褚益清

（河北省子牙河河務(wù)管理處，河北衡水053000）

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水閘安全鑒定應(yīng)注意的問題

褚益清

（河北省子牙河河務(wù)管理處，河北衡水053000）

摘要：以獻縣節(jié)制閘安全鑒定為例，分析了節(jié)制閘在鑒定過程中發(fā)現(xiàn)的問題及容易出現(xiàn)隱患的部位。討論了流域內(nèi)其它水閘在鑒定過程中出現(xiàn)類似共性問題的可能性及應(yīng)重點關(guān)注的一些問題，以確保水閘安全鑒定工作質(zhì)量。關(guān)鍵詞：獻縣；節(jié)制閘；安全鑒定；流域內(nèi)水閘

水閘是子牙河流域平原地區(qū)較為常見的水工建筑物，具有擋水和泄水雙重功能，在防洪、除澇、灌溉、航運等方面應(yīng)用較為廣泛。目前流域內(nèi)大部分水閘建于上世紀六七十年代，由于歷史原因，存在工程建設(shè)標準偏低，施工質(zhì)量差等問題，加之長久運用，工程管理不到位等因素，造成水閘安全隱患嚴重。通過獻縣節(jié)制閘安全鑒定項目，探討流域內(nèi)水閘安全鑒定中應(yīng)注意的問題。

獻縣節(jié)制閘位于子牙河上，設(shè)計流量300m3/s，鑒于滹沱河北大堤為Ⅰ級堤防，節(jié)制閘主要建筑物級別按1級設(shè)計，次要建筑物級別為2級。自2000年節(jié)制閘進行應(yīng)急加固處理后，根據(jù)《水閘安全鑒定管理辦法》規(guī)定，應(yīng)進行全面檢測，鑒定節(jié)制閘類別，判定工程是否屬于病險水閘。

1　節(jié)制閘運行情況

獻縣節(jié)制閘自建成運行以來，建立了工程日常維護管理制度、工程安全操作制度、閘門啟閉規(guī)程等，保障了水閘的安全運行，發(fā)揮了各方面的效益。

“96.8”洪水時，閘前最高水位14.97m，最大過閘流量266m3/s，自2000年節(jié)制閘應(yīng)急處理后，未遭遇洪水考驗。

2　工程現(xiàn)狀調(diào)查分析

2.1節(jié)制閘工程現(xiàn)狀調(diào)查分析

調(diào)查人員通過目測、使用鋼尺等工具對節(jié)制閘混凝土結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)、機電設(shè)備等進行了檢查觀測，發(fā)現(xiàn)節(jié)制閘閘墩中下部布滿剝蝕坑，水位變化區(qū)防腐層剝落。機架橋T梁混凝土部分剝落、開裂，排架柱表層分布細小裂紋。下游左側(cè)混凝土砌塊海漫部分已架空。

節(jié)制閘閘門下部涂層部分脫落，布滿銹坑；下游面上下門節(jié)接縫處下部鋼板大多已銹損，部分已銹穿；下主輪銹蝕較重，部分主輪已銹死。啟閉機超折舊年限，陳舊老化，變速箱輕微漏油，行程開關(guān)全部失效，抱閘銹蝕較重。

通過對獻縣節(jié)制閘工程設(shè)施、金屬及機電設(shè)備狀態(tài)的初步觀察分析，并結(jié)合獻縣節(jié)制閘目前的運行管理情況，建議應(yīng)盡快進行節(jié)制閘的安全檢測和復核計算。

2.2流域內(nèi)水閘現(xiàn)狀調(diào)查時應(yīng)注意的問題

現(xiàn)狀調(diào)查分析是在管理單位日常管理基礎(chǔ)上，對工程進行全面檢查。通過節(jié)制閘現(xiàn)狀調(diào)查，發(fā)現(xiàn)水閘工程隱患主要存在于混凝土結(jié)構(gòu)、土石結(jié)構(gòu)、機電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備等方面。

