水閘工程安全檢測(cè)及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)分析

唐 飛

（山西省小浪底引黃工程建設(shè)管理局，山西 垣曲 043700）

1 水閘安全檢測(cè)

我國水閘大多建成于1950—1970年之間，水閘整體使用年限接近或超過設(shè)計(jì)年限，由于技術(shù)水平及其他因素，不少水閘存在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低、質(zhì)量缺陷嚴(yán)重、養(yǎng)護(hù)不到位、管理水平低下、周邊設(shè)施不達(dá)標(biāo)、后期運(yùn)行機(jī)制不良等一系列問題，水閘安全隱患嚴(yán)重，病險(xiǎn)水閘數(shù)量龐大。因此，水閘安全檢測(cè)及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)問題十分重要。

1.1 水閘安全檢測(cè)內(nèi)容

1.1.1 混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)

一要檢測(cè)包括混凝土、砂漿和鋼筋的強(qiáng)度；二看混凝土表面是否有風(fēng)化、蜂窩、沖蝕、麻面、剝落等可以肉眼看見的缺陷；三是檢測(cè)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，看是否有疏松、狗洞、夾雜物、漏振等缺陷；四是對(duì)于水閘的水上部分，看其碳化程度，分布在腐蝕性水質(zhì)地區(qū)的水閘，主要檢測(cè)化學(xué)侵蝕深度；五檢測(cè)鋼筋網(wǎng)的配置情況和鋼筋銹蝕率；六看構(gòu)件是否損傷，主要針對(duì)混凝土裂縫情況調(diào)查，如裂縫的分布，長(zhǎng)度、寬度和深度等；七檢測(cè)混凝土的保護(hù)層厚度；八檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)縫（伸縮縫和沉降縫），看是否有錯(cuò)動(dòng)、開合及止水能否工作，縫內(nèi)充填物是否可有效工作。

1.1.2 金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)

金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)主要檢查結(jié)構(gòu)的銹蝕情況，看外形尺寸是否有變形，金屬結(jié)構(gòu)容易磨損，變形后的撓度也要注意；金屬結(jié)構(gòu)焊接處要檢查有無斷裂，零部件有沒有缺陷；電機(jī)部分要看它的轉(zhuǎn)速是否正常，電壓、電阻、電流是否在正常范圍內(nèi)，溫度是否達(dá)標(biāo)；液壓系統(tǒng)有沒有滲漏；鋼絲繩是否有斷裂，磨損是否嚴(yán)重，檢查金屬結(jié)構(gòu)狀況和運(yùn)行情況，保證其傳動(dòng)性能、潤滑性能，使連接件能夠正常運(yùn)行。

1.1.3 基礎(chǔ)工程檢測(cè)

基礎(chǔ)工程的檢測(cè)，要看基礎(chǔ)是否有變形，擠壓，錯(cuò)位等；金結(jié)與之相連的地方有沒有縫隙，有無漏水的情況；岸坡位置有沒有土體松動(dòng)，有沒有裂縫、繞流滲水和水土流失等情況；排水設(shè)施能否滿足現(xiàn)有要求，揚(yáng)壓力是否超標(biāo)等；消能防沖設(shè)施功能是否完好，尾水渠有無淤積；沉降觀測(cè)。

1.1.4 專項(xiàng)試驗(yàn)

專項(xiàng)試驗(yàn)，一是對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)，如鋼閘門，根據(jù)閘門的動(dòng)力特性，在上設(shè)置高速水流和沖擊荷載，記錄其每次振動(dòng)的數(shù)據(jù)，分析其特征；二是通過試驗(yàn)記錄地基、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的承載力；三是對(duì)材料的特性進(jìn)行試驗(yàn)，如混凝土的動(dòng)荷載和金屬的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)、骨料的堿活性試驗(yàn)等；四是結(jié)構(gòu)受力特性檢測(cè)，如啟閉機(jī)的啟閉力試驗(yàn)；五是測(cè)定水質(zhì)環(huán)境介質(zhì)。

1.1.5 電氣設(shè)備的檢測(cè)

對(duì)電氣設(shè)備的檢測(cè)，主要集中在配套電動(dòng)機(jī)，輸電線路和備用電源的檢測(cè)，防雷接地設(shè)施是否有效，安全保護(hù)裝置是否可靠，配電柜的操作是否靈敏。

1.2 水閘安全復(fù)核與室內(nèi)補(bǔ)充分析

水閘安全復(fù)核的標(biāo)準(zhǔn)：《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》（SD133-84）、《水工建筑物荷載規(guī)范》（DL 5077-1977）及《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL/T 191-96）、《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50199-94）、《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 203-97）。

