某節(jié)制閘除險(xiǎn)加固安全檢測(cè)復(fù)核及評(píng)價(jià)分析

王旭東

（沈陽(yáng)興禹水利建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

1 工程概況

某節(jié)制閘位于遼河支流二道河中段，于1975 年建成興利。節(jié)制閘工程由上游鋪蓋、閘室、消力池、海漫、防沖槽、岸墻及上下游連接段護(hù)坡等組成，該閘共24 孔，每孔凈寬6 m，閘室總寬度189 m。該節(jié)制閘投入運(yùn)行至今，在下游防洪除澇和農(nóng)田灌溉方面發(fā)揮了作用巨大，并取得了良好的效益。受當(dāng)時(shí)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件的制約，該水閘工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，閘門(mén)、啟閉機(jī)等配套設(shè)施不全，導(dǎo)致水閘遺留問(wèn)題較多。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，混凝土工程、砌石工程以及啟閉、機(jī)電等設(shè)備老化、損壞，帶病運(yùn)行，嚴(yán)重影響了節(jié)制閘的正常啟閉及安全，工程現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，節(jié)制閘不能發(fā)揮其正常防洪、灌溉效益。本文通將水閘現(xiàn)狀存在的問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，并通過(guò)分析，對(duì)節(jié)制閘結(jié)構(gòu)及配套設(shè)備等進(jìn)行復(fù)核評(píng)估，提出節(jié)制閘改造合理可行的建議。

2 水閘現(xiàn)狀存在問(wèn)題

節(jié)制閘共24 孔總寬度189 m，底板采用6 m×10 m 的170#混凝土小底板，每塊下設(shè)三根直徑0.8 m 長(zhǎng)17 m 的混凝土井柱樁。閘門(mén)槽采用170#混凝土澆注，槽內(nèi)安裝花崗巖石滑道，閘孔內(nèi)安裝3.3 m×6.3 m 梁格式鋼絲網(wǎng)鋼筋混凝土平面閘門(mén)，砌石閘墩，鋼筋混凝土排架，閘門(mén)重9.8 t，采用一啟六繩鼓式啟閉機(jī)4 臺(tái)，啟閉機(jī)上配22 kW 電動(dòng)機(jī)。閘室前設(shè)170#混凝土縱向長(zhǎng)10 m 厚0.5 m 的上游鋪蓋，下游設(shè)縱向長(zhǎng)10 m 深1.0 m 的消力池，池尾設(shè)消力坎，消力池下設(shè)15 m 長(zhǎng)的漿砌塊石護(hù)坦和5 m 長(zhǎng)的干砌石海漫及縱向長(zhǎng)3 m 深1.4 m 拋亂石防沖槽，岸墻采用空箱三鉸拱結(jié)構(gòu)，下設(shè)6 根長(zhǎng)17 m 的混凝土井柱樁，上、下游護(hù)坡段分別為漿砌石、干砌石護(hù)坡。節(jié)制閘自投入運(yùn)行以來(lái)，由于帶病運(yùn)行，嚴(yán)重影響了節(jié)制閘的正常啟閉及安全?，F(xiàn)將各部分存在問(wèn)題分述如下：

（1）閘室段

閘門(mén)有破損，現(xiàn)狀閘門(mén)無(wú)法正常啟閉，無(wú)檢修閘門(mén)，檢修不便利；按照河道現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)，推算閘前洪水位已高出最大開(kāi)啟狀態(tài)下閘門(mén)底緣，現(xiàn)狀啟門(mén)方式下，不能確保安全運(yùn)行：機(jī)架橋橋墩平均碳化深度26.2 mm，鋼筋平均截面損失率8.4%，鋼筋處于整體銹蝕狀態(tài)，而且橋墩存在豎向順筋裂縫，最大縫寬0.2 mm；有4 個(gè)中墩砌體下游側(cè)存在豎向裂縫，裂縫沿砂漿開(kāi)裂；由北向南110 m～170 m 段閘室有集中滲流帶[1]。