因子牙河流域平原區(qū)水文、氣象條件大體相似，流域內(nèi)其它水閘在上述方面極有可能存在不同程度的隱患，因此在對流域內(nèi)水閘進行現(xiàn)狀調(diào)查時，應(yīng)對以上幾個方面加以關(guān)注，重點對混凝土碳化、剝離、露筋等情況、上下游護砌的完好性、閘門的銹蝕程度、機電設(shè)備運行狀況等進行細致觀測。

特別是中小水閘日常管理較薄弱，平時對一些輔助設(shè)備維護不到位，調(diào)查時還要考慮到電氣設(shè)備與觀測設(shè)備等方面是否存在問題。

工程現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)束后，根據(jù)調(diào)查結(jié)果，應(yīng)提出水閘下一步應(yīng)進行的安全檢測項目。

3　現(xiàn)場安全檢測

3.1節(jié)制閘現(xiàn)場安全檢測

根據(jù)獻縣節(jié)制閘現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)的主要問題并結(jié)合工程實際情況，對節(jié)制閘有代表性的部位進行了重點檢測，包括建筑物外觀檢查、酚酞試劑法檢測混凝土碳化深度、回彈法檢測混凝土抗壓強度、鉆芯法檢測混凝土抗壓強度、鉆芯法檢測混凝土天然密度、金屬閘門銹蝕檢測。

檢測結(jié)果如下：

節(jié)制閘閘墩混凝土平均碳化深度15.5mm，機架橋柱平均碳化深度28.3mm，機架橋T梁平均碳化深度17.5mm。

按鉆芯法檢測，節(jié)制閘機架橋排架柱混凝土平均天然密度2.41g/cm3，強度推定值為18.1MPa。按回彈法檢測，節(jié)制閘閘墩混凝土強度推定值為21.2～23.7MPa，機架橋柱混凝土強度推定值為19.5～23.2MPa，機架橋T梁混凝土強度推定值為23.0～26.6MPa。

節(jié)制閘閘門總體平均銹蝕量1.84mm，平均銹蝕速率0.042mm/a。節(jié)制閘啟閉機超折舊年限，陳舊老化，行程開關(guān)全部失效，抱閘銹蝕較重，電機電流不平衡度超出正常范圍。

3.2流域內(nèi)水閘安全檢測時應(yīng)注意的問題

安全檢測是水閘安全鑒定過程中重要的環(huán)節(jié)，也是工程進行維修加固的必要依據(jù)。獻縣節(jié)制閘安全檢測中，開展了外觀檢測、混凝土碳化深度檢測、利用回彈法和鉆芯法檢測了混凝土的抗壓強度值、進行了閘門銹蝕檢測等項目，得到了詳細的測試數(shù)據(jù)。

經(jīng)過幾十年運行，流域內(nèi)水閘混凝土結(jié)構(gòu)碳化、剝蝕現(xiàn)象較為常見，是混凝土破壞的主要形式之一，應(yīng)根據(jù)水閘的規(guī)模大小，選擇適量的樣本進行混凝土碳化深度及強度值檢測。

混凝土強度檢測時，最好同時使用回彈法與鉆芯法，兩種方法可以互相參考校核，從而更加準確的測定混凝土強度值。

目前流域內(nèi)河流中的水質(zhì)較差，對水閘金屬結(jié)構(gòu)的損害不容輕視，檢測時，可以采集水樣化驗分析水質(zhì)情況，以便更加準確的找出金屬結(jié)構(gòu)銹蝕的原因。

流域內(nèi)大部分水閘機電設(shè)備及配套電氣設(shè)備大部分超期服役，根據(jù)節(jié)制閘的檢測數(shù)據(jù)，推斷水閘的機電設(shè)備及電氣設(shè)備存在嚴重隱患，因此進行現(xiàn)場檢測時要特別留意。

除參考節(jié)制閘進行上述項目檢測外，還應(yīng)根據(jù)工程實際情況進行地基土基本性質(zhì)檢測、防滲及消能設(shè)施的完整性與有效性檢測，觀測設(shè)施的有效性檢測，重點是測壓管、繞滲管等設(shè)備的有效性檢測。

