淺談淮河流域水閘病害分析研究

孫小冉

一、淮河流域水閘現(xiàn)狀

截至2016年，全國已建成流量5m3/s及以上的水閘105283座，按水閘類型可分為：分洪閘10557座，排（退）水閘18210座，擋潮閘5153座，引水閘14350座，節(jié)制閘57013座。其中淮河流域目前現(xiàn)有各類水閘5427座，分布廣泛，類型齊全，大型水閘307座，中型水閘1450座，由于淮河流域是新中國成立后第一條全面系統(tǒng)治理的大河，在“蓄泄兼籌”治淮方針指導(dǎo)下，大量的涵閘工程主要修建在20世紀(jì)50～70年代內(nèi)，大中型水閘大部分都采取“三邊”的方式進(jìn)行勘察、設(shè)計(jì)、施工，不少工程存在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量差的問題，經(jīng)過五六十年的運(yùn)行，有762座大中型病險(xiǎn)水閘，約占大中型水閘總數(shù)的43.37%，而數(shù)量占優(yōu)的小型水閘，由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低、安全富裕度小，其出現(xiàn)病險(xiǎn)的比例遠(yuǎn)高于大中型水閘。水閘工程安全隱患突出，嚴(yán)重影響了興利效益的發(fā)揮，同時(shí)威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)安全。為此必須深入開展水閘病害研究，為后續(xù)的水閘病害防治工作提供理論支撐。

二、水閘病險(xiǎn)的危害和研究的必要性

1.對(duì)防洪體系構(gòu)成嚴(yán)重威脅

水閘作為江河湖泊防洪體系的骨干工程，在歷年防汛抗洪中發(fā)揮了重要作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國重點(diǎn)大中型水閘保護(hù)下游耕地面積約1.54億畝，人口約11400萬。在我國的防洪保安體系中，水閘病害是重大隱患，在一些用水矛盾敏感突出和存在洪水災(zāi)害的地區(qū)，尤其是在人口密度大、河流湖泊縱橫眾多的中部、東部和南部平原地區(qū)，一些水閘或因結(jié)構(gòu)不合理，或因長期的得不到維護(hù)和更新，一旦出事，貽誤關(guān)鍵時(shí)機(jī)，將給防汛調(diào)度帶來很大困難，給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)帶來巨大損失，對(duì)社會(huì)穩(wěn)定造成嚴(yán)重影響。

2.嚴(yán)重影響興利效益的發(fā)揮

我國大多數(shù)水閘除防洪排澇外，兼具水資源調(diào)控、蓄水灌溉、供水、發(fā)電、航運(yùn)等多重興利目的，是保證國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源需求的增長，水資源嚴(yán)重短缺的矛盾日益突出，灌溉供水和防汛排澇變得同樣重要，水閘存在危險(xiǎn)或損壞未及時(shí)修理，直接給城市供水、農(nóng)村灌溉等正常的生產(chǎn)生活安全構(gòu)成威脅。

3.嚴(yán)重滯后社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)水閘提出了更高的要求，除滿足基本功能外，還需滿足水閘周邊人居文化環(huán)境的需要。但淮河流域多數(shù)水閘設(shè)施簡陋、老化，在設(shè)計(jì)建設(shè)之初，對(duì)水閘的人文環(huán)境效益考慮不夠，綜合效益較差，因此水閘病害的存在，不但危及防洪安全和供水安全，影響水環(huán)境的治理，而且制約過國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，不利于民生。

三、淮河流域水閘病害類型及成因分析

由于運(yùn)行環(huán)境、地形地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)形式以及設(shè)計(jì)施工和運(yùn)行管理等因素影響，水閘病害性狀千差萬別，其主要病害有：防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低、不均勻沉降引起的破壞、滲漏、閘室結(jié)構(gòu)混凝土老化及損壞嚴(yán)重、消能防沖設(shè)施嚴(yán)重?fù)p壞、泥沙淤積、閘門及啟閉機(jī)設(shè)備破壞、觀測設(shè)施缺失、管理房屋失修，防汛道路損壞，缺少備用電源等等。

