周逢強(qiáng) 何文浩

（無錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇無錫 214023）

1 水閘安全鑒定流程及除險加固設(shè)計(jì)的依據(jù)

水閘在運(yùn)行過程中，長期受到內(nèi)、外因素影響，建筑物的安全性態(tài)會產(chǎn)生一系列的變化。為加強(qiáng)水閘安全管理，保障安全運(yùn)行，水閘實(shí)行定期安全鑒定制度：鑒定組織單位進(jìn)行水閘工程現(xiàn)狀調(diào)查，委托有資質(zhì)的鑒定單位開展安全評價；鑒定承擔(dān)單位在現(xiàn)狀調(diào)查、質(zhì)量檢測和復(fù)核計(jì)算的基礎(chǔ)上對水閘的安全狀況進(jìn)行分析評價，作出水閘安全評價報告；由鑒定審定部門或委托有關(guān)單位組織成立專家組，對水閘安全評價報告進(jìn)行審查，召開水閘安全鑒定審查會，形成水閘安全鑒定報告書，為管理單位對水閘進(jìn)行科學(xué)管理以及除險加固設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。

水閘安全鑒定主要的相關(guān)規(guī)范和文件包括：《水閘安全鑒定管理辦法》（2008年6月20日）《水閘安全鑒定規(guī)定》（SL214-98）《全國大中型病險水閘安全鑒定核查工作實(shí)施方案》《全國大中型病險水閘除險加固專項(xiàng)規(guī)劃》等?，F(xiàn)有水閘安全類別劃分為：①一類閘，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；②二類閘，運(yùn)用指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，工程存在一定損壞，經(jīng)大修后，可達(dá)到正常運(yùn)行；③三類閘，運(yùn)用指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，工程存在嚴(yán)重?fù)p壞，經(jīng)除險加固后，才能達(dá)到正常運(yùn)行；④四類閘，運(yùn)用指標(biāo)無法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，工程存在嚴(yán)重安全問題，需降低標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用或報廢重建?，F(xiàn)有水閘的主要病害表現(xiàn)在防洪能力、消能防沖、結(jié)構(gòu)安全、滲流安全、工程質(zhì)量、材料老化破損和金屬結(jié)構(gòu)及電氣等方面。

水閘除險加固設(shè)計(jì)必須根據(jù)相關(guān)法律、法規(guī)和技術(shù)規(guī)范規(guī)程，以原設(shè)計(jì)圖紙、竣工資料、模型試驗(yàn)報告、專項(xiàng)科研報告、批復(fù)文件等原始資料為基礎(chǔ)，以安全鑒定報告書、安全復(fù)核報告、檢測報告、現(xiàn)場檢查報告、安全鑒定報告的核查意見等水閘安全鑒定成果及水閘除險加固規(guī)劃和批準(zhǔn)的文件為依據(jù)，遵從《水利水電工程初步設(shè)計(jì)報告編制規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，編寫水閘除險加固設(shè)計(jì)報告。水閘除險加固設(shè)計(jì)原則：①水閘除險加固設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格按照除險加固規(guī)劃和批準(zhǔn)文件的要求和內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)；②除險加固設(shè)計(jì)應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)有國家和水利水電行業(yè)有關(guān)規(guī)范、規(guī)程；③除險加固設(shè)計(jì)時水閘規(guī)模、防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遵從水閘所在流域規(guī)劃的要求；④除險加固設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)水閘原設(shè)計(jì)圖、竣工資料及安全鑒定成果進(jìn)行；⑤除險加固設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)水閘安全鑒定結(jié)果和擬加固的項(xiàng)目，有針對性地選擇在水閘的防洪標(biāo)準(zhǔn)、過流能力、抗?jié)B能力、抗滑穩(wěn)定性、消能防沖、結(jié)構(gòu)承載能力及抗震方面進(jìn)行復(fù)核計(jì)算；⑥水閘除險加固設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)病害的影響、機(jī)構(gòu)原材料劣化、新舊材料結(jié)合性能及材料差異；⑦除險加固設(shè)計(jì)應(yīng)注意工程施工階段構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)變形的問題；⑧除險加固時，應(yīng)有必要的方案比選，以確保加固方案技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理。