（2）岸墻與護(hù)坡

兩岸岸墻繞滲嚴(yán)重，由于設(shè)計(jì)原因，水閘施工時(shí)未采取任何防滲措施，致使八十年代初就發(fā)生繞滲現(xiàn)象，滲水?dāng)y帶泥砂，護(hù)坡部分坍塌；閘址處受彎道水流影響，閘上下游右岸河坡坍塌嚴(yán)重，1985 年對(duì)右岸護(hù)坡進(jìn)行了維修，現(xiàn)大部分己遭水毀，目前河坡仍然在坍塌。

（3）消力池與海漫

消力池坎有多道豎向裂縫，漿砌石護(hù)坦經(jīng)多年運(yùn)行，水毀較嚴(yán)重，海漫干砌石結(jié)構(gòu)遭水毀后己不能滿足抗沖消能要求，致使消力池結(jié)構(gòu)的安全沒(méi)有保障。

（4）金屬結(jié)構(gòu)

由于機(jī)架橋與閘墩頂間距太小，致使閘門(mén)無(wú)法正常啟閉；現(xiàn)閘門(mén)經(jīng)維修后外觀比較平整，但實(shí)際上砼閘門(mén)己出現(xiàn)砼剝落，有露筋和銹蝕現(xiàn)象；止水橡皮老化，閘槽埋件銹蝕嚴(yán)重，閘槽花崗巖石滑道強(qiáng)度低，安全運(yùn)行存在隱患；啟閉機(jī)為一啟六固定繩鼓式電動(dòng)啟閉機(jī)，老化破損嚴(yán)重，已運(yùn)行逾30 a，超過(guò)折舊年限，不能保證安全運(yùn)行，部分啟閉設(shè)備更換后運(yùn)行狀態(tài)較好，啟閉機(jī)齒輪缺油、銹蝕，制動(dòng)器打滑，制動(dòng)輪有麻點(diǎn)，銹蝕、缺損；閘門(mén)高度指示器失靈，沒(méi)有行程開(kāi)關(guān)和手搖設(shè)備[2]。

（5）電氣設(shè)備

電氣設(shè)備老化，時(shí)有燒毀現(xiàn)象，柴油發(fā)電機(jī)組廢置，汛期防洪沒(méi)有保障；配電屏為淘汰產(chǎn)品，大部分帶電設(shè)備裸露在外，運(yùn)行、操作、管理極不便利；低壓架空線路年久失修，隱患叢生；檢修閘門(mén)無(wú)供電線路和配電設(shè)備，照明設(shè)施損壞嚴(yán)重；變壓器容量小，不能滿足啟動(dòng)要求。

（6）觀測(cè)設(shè)備

觀測(cè)設(shè)備在施工時(shí)未能實(shí)施，測(cè)壓管設(shè)在南2、13、21 墩上，已按設(shè)計(jì)要求預(yù)埋好，據(jù)調(diào)查自建成未使用部分測(cè)壓管頂蓋被掀掉，管內(nèi)因裝滿黃砂、石子而破壞，其余測(cè)壓管蓋因生銹而報(bào)廢。三相位移、沉陷點(diǎn)均加工好，在各墩預(yù)埋的位置已預(yù)留，但是怕被破壞，在施工時(shí)未能安裝。

3 現(xiàn)狀檢測(cè)結(jié)論及安全狀態(tài)評(píng)定

3.1 安全評(píng)定結(jié)論

通過(guò)對(duì)節(jié)制閘現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)、安全鑒定復(fù)核計(jì)算等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。主要檢測(cè)項(xiàng)目分為閘室段（包含樁基礎(chǔ)、閘底板、邊墩、中墩、機(jī)架橋墩、機(jī)架橋、橋頭堡）、上下游連接段、閘門(mén)和啟閉機(jī)、電氣設(shè)備、觀測(cè)設(shè)備等，得到以下檢測(cè)結(jié)論：

（1）上游連接段

漿砌石護(hù)坡遭受滲流、沖刷、凍融等破壞嚴(yán)重，勾縫砂漿脫落，有的縫內(nèi)砂漿被剝蝕一空，現(xiàn)場(chǎng)抽取左岸護(hù)坡檢測(cè)，砂漿剝蝕老化系數(shù)為1.2 mm，說(shuō)明漿砌石體處于較嚴(yán)重破壞狀態(tài)，其剝蝕老化檢測(cè)結(jié)果比較嚴(yán)重。由于護(hù)坡破壞比較嚴(yán)重，其強(qiáng)度已不滿足設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)度變異系數(shù)為0.38[3]，說(shuō)明其強(qiáng)度均勻性較差，施工時(shí)對(duì)質(zhì)量控制不嚴(yán)格。

