陳秋

摘要：水閘工程的安全運行關(guān)乎水資源調(diào)控障和防洪安保，了解水閘病害類型、規(guī)范水閘安全監(jiān)測、掌握水閘運行性態(tài)、編制水閘安全監(jiān)測技術(shù)指標(biāo)，對降低事故風(fēng)險意義深遠(yuǎn)。本文基于此，對水閘主要病害類型及其特征加以分析，明確了基礎(chǔ)沉降、閘墩及翼墻變形、側(cè)向繞滲、閘基場壓力、上下游水位及沖刷、閘墩傾斜、測點布置等關(guān)鍵指標(biāo)作為水閘監(jiān)測的核心技術(shù)要點。并結(jié)合典型水閘缺陷案例，基于上下游水位頻繁變化、地質(zhì)條件差等情況，提出編制水閘安全監(jiān)測資料的關(guān)鍵點。

關(guān)鍵詞：水閘病害；安全監(jiān)測技術(shù)；技術(shù)要點；監(jiān)測資料

0 引言

水閘是我國水利工程中必不可少的內(nèi)容，對水資源優(yōu)化配置意義深遠(yuǎn)，在防洪減災(zāi)工作中不可或缺，其防洪、發(fā)電、供水、灌溉、改善環(huán)境效益等能力與日俱增，對國民經(jīng)濟發(fā)展功不可沒。近些年來，隨著水閘安全問題的爆發(fā)，各級黨委、黨政府及中央政府對水閘安全的關(guān)注度不斷提升，要求針對水閘病害加強排查，并做好加固建設(shè)確保水閘安全運行。水閘設(shè)計與施工環(huán)節(jié)，為提高施工質(zhì)量并確保工程安全，應(yīng)實時掌握水閘安全運行性態(tài)，實踐中一般會結(jié)合工程項目特點與實際需求布控安全監(jiān)測儀器，為準(zhǔn)確評估水閘施工期、運行期工程安全提供數(shù)據(jù)支持，并為提高水閘效益奠定基礎(chǔ)。

1 水閘安全監(jiān)測現(xiàn)狀

項目組進行現(xiàn)場調(diào)研，深入江蘇省、河南省、淮河水利委員會沂沭泗管理局等了解水閘安全監(jiān)測情況并收集數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)有工程資料、座談資料、實測數(shù)據(jù)，對水閘監(jiān)測狀況進行總結(jié)，詳情如下。

（1）眾多中小型水閘無安全監(jiān)測設(shè)施。部分水閘雖配備安全監(jiān)測設(shè)施，由于缺乏行業(yè)規(guī)范、設(shè)計不科學(xué)、管理人員認(rèn)識不足，實踐中安全監(jiān)測設(shè)施并未發(fā)揮應(yīng)有成效，從業(yè)人員也未嚴(yán)格遵循操作規(guī)程進行水閘安全運行狀況數(shù)據(jù)監(jiān)測。實地考察結(jié)果顯示，眾多現(xiàn)場人員安全意識淡薄，水閘設(shè)計規(guī)范性不足、加固改造措施不到位，如某大型水閘設(shè)計初期并未進行現(xiàn)場勘測，未將當(dāng)?shù)靥厥獾刭|(zhì)條件、降雨、自然災(zāi)害等因素考慮在內(nèi)，雖然設(shè)置了水閘加固措施，但使用中仍出現(xiàn)了不均勻沉降、滲透變形等安全隱患。據(jù)悉，施工期間工作人員就發(fā)現(xiàn)了閘底板縫隙，但由于安全意識淡薄并未完善安全監(jiān)管設(shè)施，工程檢測不到位，項目投入運行后具備較大的安全風(fēng)險。

（2）部分大中型水閘設(shè)計并配置了安全監(jiān)測設(shè)置，同時配備加固裝置，但是管理人員、工作人員等存在認(rèn)知偏差，將監(jiān)測系統(tǒng)納入土建標(biāo)段管理或相關(guān)單位缺乏承建經(jīng)驗，未按照安全監(jiān)測裝置規(guī)范操作要求進行安裝，與此同時，監(jiān)理人員能力不足甚至有些單位未配備監(jiān)理工程師加以檢測，導(dǎo)致安全監(jiān)測裝置系統(tǒng)功能不佳，無法起到安全監(jiān)測效果，個別項目竣工驗收結(jié)束后安全監(jiān)測裝置就無法正常運轉(zhuǎn)。

