病險(xiǎn)水閘安全監(jiān)測方式探討與分析

高衛(wèi)喜

（鹽城市新洋港閘管理所，江蘇 鹽城 224049）

1 概 況

某閘是蘇北里下河地區(qū)排澇擋潮控制工程之一。工程于1971年11月動(dòng)工興建，1972年6月竣工放水。設(shè)計(jì)排水流域面積865 km2，設(shè)計(jì)日平均排澇流量200 m3/s。最大流量1 418 m3/s，為大（2）型擋潮閘。全閘共16孔，其中15 孔為排水孔，北岸第一孔為通航孔，全閘總寬96.6 m。閘底板采用反拱型式，全閘16 孔底板與閘墩座連成整體不分縫，成為十六跨連拱結(jié)構(gòu)。閘室下游設(shè)公路橋1 座，工作橋采用鋼筋混凝土T 型簡支梁。閘上游設(shè)寬1.5 m工作便橋1座。投入運(yùn)行50年以來，累計(jì)開閘2萬余潮次，排除澇水600億m3，為保障里下河地區(qū)人民生產(chǎn)生活的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了良好的工程效益和社會(huì)效益。

為保障水閘、大壩等水利工程安全可靠運(yùn)行，要定期且準(zhǔn)確觀測和分析水工建筑物的沉降、裂縫、滲壓等情況［1］。水閘安全監(jiān)測是作為保證水工建筑物安全的重要手段，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，為管理單位及時(shí)、高效、經(jīng)濟(jì)和高質(zhì)量地解決水閘工程存在的實(shí)際問題提供決策依據(jù)。監(jiān)測應(yīng)采用固定周期頻次與日常不間斷監(jiān)測相結(jié)合方式進(jìn)行，定期對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估分析。

2 安全鑒定

經(jīng)多年頻繁運(yùn)行，在復(fù)雜的自然條件和外力作用下，水閘材料性能和受力狀態(tài)不斷變化，工程病害險(xiǎn)情不斷發(fā)生，功能下降。建閘以來該閘共進(jìn)行了4 次較大規(guī)模的維修加固。經(jīng)過安全鑒定發(fā)現(xiàn)反拱底板多孔出現(xiàn)裂縫，底板面層局部麻面或粗糙，閘門南北側(cè)底部混凝土結(jié)構(gòu)多孔損壞導(dǎo)致漏水現(xiàn)象，兩側(cè)邊孔排架均出現(xiàn)橫向裂縫等眾多較大安全隱患。2017 年8 月被江蘇省水利廳評(píng)定為四類水閘。

3 監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

主要監(jiān)測內(nèi)容為沉陷監(jiān)測、河道斷面監(jiān)測、裂縫監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、揚(yáng)壓力監(jiān)測等［2］，其中沉陷、水平位移監(jiān)測每周進(jìn)行1 次，河道斷面監(jiān)測每季度1 次，其余項(xiàng)目都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全天候監(jiān)測。

3.1 底板裂縫監(jiān)測

2017年先后3次通過水下潛水檢查對(duì)閘底板裂縫進(jìn)行監(jiān)測拍照，整個(gè)上下游底板共有14 條縫，本文選取2017年5月、2021年3月、2021年12月的4條縫進(jìn)行對(duì)比，見表1。

表1 水下檢測底板裂縫情況

由表1 可知，該閘在2017 年鑒定為四類閘后，在采取公路橋禁止車輛通行、通航孔禁止船舶通航等一系列安全應(yīng)急措施后，反拱底板裂縫數(shù)量、長度、寬度不斷增加，表明反拱底板裂縫仍在發(fā)展。

3.2 排架裂縫監(jiān)測

2013 年發(fā)現(xiàn)北側(cè)通航孔邊墩排架存在上下兩道水平裂縫，裂縫基本處于排架變截面處，裂縫深度較深，基本貫穿，裂縫寬度為0.1~0.5 mm。2014年4 月對(duì)裂縫修補(bǔ)采用化學(xué)壓力注漿碳纖素補(bǔ)強(qiáng)。2016發(fā)現(xiàn)表面碳纖素補(bǔ)強(qiáng)又出現(xiàn)裂縫損壞，位置還在原有裂縫處且16 號(hào)排水孔南邊墩排架也出現(xiàn)裂縫，裂縫均出現(xiàn)在排架距地面0.6 m和3.3 m處的變截面處，距地面3.3 m 處有1 條四周交圈水平裂縫，并已貫穿。