水閘復(fù)核計(jì)算的內(nèi)容：一是水閘中最重要的是過水能力，對(duì)其復(fù)核主要是計(jì)算在不同水位下水閘能承載的水流大小，消能防沖的能力，主要是看在運(yùn)行水位、設(shè)計(jì)水位和校核水位下，水流通過消力池、海漫時(shí)，消力池與海漫能否消掉水流能量，達(dá)到設(shè)計(jì)與安全運(yùn)行的要求；二是對(duì)于閘基而言，主要復(fù)核抗?jié)B穩(wěn)定性，通過計(jì)算求得閘基的防滲長(zhǎng)度，基底的滲透水壓力等參數(shù)來測(cè)算水閘的整體抗?jié)B透能力；三是水閘的整體穩(wěn)定性，主要看水閘組成部分的穩(wěn)定性；四是地基是水閘穩(wěn)定性測(cè)算的重要指標(biāo)，所以測(cè)算水閘的地基應(yīng)力必不可少；五是結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力復(fù)核，是對(duì)水閘的構(gòu)成物進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，分析建筑物或構(gòu)件承載能力。

室內(nèi)補(bǔ)充分析：造成水閘構(gòu)件破損的原因有很多，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。一是水閘的材料構(gòu)成，不同材料的使用壽命，折舊程度、磨損程度都會(huì)造成構(gòu)件破損。二是水閘的施工過程，施工過程也會(huì)對(duì)水閘造成一定的損傷。三是水閘的使用環(huán)境，水質(zhì)差異、荷載大小，都會(huì)造成水閘的一些損傷。四是水閘的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該從多方面多層次綜合分析水閘損傷原因，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性主要是通過信息反饋，通過混凝土檢測(cè)的數(shù)據(jù)以及維修過后的狀況來評(píng)定；結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)估，一般依靠經(jīng)驗(yàn)法來對(duì)其可靠度進(jìn)行評(píng)估。五是建筑物的超載可行性分析。

1.3 水閘安全檢測(cè)要求

1.3.1 水閘安全鑒定標(biāo)準(zhǔn)

《水閘技術(shù)管理規(guī)程》（SL75-94）、《水閘安全鑒定規(guī)定》（SL214-1998）。

1.3.2 水閘安全鑒定的范圍

閘室，上、下游連接段，閘門，啟閉機(jī)，電氣設(shè)備，水閘管理范圍的上、下游河道。

1.3.3 水閘安全鑒定的周期

一般水閘的全面鑒定，在水閘投入運(yùn)行后15～20年，以后以此類推；當(dāng)某一單項(xiàng)工程達(dá)到折舊年限，也應(yīng)適時(shí)鑒定；對(duì)水閘安全運(yùn)行有影響的單項(xiàng)工程必須及時(shí)進(jìn)行安全鑒定。

1.3.4 水閘安全鑒定基本程序

工程現(xiàn)狀的調(diào)查分析、現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)、工程復(fù)核計(jì)算、水閘安全評(píng)估、水閘安全鑒定工作總結(jié)。

1.3.5 水閘安全鑒定的要求

水閘安全鑒定類別判別如表1。

表1 水閘安全鑒定類別判別表

2 水閘評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

2.1 水閘整體評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 防洪評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2000）、《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265-2001）、2000年《中華人民共和國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文》（水利工程部分）。

水閘的防洪標(biāo)準(zhǔn)以閘頂或胸墻高程來評(píng)估，閘頂或胸墻高程滿足上述規(guī)定要求，則證明防洪安全，不滿足要求則說明水閘不能安全防洪。

2.1.2 抗滑抗?jié)B穩(wěn)定性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于水閘的抗滑和抗?jié)B穩(wěn)定性的評(píng)估，應(yīng)根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265-2001）來判定。做抗滑穩(wěn)定性評(píng)估時(shí)，首先要對(duì)閘室、基巖上岸墻、翼墻做抗滑穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算，然后按照相關(guān)穩(wěn)定安全系數(shù)評(píng)估。做水閘抗?jié)B穩(wěn)定性評(píng)估時(shí)，需要滲徑長(zhǎng)度和滲透坡降與規(guī)范要求進(jìn)行評(píng)估。

2.1.3 過水能力的安全評(píng)估

“水閘過水能力按照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265-2001）提供的計(jì)算方法，比較實(shí)際過流能力和設(shè)計(jì)（或規(guī)劃）指標(biāo)，若大于指標(biāo)，則滿足過水能力滿足安全運(yùn)行要求；否則，不滿足運(yùn)行要求，處于不安全狀態(tài)?！?/p>

2.1.4 水閘的消能防沖的安全評(píng)估

用結(jié)構(gòu)實(shí)際尺寸和根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265-2001）計(jì)算結(jié)果來比較，若實(shí)際尺寸大于計(jì)算結(jié)果，則滿足要求；否則不滿足要求。但由于水流沖刷破壞的原因不同，破壞情況也不盡相同。消力池的長(zhǎng)度或者深度不夠時(shí)，容易生成遠(yuǎn)距離的水躍，水躍過大時(shí)會(huì)沖刷渠道造成沖刷坑。一般而言，沖刷坑離閘室遠(yuǎn)而且不影響海漫時(shí)，不會(huì)對(duì)閘室造成威脅，但當(dāng)沖刷坑離閘室比較近，破壞了海漫和護(hù)坦，影響海漫和護(hù)坦發(fā)揮作用時(shí)，閘室的穩(wěn)定性就會(huì)遭到威脅。