（3）個別水閘配備了安全監(jiān)測設(shè)施且兼具自動化遙測功能，但是系統(tǒng)成本高，后期維護不及時，設(shè)施嚴(yán)重?fù)p壞，未能持續(xù)運轉(zhuǎn)。與此同時，水閘管理單位技術(shù)能力有限，缺乏對監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理運用和分析，為水閘安全運行帶來了巨大隱患。

綜上所述，目前大多數(shù)水閘工程未配備安全監(jiān)測系統(tǒng)，或者有部分水閘配備了安全監(jiān)測系統(tǒng)卻沒有數(shù)據(jù)收集和處置的能力。由此可見，編制水閘安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范對了解水閘運行狀態(tài)、評估施工質(zhì)量、反饋設(shè)計方案、降低事故風(fēng)險有積極作用，開展水閘安全監(jiān)測工作的現(xiàn)實意義巨大。

2 水閘特性及常見病害分析

2.1 水閘特性分析

結(jié)合實踐經(jīng)驗，對水閘分布及其作用狀況分析可知，影響水閘安全的因素主要表現(xiàn)在以下幾點：

水閘地基多為軟土基質(zhì)，分布于平原或丘陵地區(qū)，土質(zhì)多為淤泥、流沙、粉砂、軟土等，土質(zhì)松散、均勻性不足、承載力小、可壓縮性強，因此水閘結(jié)構(gòu)荷載作用下很容易導(dǎo)致地基出現(xiàn)不均勻沉降，從而誘發(fā)閘室開裂等次生病害，對水閘安全運行產(chǎn)生威脅。與此同時，防滲措施不到位還會增加水閘浮力，降低其運行穩(wěn)定性。

水閘多位于河床中間，兩側(cè)與堤岸連接，閘室在上下游水流作用下易被側(cè)向繞滲。

（3）水閘完工后會使河道變窄，下游易出現(xiàn)波狀水躍沖刷河床或兩岸。

（4）建立于河口的擋潮閘具備雙向擋水功能，隨著水位頻繁變化形成不穩(wěn)定滲流。

2.2 水閘常見病害分析

總結(jié)全國水閘安全狀況普查結(jié)果，結(jié)合大中型水閘加固規(guī)劃成果專項數(shù)據(jù)分析可知，現(xiàn)階段我國水閘病害類型眾多，影響水閘結(jié)構(gòu)安全的病害類型可以分為以下幾種。

消能防沖設(shè)施損壞。受限于多重條件，水閘下消能防沖設(shè)施出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p毀，難以滿足水閘流量需求，或水閘設(shè)計初期未設(shè)置消能防沖設(shè)施導(dǎo)致工程主體安全性受損。綜合分析可知，導(dǎo)致消能防沖設(shè)施的主要原因包括結(jié)構(gòu)受損、先天建設(shè)不足、運行管理不善、維修不到位、人為破壞、處置不當(dāng)、基礎(chǔ)薄弱等。

閘室、翼墻穩(wěn)定性不足。主要表現(xiàn)在閘室、翼墻抗傾、抗浮、抗滑性能不達(dá)標(biāo)，基底應(yīng)力系數(shù)不均勻，出現(xiàn)相關(guān)問題的主要原因包括項目工程設(shè)計不足、不均勻沉降、荷載變化超出承載力上限、自然災(zāi)害、人為因素、基礎(chǔ)破壞、結(jié)構(gòu)受損等。