為對(duì)南、北側(cè)排架裂縫進(jìn)行觀測，2018 年底在南北側(cè)排架4 條裂縫寬度較大處各安裝3 支振弦式測縫計(jì)，將測縫計(jì)接入自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)裂縫寬度進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測［3］。根據(jù)南、北排架裂縫動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)2021年1月至2022年1月時(shí)間段每半個(gè)月北側(cè)排架監(jiān)測點(diǎn)的最大裂縫開合度進(jìn)行整理，主要成果見表2和圖1。

圖1 北側(cè)排架裂縫開合度趨勢(shì)

表2 北側(cè)排架裂縫開合度

對(duì)上述監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從裂縫開合度表和裂縫開合度趨勢(shì)來看，剔除個(gè)別數(shù)據(jù)，排架裂縫寬度均超出規(guī)范允許值，但裂縫寬度基本維持不變。

3.3 水平位移監(jiān)測

為了實(shí)時(shí)監(jiān)測閘室水平位移的情況，在閘墩外側(cè)安裝了10 處水平位移監(jiān)測設(shè)施，其中上游5 處，下游5 處，利用全站儀每半月開展1 次監(jiān)測。本次選取2021年7月1日至2022年2月間各測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，垂直水流方向位移過程線見圖2，各測點(diǎn)順?biāo)鞣较蛭灰七^程線見圖3。

圖2 垂直水流方向位移過程線

圖3 順?biāo)鞣较蛭灰七^程線

根據(jù)圖2、圖3 可以看出：排除水平位移曲線呈現(xiàn)較大的“抖動(dòng)”現(xiàn)象，由于水平位移監(jiān)測設(shè)施需要校正，各測點(diǎn)垂直水流方向位移數(shù)值基本在零線附近，垂直位移比較??；大部分測點(diǎn)順?biāo)鞣较蛭灰瞥示徛仙厔?shì)，反映大部分測點(diǎn)存在向下游位移的趨勢(shì)。

3.4 揚(yáng)壓力監(jiān)測

水閘閘底板混凝土裂縫等缺陷誘發(fā)的滲流會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)壓力，直接影響水閘閘基的穩(wěn)定性，一旦超過允許值，就會(huì)威脅水閘的安全。滲透壓力是滲流監(jiān)測的基本測試項(xiàng)目，通過閘基滲壓力監(jiān)測，可以實(shí)時(shí)掌握閘基的滲流狀態(tài)，判明變化趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取處理措施，以保障水閘的安全運(yùn)行。

因建閘時(shí)布置的測壓管淤堵，基本失去使用功能。2021年在3#、10#閘墩上、下游重新埋設(shè)2個(gè)測點(diǎn)，并配置專業(yè)的振弦式滲壓計(jì)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測。本文選取了2022 年1 月31 日每15 min 的揚(yáng)壓力實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，經(jīng)整理3#墩揚(yáng)壓力監(jiān)測歷時(shí)曲線見圖4，10#墩揚(yáng)壓力監(jiān)測歷時(shí)曲線見圖5。

圖4 3#墩揚(yáng)壓力監(jiān)測歷時(shí)曲線

圖5 10#墩揚(yáng)壓力監(jiān)測歷時(shí)曲線

根據(jù)圖4、圖5可知，閘底板揚(yáng)壓力與上、下游水位符合閘底滲透規(guī)律，表明閘室底板在每組測壓管附近不存在透水的裂縫。

4 結(jié) 語

對(duì)該閘開展了裂縫監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、揚(yáng)壓力監(jiān)測，底板裂縫數(shù)量、長度、寬度不斷增加，表明反拱底板裂縫仍在發(fā)展；位移監(jiān)測表明大部分測點(diǎn)存在向下游位移的趨勢(shì)；閘底板揚(yáng)壓力與上、下游水位符合閘底滲透規(guī)律，表明閘室底板在每組測壓管附近不存在透水的裂縫。因此，該閘在被評(píng)定為四類水閘后，為了工程安全，應(yīng)拆除重建。重建之前，根據(jù)“四類閘”處置要求，加強(qiáng)工程監(jiān)測，通過對(duì)工程沉降、裂縫、位移、揚(yáng)壓力等監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)掌握工程危險(xiǎn)狀態(tài)，為“五落實(shí)”方案和應(yīng)急預(yù)案提供技術(shù)支撐。