīng)力及撓度滿足要求。邊梁強(qiáng)度及剛度滿足要求。

4.2流域內(nèi)水閘復(fù)核計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的問題

節(jié)制閘復(fù)核計(jì)算是以前期的工程現(xiàn)狀調(diào)查分析及安全檢測內(nèi)容為基礎(chǔ)，依照現(xiàn)行的《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）及《子牙河流域防洪規(guī)劃報(bào)告》對工程安全狀況進(jìn)行分析判斷，為工程后期的安全評價(jià)提供數(shù)據(jù)支持。

流域內(nèi)的水閘進(jìn)行復(fù)核計(jì)算時(shí)，一定要參考《子牙河流域防洪規(guī)劃報(bào)告》，以規(guī)劃報(bào)告中的數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行相關(guān)復(fù)核。除參考節(jié)制閘復(fù)核項(xiàng)目外，還要根據(jù)水閘的實(shí)際情況進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形復(fù)核、抗震性能復(fù)核等?，F(xiàn)就水閘過流能力復(fù)核、滲流復(fù)核、閘室結(jié)構(gòu)復(fù)核等方面應(yīng)注意的問題簡要說明。

過流能力復(fù)核時(shí)應(yīng)注意正確理解過閘水位差的問題，過流能力復(fù)核主要依據(jù)閘上下游水位差，計(jì)算閘孔過流量，并與水閘原設(shè)計(jì)流量進(jìn)行對比，以判定水閘過流能力是否滿足要求。

有時(shí)安全鑒定報(bào)告是復(fù)核過閘水位差，若水位差超過0.3m，則認(rèn)為不滿足《水閘設(shè)計(jì)規(guī)劃》中的要求，認(rèn)定水閘過流能力不足。

但在實(shí)際中，若鑒定時(shí)出現(xiàn)過閘水位差大于0.3m，但不影響上游堤防安全，則不能簡單的認(rèn)為水閘過流能力不足。過流能力復(fù)核時(shí)，應(yīng)根據(jù)水閘的不同型式選擇不同的流量計(jì)算公式。

進(jìn)行滲流穩(wěn)定復(fù)核時(shí)，復(fù)核計(jì)算方法的選擇。閘基滲徑長度指鋪蓋、垂直防滲體或齒墻等結(jié)構(gòu)、閘室底板與地基接觸線的長度之和。在早期水閘設(shè)計(jì)中，根據(jù)閘基有無垂直防滲體采用萊茵法或勃萊法計(jì)算閘基滲徑。后來出現(xiàn)了阻力系數(shù)法、改進(jìn)阻力系數(shù)法，其精度有顯著的提高。改進(jìn)阻力系數(shù)法滲流區(qū)劃分較多，在進(jìn)、出口段附近水頭損失修正方面考慮的比較多，因此，在進(jìn)行滲流穩(wěn)定復(fù)核時(shí)不宜再采用萊茵法或勃萊法，而應(yīng)采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流穩(wěn)定復(fù)核。

進(jìn)行閘室結(jié)構(gòu)復(fù)核時(shí)，應(yīng)區(qū)分閘底板結(jié)構(gòu)及閘墩結(jié)構(gòu)，選擇相應(yīng)的計(jì)算模型，以真實(shí)反映復(fù)核結(jié)果。部分中小水閘的閘門是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，進(jìn)行閘門復(fù)核時(shí)，還要參照混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)核的內(nèi)容綜合考慮。

5　節(jié)制閘安全鑒定

節(jié)制閘在經(jīng)過現(xiàn)狀調(diào)查分析、現(xiàn)場安全檢測、相關(guān)項(xiàng)目復(fù)核計(jì)算的基礎(chǔ)上，充分分析數(shù)據(jù)的可靠性與合理性，提出工程存在的主要問題，經(jīng)分析節(jié)制閘運(yùn)用指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，部分結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重，需進(jìn)行除險(xiǎn)加固，判定節(jié)制閘屬三類閘。

6　結(jié)語

子牙河流域內(nèi)水文、氣象等條件相似，水閘建設(shè)的時(shí)間大體為同一時(shí)期。通過獻(xiàn)縣節(jié)制閘安全鑒定過程中檢測出來的問題，找出流域內(nèi)其它水閘可能存在的共性問題，分析容易出現(xiàn)隱患的部位結(jié)構(gòu)，在安全鑒定過程中重點(diǎn)予以關(guān)注，確保水閘安全鑒定的質(zhì)量。

中圖分類號：TV66

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-1305（2016）01-0012-03

DOI：10.3969 /j.issn.1008-1305.2016.01.004

收稿日期：2014-09-30

作者簡介：褚益清（1984年—），女，工程師。