閘基和兩岸滲流破壞。滲流易誘發(fā)滲透變形，并在區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生管涌、流土、基礎(chǔ)掏空等滲透破壞現(xiàn)象，是誘發(fā)涵閘破壞的直接原因。水閘建設(shè)初期，由于地質(zhì)條件特殊，基礎(chǔ)不牢固且項目處置不到位或上游河道存在河道淤積現(xiàn)象，加之下游河道沖刷，原設(shè)計條件難以滿足實際需求，導(dǎo)致邊墩、岸墻后側(cè)填土滲流，土基穩(wěn)定性不足。此外，后期運行過程中反濾失效、止水破壞、止水老化、閘基不均勻沉陷、地基土質(zhì)變化等因素影響下也可誘發(fā)滲流破壞，對涵閘安全產(chǎn)生不利影響。在此基礎(chǔ)上，滲流破壞與止水失效之間相互影響，進一步導(dǎo)致扎實不均勻沉陷，從而加劇水閘病害風(fēng)險。

3 水閘病害監(jiān)測項目及測點布置

3.1 主要監(jiān)測項目

基于水閘特征及其病害類型、特征，確定基礎(chǔ)沉降、閘墩及翼墻變形、側(cè)向繞滲、閘基場壓力、上下游水位及沖刷、閘墩傾斜、測點布置等關(guān)鍵指標(biāo)作為水閘監(jiān)測的核心技術(shù)要點。

3.2 測點布置合理性分析

水閘病害監(jiān)測點應(yīng)合理選擇，以全面準(zhǔn)確掌握水閘運行安全形態(tài)。觀測點設(shè)置過多會增加工程投資、影響工程進度，同時增加工作量和數(shù)據(jù)分析難度，進一步導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)不力。因此，應(yīng)根據(jù)水閘安全監(jiān)測規(guī)范進行監(jiān)測設(shè)施、儀器的合理布置，根據(jù)項目工程體量和實際需求確定監(jiān)測點數(shù)量及位置，全面反映工程運行性態(tài)基礎(chǔ)上精簡監(jiān)測數(shù)據(jù)量提高工作效率。在水閘工程安全監(jiān)測中要遵循上述原則，根據(jù)水閘類型及自身特性合理布置觀測點，并突出其與混凝土壩、土石壩的監(jiān)測差異，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）水閘多位于河道中間土基處，受限于土質(zhì)特點易出現(xiàn)不均勻沉降，需于閘室結(jié)構(gòu)頂部（閘墩頂部）、水閘兩岸結(jié)合部、上下游翼墻頂部分縫兩側(cè)、墻后回填土等區(qū)域布置觀測點。

（2）河口處擋潮閘具備雙向擋水作用，應(yīng)對其水流進行垂直流向和順?biāo)飨虮O(jiān)測，故應(yīng)雙向布置監(jiān)測裝置以達(dá)到理想效果。

（3）特殊地質(zhì)條件下，需進行地基處置并進行地基反力監(jiān)測裝置布置，于閘室順?biāo)骱痛怪彼鞣较蚍謩e設(shè)置兩個監(jiān)測面進行監(jiān)測，合理布置揚壓力監(jiān)測裝置與地基反力監(jiān)測裝置。

（4）翼墻背后填土層較高時，水閘設(shè)計時應(yīng)于翼墻與背后填土之間布置壓力計，在兩者結(jié)合中下部位置進行布置，選取合適位置放置進行壓力監(jiān)測。

4 某典型水閘監(jiān)測分析

由于其功能特殊，水閘多建于河口或河道內(nèi)，相比于大壩等擋水建筑物，潮位漲落導(dǎo)致水閘承受水壓頻繁變化，另一方面，大多數(shù)水閘地基土質(zhì)為軟土，存在較強的沉降，需進行基礎(chǔ)加固，結(jié)合水閘地域特征、地質(zhì)特點和實際需求進行受力特性分析，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進行資料匯編，合理控制關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)提升其運行安全性。

