李樓節(jié)制閘安全性態(tài)分析研究

任小飛

（中工武大設(shè)計(jì)研究有限公司安徽分公司 合肥 230001）

1 工程概況

李樓節(jié)制閘座落于江蘇省徐州市豐縣常店鎮(zhèn)李樓自然村東，始建于1971年，原設(shè)計(jì)15 孔閘門，每孔凈寬5m，在省、市有關(guān)部門的大力支持幫助下，2003年省計(jì)委、省水利廳批準(zhǔn)李樓節(jié)制閘在原址拆除重建，工程于2003年10月動(dòng)工，2004年6月12日通過市級(jí)組織的水下部分驗(yàn)收，2007年12月竣工。重建后的節(jié)制閘7 孔，每孔凈寬8m，閘門采用鋼閘門，配2×10t 卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。閘底板高程33.0m，閘門頂高程37.5m。工程按10年一遇設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流量605m3/s，相應(yīng)閘上水位37.70m，閘下水位37.55m；20年一遇校核，流量820 m3/s，相應(yīng)閘上水位39.24m，閘下水位39.04m。

李樓節(jié)制閘已運(yùn)行多年，為了維持水閘的正常運(yùn)行并發(fā)揮工程效益，有必要分析研究其安全性態(tài)，根據(jù)水利部標(biāo)準(zhǔn)《水閘安全鑒定規(guī)定》（SL214-98），確定水閘安全類別，為管理單位安全運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。

2 土建結(jié)構(gòu)安全性態(tài)分析

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)水閘部位混凝土結(jié)構(gòu)安全性能，此次采用回彈法、鉆芯法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)?；炷两Y(jié)構(gòu)檢測(cè)成果見表1。

由表1可知：采用回彈法、鉆芯法測(cè)得閘墩、排架、交通橋面板、上游翼墻、下游翼墻的混凝土強(qiáng)度分別為25.2MPa、25.1MPa、30.0MPa、25.0MPa、25.6MPa。所測(cè)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，也滿足《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL191-2008）有關(guān)混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)要求。

表1 混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)表

2.2 混凝土碳化深度

采用沖擊電鉆，在構(gòu)件表面垂直打一直徑約15mm 左右的孔，深度略超過碳化深度，用橡皮吹氣球除去鉆孔中的碎屑及粉末，用砂紙及軟布擦去孔壁粉末，然后立即用濃度為1%的酚酞酒精溶液均勻地噴灑在孔洞內(nèi)壁，當(dāng)已碳化與未碳化界線清楚時(shí)，再用碳化深度測(cè)量儀或其他深度測(cè)量器具測(cè)量已碳化與末碳化混凝土交界面至混凝土表面的垂直距離多次，取其平均值，該距離即為該測(cè)區(qū)的碳化深度值，每次讀數(shù)精確至0.5mm。

由檢測(cè)成果可知：該工程各構(gòu)件混凝土的碳化深度不均勻。閘墩的碳化深度較小，其值在7.0～14.0mm之間，最大值出現(xiàn)在3#孔左閘墩，其值達(dá)14.0mm；排架的碳化深度較大，其值在14.0～37.0mm 之間，最大值出現(xiàn)在2#孔右排架，其值達(dá)37.0mm；交通橋面板的碳化深度不均勻，其值在8.0～18.0mm 之間，最大值出現(xiàn)在6#孔交通橋面板，其值達(dá)18.0mm；上游翼墻的碳化深度不均勻，其值在7.0～21.0mm 之間，最大值出現(xiàn)在上游左側(cè)翼墻，其值達(dá)21.0mm；下游翼墻的碳化深度較小，其值在4.0～13.0mm 之間。

2.3 混凝土保護(hù)層厚度

對(duì)每個(gè)構(gòu)件，根據(jù)受力主筋的走向，選擇五個(gè)點(diǎn)，用瑞士PROCEQ 公司制造的SCONLOG-B 型鋼筋位置測(cè)定儀測(cè)定混凝土保護(hù)層厚度。

李樓節(jié)制閘混凝土保護(hù)層測(cè)值和碳化深度分布見圖1。

圖1 李樓節(jié)制閘混凝土保護(hù)層測(cè)值和碳化深度分布圖

由檢測(cè)結(jié)果可知：閘墩的實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度大于最大碳化深度，大于《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 191-2008）規(guī)定的最小保護(hù)層厚度，部分閘墩的實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度小于原設(shè)計(jì)要求；排架的實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度小于最大碳化深度，也小于《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 191-2008）規(guī)定的最小保護(hù)層厚度及原設(shè)計(jì)值；交通橋面板的實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度大于最大碳化深度，也大于《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 191-2008）規(guī)定的最小保護(hù)層厚度及原設(shè)計(jì)值；上游翼墻的實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度大于最大碳化深度，也大于《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 191-2008）規(guī)定的最小保護(hù)層厚度及原設(shè)計(jì)值；下游翼墻的實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度大于最大碳化深度，也大于《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 191－2008）規(guī)定的最小保護(hù)層厚度及原設(shè)計(jì)值。

2.4 混凝土結(jié)構(gòu)病害

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)病害的檢測(cè)主要是從裂縫寬度、長度、走向、位置、表面特征，混凝土是否膨脹、剝落，鋼筋是否銹蝕等幾個(gè)方面來進(jìn)行檢測(cè)并綜合判斷。該工程各組成部分病害較少， 3#孔左排架根部混凝土脹裂，鋼筋銹蝕。