2.1.5 水閘抗震能力評(píng)估

對(duì)處于地震設(shè)防區(qū)的水閘，水閘抗震能力應(yīng)按《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 203-97）、《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265-2001）和《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50023-95）等有關(guān)規(guī)定進(jìn)行評(píng)估。

水閘抗震能力的安全性評(píng)估內(nèi)容包括場(chǎng)地、地基基礎(chǔ)、水閘抗震措施和水閘結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算結(jié)果。

2.2 水閘局部評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 混凝土結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL/T191-1996）、《鋼一混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5085-1999）、《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）。

水閘混凝土結(jié)構(gòu)安全評(píng)估依其所處的不同工況給出相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。工況一，室內(nèi)正常環(huán)境；工況二，非室內(nèi)環(huán)境，長(zhǎng)期處于地下或水下；工況三，處于水位變動(dòng)區(qū)或有具有侵蝕作用的地下水中；工況四，在海水波浪沖刷區(qū)和鹽霧作用區(qū)，環(huán)境不僅潮濕并有嚴(yán)重侵蝕性。

水閘混凝土/鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)缺陷、外觀缺陷評(píng)定目前尚無規(guī)范，僅由有經(jīng)驗(yàn)的水閘管理者或?qū)＜乙阅恳曊{(diào)查作出定性評(píng)價(jià)，其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 水閘混凝土/鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)缺陷外觀定性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

水閘混凝土/鋼筋混凝土強(qiáng)度主要評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，首先要滿足水閘結(jié)構(gòu)功能及耐久性，然后分別按所處工況環(huán)境以及混凝土類別，提出“最低強(qiáng)度等級(jí)”作為評(píng)估底線標(biāo)準(zhǔn)，詳見表3。

表3 水閘混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)要求標(biāo)準(zhǔn)

依照水閘混凝土結(jié)構(gòu)/構(gòu)件與工況環(huán)境條件，其保護(hù)層厚度評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，以最小厚度為限（見表4），大于最小厚度，表示安全；反之不安全。

表4 一般水閘混凝土保護(hù)層最小厚度要求標(biāo)準(zhǔn) 單位：mm

依照水閘混凝土結(jié)構(gòu)/構(gòu)件與工況環(huán)境條件，其最大裂縫允許值評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)見表5。

混凝土碳化安全評(píng)估目前尚無規(guī)范可循，通常以混凝土碳化深度是否達(dá)到主筋表面來判斷混凝土中鋼筋是否全面發(fā)生腐蝕。另外還有一種方法，為碳化深度類比法，用28 d后混凝土碳化深度不大于25 mm與涂有抗碳化防護(hù)涂料后50年的碳化深度不大于2.5 mm的比值來評(píng)估水閘混凝土碳化速率?，F(xiàn)階段，按表6對(duì)水閘鋼筋混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕程度進(jìn)行評(píng)估。

表5 水閘鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫標(biāo)準(zhǔn) 單位：mm

表6 水閘混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于鋼筋而言，主筋直徑不大于10 mm，影響結(jié)構(gòu)安全的情況就是鋼筋全面腐蝕；當(dāng)主筋直徑大于10 mm，鋼筋銹蝕率超過10%就會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全，銹蝕率小于或等于5%時(shí)，只需要考慮其對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響或者不予考慮也可。

2.2.2 水閘電氣設(shè)備評(píng)估

因其所占份額較小，只需依據(jù)《水閘技術(shù)管理規(guī)程》（SL 75-94）和電力行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)檢測(cè)即可。

2.2.3 閘門、啟閉機(jī)安全評(píng)估

《水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（SL 101-94），《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》（SL 226-98），《水利水電工程閘門及啟閉機(jī)、升船機(jī)設(shè)備管理等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（SL 240-1999）。

2.2.4 水閘觀測(cè)設(shè)施安全評(píng)估

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，檢測(cè)其有效性即可。

3 結(jié)論

定性安全檢測(cè)，是安全評(píng)價(jià)的前提與基礎(chǔ)，為水利工程安全性、可靠程度判斷提供了第一手和預(yù)警性的依據(jù)。對(duì)水閘檢測(cè)后，要進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，有了水利工程可靠性評(píng)估方法，對(duì)水閘結(jié)構(gòu)是否達(dá)到破壞極限狀態(tài)和水閘老化程度的判斷就會(huì)更科學(xué)、更嚴(yán)謹(jǐn)。