水閘病害繁雜，多種因素相互作用，總體可將水閘病害的成因分為荷載因素和非荷載因素兩大部分。荷載因素主要包括水位、溫度、上部荷載、滲流、地震等，非荷載因素則有設(shè)計(jì)、施工、基礎(chǔ)處理、運(yùn)行管理和材料老化等。

荷載因素中：水壓力是主要的作用力，影響閘室和翼墻的穩(wěn)定；溫度則主要影響水閘混凝土的溫度應(yīng)力，尤其施工期，大體積混凝土的溫控是主要問題；上部荷載對(duì)閘室的穩(wěn)定有影響；滲流會(huì)增大閘底板的揚(yáng)壓力，減小閘室的有效重力，對(duì)閘室的穩(wěn)定不利，同時(shí)也會(huì)掏空地基，引起上下游連接段設(shè)施的沉陷和閘室的傾斜；地震方面，由于附加地震慣性力的作用使結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度或穩(wěn)定性破壞，從而產(chǎn)生裂縫、傾斜、甚至倒塌。

非荷載因素中的設(shè)計(jì)方面：1）由于1984年《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》頒布之前建造的水閘，設(shè)計(jì)理論還不是很成熟，主要用于改善水路條件，對(duì)水閘抗御洪水能力以及對(duì)本地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)考慮甚少；有些水閘更是“邊勘探、邊設(shè)計(jì)、邊施工”，影響了水閘的防洪能力，消能防沖和滲流。2）由于臨近工程或影響其運(yùn)行的工程的興建，導(dǎo)致了運(yùn)行工況發(fā)生變化，例如南水北調(diào)東線工程的實(shí)施，京杭大運(yùn)河沿線大量水閘的運(yùn)行工況發(fā)生了較大的變化，很多水閘防洪能力明顯不足。

施工方面：20世紀(jì)50年代至70年代建造的水閘質(zhì)量較差，例如混凝土主要采用人工拌和、人工澆筑、人工振搗等，混凝土不密實(shí)，選用的混凝土和配筋量不滿足要求，結(jié)構(gòu)超載或不均勻荷載等，這直接影響結(jié)構(gòu)的安全性能。

基礎(chǔ)處理方面：基礎(chǔ)軟弱或處理不當(dāng)，直接影響閘室和翼墻的穩(wěn)定性和滲流等問題。

管理方面：主要是管理人員專業(yè)性不夠、人員缺乏，導(dǎo)致原有的技術(shù)資料不齊全，工程得不到及時(shí)的維修和保養(yǎng)，或者由于管理制度不完善，水閘常常受到人為破壞，如河床過度采砂，破壞了水沙平衡，改變?cè)泻哟残螤?，降低下游河床高程，增加上下游水頭差，加大了水流破壞力等，導(dǎo)致水閘長期帶病運(yùn)行。

材料和老化方面，水閘主要材料為混凝土和砌石，混凝土的抗?jié)B，抗裂性很重要；材料的老化也和其質(zhì)量有直接的關(guān)系，例如，混凝土碳化會(huì)使結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，碳化深度達(dá)到一定程度，鋼筋會(huì)銹蝕，鋼閘門的銹蝕穿孔，導(dǎo)致漏水，閘門擋水能力下降。

四、水閘病害補(bǔ)強(qiáng)加固措施

1.防洪能力方面

主要是提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，防洪高程，改善消能防沖。防洪標(biāo)準(zhǔn)和高程一般在設(shè)計(jì)時(shí)已確定，主要是改善消能防沖?？刹捎霉こ檀胧┡c非工程措施相結(jié)合的手段處理，非工程措施最主要的是提高水閘運(yùn)行管理水平，采取合理的運(yùn)行方式。工程措施可采取加深、延長或增設(shè)消力池、防沖槽，增設(shè)板樁墻等措施。