4　工程復核計算

4.1節(jié)制閘復核計算

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查及安全檢測，確定了節(jié)制閘進行過流能力、消能防沖、閘室穩(wěn)定、閘室結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、機架橋結(jié)構(gòu)、工作閘門復核計算。

（1）過流能力復核。

根據(jù)《子牙河系防洪規(guī)劃報告》中獻縣泛區(qū)及子牙新河規(guī)劃，節(jié)制閘泄量采用堰流計算公式，經(jīng)計算，校核洪水位18.0m時，節(jié)制閘最大泄量為716.21m3/s，滿足節(jié)制閘相機泄量300m3/s的要求。

（2）消能防沖復核。

采用《水閘設(shè)計規(guī)范》SL265-2001附錄B中的相關(guān)公式計算消力池深度、長度、底板厚度及海漫長度。經(jīng)計算，節(jié)制閘的消力池深度、長度、底板厚度及海漫長度均滿足消能防沖要求。

（3）閘室穩(wěn)定復核。

利用《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）中的相關(guān)公式對基底應(yīng)力、閘室抗滑穩(wěn)定、滲流穩(wěn)定進行了復核。

復核結(jié)果表明，在各計算工況下，節(jié)制閘的閘室基底應(yīng)力滿足地基承載力的要求，基底應(yīng)力不均勻系數(shù)滿足規(guī)范要求；閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.0，抗滑穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求；閘基水平段及出口段水力坡降均小于允許坡降，閘基滲流能夠滿足安全運用要求。

（4）閘室結(jié)構(gòu)復核。

閘室結(jié)構(gòu)復核進行了閘底板結(jié)構(gòu)復核及閘墩結(jié)構(gòu)復核，節(jié)制閘閘室結(jié)構(gòu)采用倒π字型，即在中孔中間分縫，將三孔閘底板和閘墩分成二塊整體，按半無限大的彈性地基梁計算；閘墩結(jié)構(gòu)復核時，計算閘墩底面正應(yīng)力將閘墩作為固接于閘底板的懸臂梁，按材料力學偏心受壓構(gòu)件計算其接觸正應(yīng)力。

門槽應(yīng)力驗算時，在門槽處截取下游段閘墩為脫離體進行計算。經(jīng)計算，各種工況條件下閘底板下層實際配筋裂縫寬度均小于允許最大裂縫寬度，閘底板結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求；墩底縱向正應(yīng)力、門槽應(yīng)力均滿足要求。

（5）排架結(jié)構(gòu)復核。

考慮在三孔閘門同時開啟和閘門全開，地震兩種工況條件下對各排架進行橫向（順水流方向）及縱向（垂直水流方向）計算。經(jīng)計算，地震工況下2號排架立柱加固段、3號排架立柱加固段和中間橫梁、4號排架中間橫梁計算配筋面積均大于實際配筋面積，排架結(jié)構(gòu)不滿足規(guī)范要求。

（6）機架橋結(jié)構(gòu)復核。

經(jīng)計算機架橋主梁最大彎矩配筋面積為4390mm2，由《獻縣樞紐施工圖》知主梁實際配筋面積為4241mm2，機架橋主梁計算配筋面積雖大于實際配筋面積，但低于5%，故主梁結(jié)構(gòu)基本滿足承載力要求。

（7）工作閘門復核。

節(jié)制閘閘門復核計算面板蝕余厚度、主梁蝕余厚度、及邊梁蝕余厚度是否滿足強度及剛度等相關(guān)要求。節(jié)制閘上節(jié)門面板蝕余厚度滿足要求，但已到允許臨界值；下節(jié)門面板蝕余厚度不滿足要求。主梁最大彎應(yīng)力不滿足要求，最大剪應(yīng)力及撓度滿足要求。邊梁強度及剛度滿足要求。