（2）閘室段

1）邊墩

右岸邊墩下游漿砌石體存在輕微裂縫，沿砂漿縫開(kāi)裂，裂縫表面有水痕?；炷翉?qiáng)度平均值為22.2 MPa，離散系數(shù)為0.17，總體推定強(qiáng)度為15.9 MPa，基本完好；碳化深度最大為28.5 mm，平均碳化深度為23.4 mm，對(duì)應(yīng)碳化系數(shù)為0.54，為輕微碳化。

通過(guò)對(duì)閘門(mén)槽處鋼筋的檢測(cè)，其銹蝕電位水平為-126 mV，判定為處于輕微銹蝕狀態(tài)。砂漿強(qiáng)度平均值為12.91 MPa，變異系數(shù)為0.38，總體推定強(qiáng)度為12.91 MPa，輕微老化。砂漿剝蝕老化系數(shù)為0.3 mm，砂漿基本完好。

2）中墩

中墩按從左往右1、2、3、…編號(hào)。該閘中墩表觀質(zhì)量良好，砼部分未發(fā)現(xiàn)異常裂縫；砌石體在15#、17#、19#、20#墩下游端發(fā)現(xiàn)貫穿性裂縫，裂縫沿砂漿縫開(kāi)裂，此系不均勻沉降所致，為嚴(yán)重破裂。經(jīng)檢測(cè)，該閘中墩強(qiáng)度基本滿足設(shè)計(jì)要求，鋼筋未銹蝕，但由于鋼筋保護(hù)層為4 cm，而最大碳化深度已達(dá)30.0 mm，若任其發(fā)展對(duì)保護(hù)鋼筋不利，應(yīng)進(jìn)行砼表面防碳化處理。另外，混凝土、砂漿強(qiáng)度雖滿足設(shè)計(jì)要求，但其離散系數(shù)為0.22、0.38，說(shuō)明施工時(shí)均勻性控制不好，綜合評(píng)定為輕微破壞。

3）機(jī)架橋墩

機(jī)架橋墩從表面上看，施工質(zhì)量較差，有的甚至出現(xiàn)順筋裂縫、露筋現(xiàn)象，裸露的鋼筋已經(jīng)銹蝕。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該構(gòu)件砼保護(hù)層很不均勻，大到4 cm，小的有l(wèi) cm～2 cm，甚至露筋，說(shuō)明是施工過(guò)程質(zhì)量控制不力，施工時(shí)用木模支護(hù)，加固不牢固，澆注時(shí)不能有效地密封、止?jié){，鋼筋保護(hù)層厚度控制不好或根本就未加控制，評(píng)定為較嚴(yán)重破裂。混凝土強(qiáng)度平均值為27.7 MPa，離散系數(shù)為0.28，總體推定強(qiáng)度為15.2 MPa，基本完好。但離散系數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)0.20 的規(guī)范要求，說(shuō)明其施工質(zhì)量控制不好。機(jī)架橋墩其碳化深度最大值為30.8 mm，平均值為26.2 mm，對(duì)應(yīng)碳化系數(shù)為0.37，為嚴(yán)重碳化。橋墩鋼筋銹蝕嚴(yán)重，多處已將保護(hù)層脹裂、脫落，鋼筋原直徑20 mm，暴露處蝕余直徑16.8 mm[4]。混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕平均電位水平為上-249 mV說(shuō)明混凝土內(nèi)鋼筋也處于較嚴(yán)重銹蝕狀態(tài)。

4）機(jī)架橋、橋頭堡

機(jī)架橋現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)異常裂縫、橋頭堡現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)不均勻沉陷和異常裂縫，基本完好。