2 蘆埠港節(jié)制閘安全鑒定

蘆埠港閘位于江陰市利港鎮(zhèn)東北部蘆埠港河上，離港口450 m，是江陰市13 座通江水閘之一，其主要作用是確保利港鎮(zhèn)東北片防洪安全，同時在內(nèi)河低水位時引水，汛期排澇。蘆埠港閘主要建筑物按2 級水工建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物按3 級水工建筑物設(shè)計(jì)。蘆埠港閘于1988年12月興建，1989年9月竣工，2001年9月除險加固，2003年12月通過了無錫江陰段長江堤防達(dá)標(biāo)建設(shè)工程驗(yàn)收。

蘆埠港閘為凈寬8.0 m 的單孔節(jié)制閘，閘底板面高程0.5 m（吳淞高程，下同），閘頂高程9.0 m，閘底板長14 m，閘門為平面鋼閘門，分上、下扉，門頂高程8.5 m。閘首為鋼筋混凝土U 型結(jié)構(gòu)，底板厚1.0 m，閘墩厚0.8 m。公路橋凈寬7.0 m，梁底高程8.45 m，設(shè)計(jì)荷載汽-20 級，掛-100校核。啟閉機(jī)室布置1 臺QPQ2×16 t繩鼓式啟閉機(jī)，節(jié)制閘工作橋頂面高程17.70 m。蘆埠港閘工程自投運(yùn)以來，不僅保護(hù)著利港鎮(zhèn)東北片的防洪安全，同時還承擔(dān)著排澇、引水沖污、改善城區(qū)水環(huán)境等任務(wù)，是一項(xiàng)具有綜合效益的水利工程。蘆埠港閘已建成20 多年，由于多年運(yùn)行，各水工建筑物工程設(shè)施已老化，混凝土及土石方工程存在安全隱患。

為了保障工程安全運(yùn)行和發(fā)揮效益，根據(jù)《水閘安全鑒定規(guī)定》的要求，對蘆埠港閘工程現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查分析，對蘆埠港閘工程設(shè)計(jì)施工、技術(shù)管理等進(jìn)行了探討，并就蘆埠港閘工程管理運(yùn)用過程中存在的問題，對工程現(xiàn)場安全檢測、安全復(fù)核計(jì)算的內(nèi)容提出了建議。經(jīng)綜合分析評價，蘆埠港閘工程運(yùn)用指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，工程存在一定的損壞，經(jīng)除險加固后，才能達(dá)到正常運(yùn)行，故將本閘安全類別定為三類。

2.1 工程運(yùn)行管理評價

江陰市蘆埠港閘工程由江陰市江港堤閘管理處負(fù)責(zé)管理，管理處管理體制明確，運(yùn)行機(jī)制合理，實(shí)行了管養(yǎng)分離，規(guī)章制度健全。管理處嚴(yán)格按照《水閘技術(shù)管理規(guī)程》，制定相關(guān)工程管理制度和水閘技術(shù)管理實(shí)施細(xì)則，嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行管理。一是加強(qiáng)檢測觀測，對各閘站工程觀測和機(jī)電設(shè)備的檢測，做到經(jīng)常檢查，定期對水工建筑進(jìn)行垂直位移、引河變形和滲透觀測；二是加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，使技術(shù)人員能夠熟悉和掌握各種管理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，不斷提高管理水平和業(yè)務(wù)水平，做到科學(xué)管理、規(guī)范管理；三是落實(shí)汛前汛后檢查，根據(jù)檢查情況制定維修工程計(jì)劃，全面落實(shí)歲修維修工程任務(wù)，每年投入資金落實(shí)工程養(yǎng)護(hù)維修和完善各類管理設(shè)施。蘆埠港閘自投運(yùn)以來，在防汛抗旱、改善水環(huán)境、交通航運(yùn)、水利經(jīng)濟(jì)等方面發(fā)揮了巨大的工程效益，同時改善了江陰乃至無錫地區(qū)的水環(huán)境，有效保障了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，提高了人民群眾的生活質(zhì)量。蘆埠港閘建成運(yùn)行以來，各部位運(yùn)行情況良好，尚未發(fā)生過安全責(zé)任事故。