4.2流域內(nèi)水閘復核計算時應(yīng)注意的問題

節(jié)制閘復核計算是以前期的工程現(xiàn)狀調(diào)查分析及安全檢測內(nèi)容為基礎(chǔ)，依照現(xiàn)行的《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）及《子牙河流域防洪規(guī)劃報告》對工程安全狀況進行分析判斷，為工程后期的安全評價提供數(shù)據(jù)支持。

流域內(nèi)的水閘進行復核計算時，一定要參考《子牙河流域防洪規(guī)劃報告》，以規(guī)劃報告中的數(shù)據(jù)為依據(jù)進行相關(guān)復核。除參考節(jié)制閘復核項目外，還要根據(jù)水閘的實際情況進行混凝土結(jié)構(gòu)強度和變形復核、抗震性能復核等?，F(xiàn)就水閘過流能力復核、滲流復核、閘室結(jié)構(gòu)復核等方面應(yīng)注意的問題簡要說明。

過流能力復核時應(yīng)注意正確理解過閘水位差的問題，過流能力復核主要依據(jù)閘上下游水位差，計算閘孔過流量，并與水閘原設(shè)計流量進行對比，以判定水閘過流能力是否滿足要求。

有時安全鑒定報告是復核過閘水位差，若水位差超過0.3m，則認為不滿足《水閘設(shè)計規(guī)劃》中的要求，認定水閘過流能力不足。

但在實際中，若鑒定時出現(xiàn)過閘水位差大于0.3m，但不影響上游堤防安全，則不能簡單的認為水閘過流能力不足。過流能力復核時，應(yīng)根據(jù)水閘的不同型式選擇不同的流量計算公式。

進行滲流穩(wěn)定復核時，復核計算方法的選擇。閘基滲徑長度指鋪蓋、垂直防滲體或齒墻等結(jié)構(gòu)、閘室底板與地基接觸線的長度之和。在早期水閘設(shè)計中，根據(jù)閘基有無垂直防滲體采用萊茵法或勃萊法計算閘基滲徑。后來出現(xiàn)了阻力系數(shù)法、改進阻力系數(shù)法，其精度有顯著的提高。改進阻力系數(shù)法滲流區(qū)劃分較多，在進、出口段附近水頭損失修正方面考慮的比較多，因此，在進行滲流穩(wěn)定復核時不宜再采用萊茵法或勃萊法，而應(yīng)采用改進阻力系數(shù)法進行滲流穩(wěn)定復核。

進行閘室結(jié)構(gòu)復核時，應(yīng)區(qū)分閘底板結(jié)構(gòu)及閘墩結(jié)構(gòu)，選擇相應(yīng)的計算模型，以真實反映復核結(jié)果。部分中小水閘的閘門是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，進行閘門復核時，還要參照混凝土結(jié)構(gòu)復核的內(nèi)容綜合考慮。

5　節(jié)制閘安全鑒定

節(jié)制閘在經(jīng)過現(xiàn)狀調(diào)查分析、現(xiàn)場安全檢測、相關(guān)項目復核計算的基礎(chǔ)上，充分分析數(shù)據(jù)的可靠性與合理性，提出工程存在的主要問題，經(jīng)分析節(jié)制閘運用指標達不到設(shè)計要求，部分結(jié)構(gòu)損壞嚴重，需進行除險加固，判定節(jié)制閘屬三類閘。

6　結(jié)語

子牙河流域內(nèi)水文、氣象等條件相似，水閘建設(shè)的時間大體為同一時期。通過獻縣節(jié)制閘安全鑒定過程中檢測出來的問題，找出流域內(nèi)其它水閘可能存在的共性問題，分析容易出現(xiàn)隱患的部位結(jié)構(gòu)，在安全鑒定過程中重點予以關(guān)注，確保水閘安全鑒定的質(zhì)量。

中圖分類號：TV66

文獻標識碼：B

文章編號：1008-1305（2016）01-0012-03

DOI：10.3969 /j.issn.1008-1305.2016.01.004

收稿日期：2014-09-30

作者簡介：褚益清（1984年—），女，工程師。