（3）下游連接段

1）下游岸墻和護(hù)坡

下游岸墻和護(hù)坡受凍融、沖蝕、淘刷等作用，破壞已相當(dāng)嚴(yán)重，砂漿縫中砂漿剝落約25%，砂漿剝蝕深度約為10 mm～14 mm，取砂漿平均剝蝕深度12 mm，砂漿剝蝕老化系數(shù)為3.0 mm，破壞已經(jīng)比較嚴(yán)重。砂漿強(qiáng)度平均值為6.24 MPa，變異系數(shù)為0.40（表明砂漿均質(zhì)性較差），總體推定強(qiáng)度為6.24 MPa，嚴(yán)重老化。下游護(hù)坡多處存在較嚴(yán)重塌陷，塌陷面積約有5 m2～6 m2，最大塌陷深度35 cm；岸墻踏步處，有一寬22 mm 的斷裂縫，縫兩側(cè)差異沉降30 mm。

2）消力池、護(hù)坦和海漫

消力坎處存在大量裂縫，多處已斷裂、沉陷；用標(biāo)桿和尺子探測(cè)，發(fā)現(xiàn)護(hù)坦和海漫部分已沖毀，靠近消力坎處有一長(zhǎng)20 m，寬1 m～4 m 的條帶狀沖坑，消力坎斷裂、沉陷就是水流沿此沖坑退刷坎下土基所致。

（4）滲流測(cè)試

為了解閘室兩岸及閘基滲漏情況，在上游兩邊墩外側(cè)及閘前水面布設(shè)了一條自然電場(chǎng)測(cè)試剖面，測(cè)點(diǎn)間距1.0 m，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)繪制的自電曲線可知：左岸邊墩16 m 以內(nèi)，右岸邊墩15 m 以內(nèi)自電曲線均呈低值異常，其絕對(duì)異常值分別為72 mV和65 mV，說(shuō)明兩岸存在嚴(yán)重繞滲。閘前設(shè)計(jì)水位情況下，下游護(hù)坡石縫隙處有明水流出，且含土顆粒，護(hù)坡塌陷處即滲流出逸處。下游岸墻因不均勻沉降而斷裂和護(hù)坡多處塌陷均系兩岸繞滲己產(chǎn)生滲透破壞的反映。為驗(yàn)證自電測(cè)試效果，在左岸8 號(hào)測(cè)點(diǎn)處打一鉆孔。鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭由孔深4.7 m 掉至5.0 m，說(shuō)明該處已被滲流沖蝕成空洞。

由自電曲線圖還可看出：閘前水面自電曲線在110 m～170 m 之間呈低值異常，其絕對(duì)異常值為26 mV，此系閘基集中滲流帶的反映，中墩15#、17#、19#、20#、下游端因不均勻沉降而產(chǎn)生的裂縫，說(shuō)明此滲流已產(chǎn)生滲透破壞。由上可知：閘室兩岸及閘基滲透變形已危及工程安全。

（5）啟閉機(jī)與閘門(mén)

1）啟閉機(jī)

①負(fù)載試驗(yàn)中，減速器內(nèi)有異響，鋼絲繩纏繞不暢，有繃?yán)K和掛繩現(xiàn)象；②限位開(kāi)關(guān)、高度指示器不準(zhǔn)確，不可靠；③齒面硬度偏低，且配置不合理；④機(jī)架上各部件的墊板(如：軸承座、電動(dòng)機(jī)座、減速機(jī)座、制動(dòng)器座等)均未進(jìn)行加工，不滿足規(guī)范規(guī)定。同時(shí)，機(jī)架地腳螺栓的安裝偏差超出規(guī)范要求；⑤制動(dòng)器制動(dòng)輪硬度不合格，存在制動(dòng)輪包扎不緊的情況；⑥啟閉機(jī)型式選用不合要求；⑦該閘雖設(shè)有檢修門(mén)槽，但無(wú)檢修閘門(mén)等相應(yīng)檢修設(shè)施。

2）閘門(mén)

該閘于1994 年春天對(duì)閘門(mén)用環(huán)氧樹(shù)脂加固處理，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，閘門(mén)預(yù)埋鐵件銹蝕嚴(yán)重，橡皮止水老化嚴(yán)重，部分被撕裂。

（6）電氣檢測(cè)