4.1 某水閘工程概況

某水閘坐落于江河口處，由擋潮泄洪閘、堵壩、魚道、導(dǎo)流堤、兩岸堤防等建筑物聯(lián)合構(gòu)成，具備防潮、防洪、蓄水、治澇、水資源開發(fā)利用、發(fā)電、供水、灌溉、改善水環(huán)境、航運等綜合屬性，經(jīng)濟社會效益巨大。擋潮泄洪閘共計28孔，單孔寬20m，垂直水流方向?qū)?97m，順?biāo)鞣较蜷L507m，沿河道上游設(shè)置護底、護坦、拋石防沖槽、閘室段、防沖小沉井等，下游設(shè)置拋石防沖槽、消力池、海漫、防沖大沉井等。閘室上下游各設(shè)置30cm厚混凝土防滲墻，兩側(cè)分布翼墻，底板順?biāo)鞣较蜷L度約26m。閘基土體由多元化結(jié)構(gòu)構(gòu)成，以砂質(zhì)粉土為主，抗壓性能差，穩(wěn)定性不足，易導(dǎo)致水閘沉降，為提高閘基穩(wěn)定性和承載力，以振沖擠密處理結(jié)合大直徑管樁植入方案，去除上層易液化砂質(zhì)粉土層，并設(shè)置防滲墻。結(jié)合當(dāng)?shù)赝临|(zhì)狀況，水閘建設(shè)初期對內(nèi)外變形性、滲流、接觸土壓、鋼筋應(yīng)力、接縫等重要技術(shù)指標(biāo)加強監(jiān)測。

項目運行初期，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示左岸1#閘底板下游與消力池底板接縫處測量值增大、門庫沉降加速、左右岸集控樓沉降加速，針對上述情況參建單位及時進行監(jiān)測資料分析，初步判定為水閘基礎(chǔ)承載力不足，雖加強基礎(chǔ)處置，但仍存在部分區(qū)域裂縫，如不及時處置將會帶來嚴(yán)重運行風(fēng)險。設(shè)計單位、參建單位、監(jiān)理單位等多方協(xié)商后出具了加固方案，處置后監(jiān)測結(jié)果正常，水閘處于安全運行狀態(tài)。

4.2 水閘安全監(jiān)測資料整編分析要點

4.2.1 監(jiān)測資料收集及整編

水閘與大壩等建筑物的受力特點和運行特征存在顯著差異，監(jiān)測資料的獲取有所不同，主要表現(xiàn)在以下幾點。

水閘頻繁過水，上下游沖刷作用力遠(yuǎn)大于水庫或大壩，淤積更嚴(yán)重，沖刷會直接影響水閘穩(wěn)定性，需定期獲取水閘沖刷與淤積數(shù)據(jù)，根據(jù)實際情況及時調(diào)整。

水閘荷載頻繁變化，擋潮閘上下游水位應(yīng)加強監(jiān)測，閘基場壓力數(shù)據(jù)也應(yīng)與之對應(yīng)，一般每日監(jiān)測2～4次。

多數(shù)水閘規(guī)模不足，未配備基本安全觀測設(shè)施，無專職管護人員，難以及時準(zhǔn)確地獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，主要工作由主管單位委派相關(guān)人員定期巡視并記錄水閘運行情況。由此可見，出臺大壩水閘安全監(jiān)測規(guī)范對確保其安全運行至關(guān)重要，相關(guān)工作的開展要結(jié)合水閘實際情況和監(jiān)測現(xiàn)狀提高規(guī)范合理性及可行性。

4.2.2 監(jiān)測資料分析要點

現(xiàn)階段，大壩安全監(jiān)測資料分析法主要包括作圖法、比較法、數(shù)學(xué)模型法、特征值統(tǒng)計法等，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型法進行數(shù)據(jù)監(jiān)測時需結(jié)合其他方法進行定性分析以判斷數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。水閘運行條件與大壩有所差異，受力狀況也不盡相同，針對水閘的資料監(jiān)測可參考相關(guān)文獻(xiàn)和實踐，現(xiàn)對具體內(nèi)容分析如下：

（1）水閘觀測資料內(nèi)容包括異常值分析、特征值分析、監(jiān)測量時空分析、監(jiān)測資料可靠性分析、閘室整體性分析、閘室穩(wěn)定性分析、水閘運行狀況分析、防滲性分析、數(shù)學(xué)模型分析等。