2.2 土建結(jié)構(gòu)安全性態(tài)分析

2.2.1 現(xiàn)場安全檢測

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查分析報告和水閘安全鑒定的有關(guān)規(guī)定，對蘆埠港閘工程的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、混凝土碳化深度、混凝土保護(hù)層厚度及結(jié)構(gòu)病害進(jìn)行了現(xiàn)場安全檢測。

在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全性態(tài)分析時分別采用了綜合回彈法、鉆芯法對本工程的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了檢測。根據(jù)檢測可知，閘墩、排架、交通橋橋板混凝土強(qiáng)度分別為21.4 MPa、28.5 MPa、27.6 MPa，均滿足原設(shè)計(jì)要求，但不滿足《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 191-2008）有關(guān)混凝土最低強(qiáng)度等級要求。

工程各構(gòu)件混凝土的碳化深度不均勻，閘墩碳化深度在4.0～5.0 mm之間，排架碳化深度在5.0～16.0 mm之間，交通橋橋板碳化深度在6.0～7.0 mm 之間。閘墩的實(shí)測混凝土保護(hù)層厚度均大于設(shè)計(jì)值，大于碳化深度，但小于《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；排架、交通橋橋板的實(shí)測混凝土保護(hù)層厚度均大于設(shè)計(jì)值和《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，且大于碳化深度。

2.2.2 結(jié)構(gòu)病害檢測

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)病害檢測主要是從裂縫寬度、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方面進(jìn)行檢測并綜合判斷。

本工程各組成部分局部存在病害，主要有：①下游港道淤積嚴(yán)重；②下游右排架根部混凝土開裂；③下游右翼墻近邊墩處條石缺失一處，范圍為40 cm×15 cm；④上游河道護(hù)砌較短；⑤上游第二、三節(jié)左翼墻接縫錯縫，第三節(jié)左翼墻下沉3 cm；⑥上游第一、二節(jié)右翼墻接縫錯位，第二節(jié)右翼墻下沉3 cm。

2.2.3 閘門與啟閉機(jī)安全性態(tài)分析

對金屬結(jié)構(gòu)主要通過啟閉機(jī)性能狀態(tài)檢測、閘門外觀檢查、閘門焊縫超聲波探傷、閘門涂層厚度檢測、啟閉機(jī)運(yùn)行參數(shù)檢測，得出以下評價：①蘆埠港閘上扉鋼閘門外觀良好，門體無變形，閘門底梁翼緣板有5處銹損，局部輕微銹蝕，焊縫探傷符合要求，防腐涂層厚度不符合要求；啟閉機(jī)主要零部件無損傷、裂紋、變形，潤滑情況正常，整體無銹蝕；制動系統(tǒng)完好，運(yùn)行制動正常。②蘆埠港閘電氣配電箱較為簡陋；蘆埠港閘的啟閉機(jī)三相電流、三相電壓不平衡度滿足規(guī)程要求，電控柜符合要求。

2.2.4 建筑物安全性態(tài)分析

蘆埠港閘工程閘墩、交通橋、工作橋及排架基本無病害，上下游連接段病害較多。閘門外觀總體符合要求，焊縫探傷總體符合要求，防腐涂層厚度基本符合要求；啟閉機(jī)整體狀況較好。

2.3 安全復(fù)核計(jì)算分析

2.3.1 安全性態(tài)計(jì)算內(nèi)容

安全性態(tài)復(fù)核計(jì)算包括：防洪高程、過水能力、消能防沖、抗?jié)B穩(wěn)定性、閘室穩(wěn)定、翼墻穩(wěn)定、閘底板結(jié)構(gòu)、閘墩結(jié)構(gòu)、工作橋強(qiáng)度、排架強(qiáng)度、交通橋強(qiáng)度復(fù)核以及鋼閘門強(qiáng)度復(fù)核等。