2.5 檢測(cè)結(jié)果分析

鑒于以上結(jié)論，李樓節(jié)制閘混凝土結(jié)構(gòu)均較為完好，建議進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)該工程維修養(yǎng)護(hù)。

3 閘門及啟閉機(jī)安全性態(tài)分析

（1）抽檢2#、3#鋼閘門焊縫探傷、涂層厚度、鋼板腐蝕、鋼板厚度均符合要求，主要構(gòu)件無折斷、損傷。

（2）啟閉機(jī)及其附屬設(shè)施完整，啟閉機(jī)主要零部件無損傷、裂紋、變形，動(dòng)力系統(tǒng)工作正常，均符合要求。

經(jīng)對(duì)李樓節(jié)制閘閘門、啟閉機(jī)檢測(cè)分析，啟閉機(jī)性能狀態(tài)符合要求；閘門外觀總體符合要求，焊縫探傷、涂層厚度、鋼板腐蝕、鋼板厚度均符合要求。

4 安全復(fù)核計(jì)算分析

4.1 復(fù)核計(jì)算工況及荷載組合

此次安全性態(tài)分析計(jì)算主要包括：節(jié)制閘過流能力安全性態(tài)計(jì)算、消能及防沖設(shè)施安全性態(tài)計(jì)算、防滲設(shè)施安全性態(tài)計(jì)算、穩(wěn)定安全性態(tài)計(jì)算、結(jié)構(gòu)安全性態(tài)計(jì)算。

此次消能及防沖設(shè)施安全性態(tài)計(jì)算、防滲設(shè)施安全性態(tài)計(jì)算考慮設(shè)計(jì)、校核兩種工況；而穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)計(jì)算考慮設(shè)計(jì)、校核、檢修、地震四種工況。此次復(fù)核計(jì)算水位及流量組合見表2。

表2 復(fù)核計(jì)算水位表

計(jì)算考慮的荷載為結(jié)構(gòu)自重、水重、水壓力、揚(yáng)壓力、地震荷載等。

揚(yáng)壓力為滲透壓力和浮托力之和，滲透壓力值采用前述滲流計(jì)算成果，浮托力考慮下游水位的影響。上游水壓力計(jì)算時(shí)考慮止水的影響，止水以上按靜水壓力考慮，止水以下按揚(yáng)壓力計(jì)算。

該閘所處場(chǎng)地區(qū)動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s，地震動(dòng)峰值加速度處于為0.05g，相當(dāng)于地震基本烈度處于6 度。

4.2 安全性態(tài)分析內(nèi)容

防滲設(shè)施計(jì)算主要驗(yàn)算閘基的防滲長度，同時(shí)采用改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算滲流出口處坡降及水平坡降。

穩(wěn)定計(jì)算主要包括閘室穩(wěn)定、翼墻的穩(wěn)定計(jì)算，主要計(jì)算在各工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、地基承載力、地基應(yīng)力不均勻系數(shù)。

結(jié)構(gòu)計(jì)算主要包括閘室結(jié)構(gòu)、翼墻結(jié)構(gòu)、閘門結(jié)構(gòu)、工作橋結(jié)構(gòu)、交通橋結(jié)構(gòu)的計(jì)算，主要計(jì)算在各工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。此次借助ABAQUS 三維有限元軟件進(jìn)行計(jì)算。

4.3 安全性態(tài)分析結(jié)果

（1）各工況下該閘過流能力均能滿足要求。

（2）各工況下消力池長度、厚度、海漫長度均能滿足要求。

（3）出口坡降滿足要求，水平段的水平坡降全滿足要求，因此，地基滲流穩(wěn)定滿足要求。

（4）在各種計(jì)算工況下，閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、地基承載力均滿足要求，設(shè)計(jì)工況下地基應(yīng)力不均勻系數(shù)基本滿足規(guī)范要求，其他工況地基應(yīng)力不均勻系數(shù)均滿足要求。

（5）上下游翼墻地基承載力、地基應(yīng)力不均勻系數(shù)、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

（6）閘室底板面層、底層、閘墩、排架的配筋均滿足要求。

（7）鋼閘門面板、主梁強(qiáng)度均滿足要求，選擇QPQ2×100 的啟閉機(jī)滿足要求。

（8）工作橋橫梁、縱梁正截面強(qiáng)度、斜截面抗剪強(qiáng)度均滿足要求。

（9）交通橋橋板抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、裂縫寬度也滿足要求。

5 結(jié)論與建議

（1）李樓節(jié)制閘運(yùn)行至今，檢測(cè)表明結(jié)構(gòu)外觀完整、無明顯缺陷，總體安全度基本滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范要求；復(fù)核計(jì)算表明過流能力、消能防沖、抗?jié)B穩(wěn)定、閘室穩(wěn)定、翼墻穩(wěn)定、混凝土結(jié)構(gòu)承載能力、鋼閘門性能等均能滿足規(guī)范要求。

（2）根據(jù)以上李樓節(jié)制閘的安全性評(píng)估和適用性評(píng)估，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)物基本完好，復(fù)核計(jì)算指標(biāo)滿足規(guī)范要求，建議李樓節(jié)制閘評(píng)為一類閘、運(yùn)用指標(biāo)能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無影響正常運(yùn)行的缺陷，按常規(guī)維修養(yǎng)護(hù)即可保證正常運(yùn)行。

（3）根據(jù)安全評(píng)價(jià)結(jié)論，李樓節(jié)制閘的閘室主體主要子項(xiàng)目符合國家現(xiàn)行規(guī)范要求，建議進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)工程的維護(hù)■