（2）對特征物理量的變化規(guī)律分析，應(yīng)結(jié)合時間、空間變化重點監(jiān)測且符合相關(guān)規(guī)定。首先，同一閘室段相同物理向量監(jiān)測，應(yīng)結(jié)合其變化過程明確規(guī)律，了解變化趨勢，判斷其隨時間變化有無不利傾向。其次，同類物理量應(yīng)對分布曲線進行分析，監(jiān)測該數(shù)據(jù)隨時間變化的異常值，判斷水閘運行狀態(tài)有無異常。

（3）統(tǒng)計物理量特征值。確定監(jiān)測目標(biāo)，統(tǒng)計不同物理量在不同年份的最大值、最小值、年華幅度、年均值、周期、變化趨勢等，對水閘上下游高潮位、較大水頭差等情況下的物理量特征值變化趨勢重點關(guān)注與分析。

（4）分析閘室整體性。重點關(guān)注閘室結(jié)構(gòu)狀況，收集閘室傾斜度、結(jié)構(gòu)縫開度等資料，判斷閘室整體性是否完好、是否處于安全運行狀態(tài)。

（5）評估滲流控制、排水設(shè)施效能是否達(dá)標(biāo)。對閘基內(nèi)不同部位或者相同部位不同時間段的揚壓力監(jiān)測資料進行對比和評估，同時以項目實際區(qū)域地質(zhì)特征進行滲流控制、排水設(shè)施效能指標(biāo)判斷。出現(xiàn)滲漏水渾濁現(xiàn)象及時加以處置。

（6）現(xiàn)場分析核查資料。應(yīng)因地制宜結(jié)合工程情況對上述條目進行詳細(xì)檢查記錄，并注重以下幾點。①首次運行時，應(yīng)對水閘基底部有無裂縫、滲出重點核查，觀察是否水體渾濁；②對比各個排水口排水量差異；③閘室結(jié)構(gòu)縫有無張開，運行環(huán)節(jié)是否存在風(fēng)險因素；④混凝土是否被外力損壞，有無裂縫或滲透現(xiàn)象；⑤超載或自然災(zāi)害等特殊地質(zhì)條件下，水閘哪些部位易出現(xiàn)裂縫或滲漏；⑥洪水宣泄后，建筑物或河床是否被損壞，結(jié)構(gòu)是否完整。

5 結(jié)論

以水閘工程運行特點及受力特性為基礎(chǔ)，本文對典型水閘安全監(jiān)測現(xiàn)狀進行了調(diào)研分析，結(jié)合操作規(guī)范和技術(shù)指南等規(guī)范性文件，指出水閘病害類型及其特征，在此基礎(chǔ)上對安全監(jiān)測項目、技術(shù)要點重點分析，提出了監(jiān)測資料收集及監(jiān)測資料分析要點，為水閘運行安全監(jiān)測提供了參考，并為確保水閘安全運行提供了科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周偉江.水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理創(chuàng)新方式研究[J].建材與裝飾，2017（12）：295-296.

[2] 周鳳才，徐峰，何利華.大堤安全監(jiān)測技術(shù)在穿黃工程建設(shè)中的應(yīng)用[J].海河水利，2010（3）：56-58.

[3] 龐翔云，藍(lán)剛.“十四五”廣西水庫和大中型水閘安全監(jiān)測建設(shè)思路[J].廣西水利水電，2022（3）：103-106.

[4] 賀昌海，費文才，張成友，等.高水頭弧形閘門水封破壞原因及工程措施研究[A].創(chuàng)新時代的水庫大壩安全和生態(tài)保護——中國大壩工程學(xué)會2017學(xué)術(shù)年會論文集[C].2017：601-607.

[5] 魏曉翔.葛洲壩電廠二江泄水閘弧形閘門病害分析及預(yù)防對策[A].中國水利學(xué)會2019學(xué)術(shù)年會論文集第一分冊[C].2019：565-569.

[6] 崔德密.水閘老化病害指標(biāo)分級綜合評估法及應(yīng)用[A].新世紀(jì) 新機遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（下冊）[C].2001：355.

[7] 袁占軍，張鳳翱，程相旭.青島市大中型水閘安全運行情況探析[A].2021首屆城市水利與洪澇防治研討會論文集[C].2022：272-280.