水閘閘頂高程應(yīng)根據(jù)擋水和泄水兩種運(yùn)用情況進(jìn)行復(fù)核。根據(jù)2011年觀測數(shù)據(jù)，閘頂部上游側(cè)高程實(shí)際為9.00 m，在設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位情況下，蘆埠港閘的閘墩頂部高程滿足防洪要求。當(dāng)內(nèi)河側(cè)水位H內(nèi)河=4.4 m，外河側(cè)水位H外河=4.1 m，計(jì)算過流能力為83.4 m3/s，大于設(shè)計(jì)過流流量82 m3/s，故過流能力滿足要求。滲流計(jì)算時取上下游水位差最大時的工況，并且采用改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算滲流出口坡降和水平坡降是否滿足規(guī)范要求，在各個運(yùn)行工況條件下，蘆埠港閘的實(shí)際滲徑長度大于所需的滲徑長度，即節(jié)制閘現(xiàn)有防滲長度皆能滿足防滲要求。

閘室穩(wěn)定計(jì)算主要考慮在自重、水重、水壓力、揚(yáng)壓力等荷載作用下，節(jié)制閘在各工況下抗滑安全系數(shù)、地基應(yīng)力不均勻系數(shù)及地基承載能力是否滿足規(guī)范要求。經(jīng)計(jì)算，蘆埠港閘最小抗滑安全系數(shù)出現(xiàn)在正向設(shè)計(jì)期，其值為1.27，略低于允許值1.30；最大地基應(yīng)力不均勻系數(shù)出現(xiàn)閘室檢修期，其值為1.59，小于允許值2.00；最大平均地基反力出現(xiàn)在反向校核期，其值為68.01 kPa，小于地基允許承載力160 kPa；最大地基反力出現(xiàn)在反向設(shè)計(jì)期，其值為69.67 kPa，小于地基允許承載力的1.2 倍。

翼墻計(jì)算考慮荷載為自重、水重、水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力等。土壓力采用朗肯土壓力理論進(jìn)行計(jì)算，墻后土壓力采用主動土壓力計(jì)算。在不同計(jì)算工況下，長江側(cè)第一節(jié)翼墻、第二節(jié)翼墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)、地基承載能力均滿足規(guī)范要求；在設(shè)計(jì)高水位情況下，地基不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求。在不同計(jì)算工況下，內(nèi)河?xùn)|側(cè)翼墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)、地基承載能力均滿足規(guī)范要求；在設(shè)計(jì)低水位情況下，內(nèi)河?xùn)|側(cè)2 型擋墻地基不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求。在不同計(jì)算工況下，內(nèi)河西側(cè)翼墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)、地基承載能力均滿足規(guī)范要求；內(nèi)河?xùn)|側(cè)2 型、3 型、4 型擋墻在各個水位情況下，地基不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

蘆埠港閘凈寬不大，故采用倒置梁法進(jìn)行底板的強(qiáng)度校核計(jì)算。作用在梁上的荷載有底板自重、水重、浮托力、滲透壓力及地基反力。所需配筋量As=2000.5 mm，實(shí)際配筋Φ20@150，蘆埠港閘閘室底板面層工程實(shí)際配筋為A實(shí)際=2094 mm＞As，即配筋滿足要求。