①備用電源柴油發(fā)電機(jī)組因運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，現(xiàn)在己經(jīng)廢置；②用500V 搖表?yè)u測(cè)四臺(tái)啟閉機(jī)電機(jī)靜子線圈，其絕緣電阻值均為0，說(shuō)明電機(jī)靜子線圈絕緣層己破壞，不可再繼續(xù)使用，否則易引起電機(jī)漏電傷人或燒壞電機(jī)；③避雷針引下線用鋁芯導(dǎo)線，使用纏繞方式接地，不符合《電業(yè)安全工作規(guī)程》的要求[5]；應(yīng)將避雷針引下線用焊接或鉚接的方式接在接地線上；④發(fā)電機(jī)組設(shè)在距水閘約200 m 遠(yuǎn)處的閘管所，輸電線路為架空線。架空線已老化，絕緣層破損開(kāi)裂，不能保證將電源安全、可靠地輸送到水閘[6]。機(jī)架橋上的電纜老化嚴(yán)重，絕緣層破損，隨時(shí)都有電纜漏電傷人的危險(xiǎn)。

3.2 安全分析建議

為消除該水閘的安全隱患，充分發(fā)揮該水閘的防洪效益，鑒于上述諸項(xiàng)問(wèn)題，應(yīng)盡快對(duì)該閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固。除險(xiǎn)加固方案應(yīng)重點(diǎn)從閘室穩(wěn)定、泄洪能力、消能防沖、抗震抗?jié)B能力和運(yùn)行管理等方面考慮，提出如下建議：

（1）對(duì)機(jī)架橋橋墩采取必要的防止鋼筋銹蝕措施。

（2）閘室與兩岸岸墻已經(jīng)出現(xiàn)滲流破壞，應(yīng)采取相關(guān)的處理措施，以確保閘室、岸墻及其上部結(jié)構(gòu)的安全。

（3）重建護(hù)坦、海漫、防沖槽和右岸護(hù)坡，保證建筑物安全可靠的運(yùn)行。

（4）閘門(mén)已運(yùn)行近30 a，屬超期服役。閘門(mén)在結(jié)構(gòu)型式上及各部件的老化程度上，均無(wú)法保證安全運(yùn)行要求，而且無(wú)法提出閘槽檢修，建議對(duì)現(xiàn)閘門(mén)進(jìn)行全面檢測(cè)以確定將其維修或更換為鋼質(zhì)閘門(mén)。

（5）建議門(mén)槽軌道更換為鋼質(zhì)軌道，更換止水橡皮和埋件。

（6）雖然啟閉機(jī)目前運(yùn)行尚好，但其運(yùn)行已近30 a，屬超期服役產(chǎn)品。老產(chǎn)品啟閉機(jī)普遍存在齒面硬度較低等內(nèi)在質(zhì)量問(wèn)題，建議對(duì)啟閉設(shè)備進(jìn)行全面檢測(cè)后以確定將其大修處理或更換。

（7）更換大容量的變壓器，增設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組，建變壓器房和發(fā)電機(jī)房。

（8）更換低壓配電屏，增設(shè)啟閉機(jī)集中控制配電屏。

（9）增設(shè)機(jī)房，更換啟閉機(jī)配電設(shè)備，改就地控制為集中、就地均可控制方式。

（10）重新敷設(shè)低壓配電線路，增設(shè)閘門(mén)高度指示器，對(duì)閘門(mén)開(kāi)啟高度隨機(jī)進(jìn)行控制。增設(shè)檢修閘門(mén)配電設(shè)備，敷設(shè)檢修門(mén)配電線路。

（11）重新布置照明設(shè)施，對(duì)防雷接地設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)，不符合要求應(yīng)予以更換，以保證運(yùn)行人員人身安全。

（12）完善觀測(cè)設(shè)施建設(shè)，監(jiān)視工程運(yùn)行情況，為進(jìn)行下一步工作和日常管理積累第一手資料。

4 結(jié)論和建議

鑒于該本工程在抗?jié)B穩(wěn)定、消能防沖、閘室穩(wěn)定、岸墻穩(wěn)定、混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面某些指標(biāo)達(dá)不到規(guī)范要求，工程存在嚴(yán)重安全隱患，為充分發(fā)揮節(jié)制閘的整體效益，考慮該閘所處位置的重要性，建議從消除工程安全隱患和更大程度發(fā)揮整體效益兩方面著手對(duì)該閘盡快進(jìn)行除險(xiǎn)加固。