2.結(jié)構(gòu)安全方面

（1）增強(qiáng)抗滑穩(wěn)定性：當(dāng)閘室抗滑穩(wěn)定不滿足要求時(shí)，可增加上部結(jié)構(gòu)重量、增設(shè)或加長阻滑板或預(yù)應(yīng)力錨固等措施來提高抗滑能力。當(dāng)擋土墻抗滑不穩(wěn)定時(shí)，可通過減小墻后土壓力和增強(qiáng)擋土墻抗滑能力兩種基本措施來解決。

（2）結(jié)構(gòu)變形中閘室的糾偏處理：可采用應(yīng)力解除法糾偏，其特點(diǎn)是，掏土?xí)r，掏深不掏淺，掏軟不掏硬，掏基底外不掏基底內(nèi)。通過在沉降較小的一側(cè)布設(shè)密集的鉆孔排，鉆孔內(nèi)適當(dāng)深度掏出適量的軟淤泥，使地基應(yīng)力在局部范圍內(nèi)得到解除，促使軟土向該側(cè)移動(dòng)，從而增加該側(cè)地基沉降量，達(dá)到糾偏的目的。

3.滲流安全方面

地基滲漏的處理原則是降低水流的滲透坡降，提高基礎(chǔ)的抗?jié)B坡降，在條件允許的情況下，先降低滲漏水位，減少水壓力，然后再進(jìn)行滲漏處理?；A(chǔ)滲漏的修復(fù)主要是適當(dāng)加長上游防水鋪蓋，修復(fù)止水設(shè)施，在海漫處加做反濾排水，加設(shè)閘基板樁，對(duì)閘基礎(chǔ)進(jìn)行灌漿處理。側(cè)向滲漏修復(fù)主要有：加深加長刺墻，垂直止水的修復(fù)；閘背填土開挖回填；灌漿處理。

4.非金屬材料劣損

（1）混凝土的碳化的處理：對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度沒有影響的裂縫，可采用壓力灌漿法對(duì)裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿，也可根據(jù)裂縫情況鑿成V字型或倒梯形，清洗干凈后，槽內(nèi)用水泥砂漿、丙乳砂漿及環(huán)氧砂漿等嵌補(bǔ)。對(duì)因結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生的裂縫，應(yīng)認(rèn)真對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析計(jì)算，根據(jù)實(shí)際荷載情況，可采取增設(shè)桿件法、錨貼鋼板法、粘貼玻璃鋼法、加大截面法等。

（2）混凝土表面剝蝕處理：首先對(duì)原混凝土剝蝕面進(jìn)行清洗，再根據(jù)混凝土剝蝕的原因，使用不同的修補(bǔ)材料。

5.金屬材料劣損

淮河流域水閘，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制，很多閘門均為鋼混凝土閘門，許多機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)均出現(xiàn)嚴(yán)重老化問題，且自動(dòng)化程度較低，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，應(yīng)考慮更換較為合適，但更換時(shí)應(yīng)注意與原水工結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)，并對(duì)供電及控制線路進(jìn)行改造，完善各輔助設(shè)施功能，提高控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度。

6.運(yùn)行管理方面

更新觀測設(shè)施，加強(qiáng)工程管理，對(duì)觀測設(shè)施進(jìn)行更新改造，使之滿足現(xiàn)代水利管理的需要，貫徹“安全第一、預(yù)防為主”的理念，加強(qiáng)安全監(jiān)測、完善應(yīng)急預(yù)案，科學(xué)主動(dòng)的去發(fā)現(xiàn)問題，建立安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的管理體系，確保工程安全。

對(duì)水閘的加固處理要結(jié)合其實(shí)際情況綜合考慮，通常幾種措施結(jié)合起來，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定加固方法，以確保工程安全運(yùn)行。

五、結(jié)語

水閘作為江河湖泊防洪體系的骨干工程，并兼具水資源調(diào)控、蓄水灌溉、供水、發(fā)電、航運(yùn)等多重興利目的，是保證國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，根據(jù)淮河流域水閘病害現(xiàn)狀及類型，對(duì)其成因進(jìn)行分析，并提出一系列補(bǔ)強(qiáng)加固措施，以便更好地掌握水閘工作性態(tài)，確保工程安全運(yùn)行■