2.3.2 安全復(fù)核計(jì)算結(jié)果

對于工作橋、排架、閘室墻、翼墻、閘門均采用最不利工況對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和閘門啟門力進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算，結(jié)論是：①節(jié)制閘防洪高程滿足要求；②節(jié)制閘過流能力在各工況下均滿足要求；③節(jié)制閘消力池池長、池深、消力池底板厚度滿足要求，海漫長度滿足要求；④節(jié)制閘防滲長度、水平坡降最大值、出逸坡降最大值滿足規(guī)范要求；⑤節(jié)制閘在各工況下抗滑安全系數(shù)、地基應(yīng)力不均勻系數(shù)、地基承載能力均滿足規(guī)范要求；⑥上下游各級翼墻的抗滑安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)、地基承載能力均滿足規(guī)范要求；部分翼墻地基應(yīng)力不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求；⑦節(jié)制閘底板底層、面層及閘墩鋼筋量在各工況下均滿足要求；⑧工作橋懸臂板、橫梁、縱梁配筋量均滿足要求；⑨節(jié)制閘排架立柱、橫梁配筋量滿足要求；⑩節(jié)制閘交通橋橋板正截面承載力滿足要求；11閘門主梁、面板強(qiáng)度滿足要求，啟閉機(jī)容量滿足要求。

表1 蘆埠港閘除險翼墻加固方案比選

圖1 上游翼墻現(xiàn)狀斷面圖

2.4 蘆埠港閘安全狀態(tài)分析

根據(jù)以上分析，江陰市蘆埠港閘工程運(yùn)用指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，工程存在一定損壞，經(jīng)除險加固后，才能達(dá)到正常運(yùn)行。按照《水閘安全鑒定規(guī)定》（SL214-98）第6.0.2 條，將蘆埠港閘擬定為三類閘。應(yīng)盡快對蘆埠港閘進(jìn)行除險加固，進(jìn)一步加強(qiáng)管理。

3 蘆埠港閘除險加固設(shè)計(jì)方案

3.1 除險加固內(nèi)容

本次蘆埠港閘除險加固工程針對安全鑒定報告中提出的問題進(jìn)行除險加固，工程設(shè)計(jì)包括：①節(jié)制閘閘室、閘墩改造，構(gòu)件表面凹陷部位采用環(huán)氧膩?zhàn)犹钇?，修?fù)至表面平整。②啟閉機(jī)房過于簡陋，對工作橋、啟閉機(jī)及控制房改造；③上游翼墻及連接段改造；④下游翼墻及連接段改造；⑤金屬結(jié)構(gòu)改造及加固；⑥管理房及倉庫改造。

圖2 保留底板方案

3.2 建筑物設(shè)計(jì)

本次蘆埠港閘除險加固工程建筑物設(shè)計(jì)主要為上下游翼墻的加固改造。根據(jù)蘆埠港閘安全鑒定，節(jié)制閘漿砌塊石翼墻結(jié)構(gòu)病害較多，局部條石缺失，上游翼墻（如圖1）均有比較明顯的錯縫，局部沉降大。本次加固設(shè)計(jì)對翼墻進(jìn)行改造，勘察了墻后現(xiàn)狀土質(zhì)情況，在確定方案時通過充分比較，并復(fù)核各方案施工期的安全性，最終選擇合理方案。

本次蘆埠港閘除險加固中對翼墻的加固進(jìn)行了方案比較：方案一，考慮翼墻全部拆除，新建鋼筋混凝土翼墻；方案二，保留翼墻底板，新建翼墻墻身；方案三，拆除臨水側(cè)預(yù)制條石，保留較為完好的砌石墻身，在現(xiàn)有漿砌石墻身上方新建鋼筋混凝土L 型墻。方案優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1。綜合考慮施工影響、投資等情況，本次除險加固設(shè)計(jì)確定方案三為最終設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)語

經(jīng)過多年運(yùn)行，水閘的各部分建筑物會產(chǎn)生各種變化，如因混凝土碳化、鋼筋銹蝕、船只碰撞以及規(guī)范更新等各種內(nèi)外因素引起的狀態(tài)改變。管理單位要及時了解建筑物各部分的安全性態(tài)，就需要通過水閘的安全鑒定，對建筑物的運(yùn)行情況進(jìn)行系統(tǒng)的檢查。水閘安全鑒定成果可為管理單位科學(xué)管理提供較為可靠的運(yùn)行參數(shù)，并為除險加固提供較為完整的依據(jù)。

圖3 保留墻身方案