韓業(yè)慶，呂曉理，任思濤

（1.南水北調(diào)東線(xiàn)山東干線(xiàn)有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109；2.水發(fā)養(yǎng)護(hù)工程（山東）集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

南水北調(diào)工程是我國(guó)加強(qiáng)水資源優(yōu)化配置，解決北方地區(qū)水資源短缺的重大戰(zhàn)略性工程。韓莊泵站作為南水北調(diào)東線(xiàn)第九級(jí)梯級(jí)泵站，設(shè)計(jì)流量125 m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程4.15 m，安裝5 臺(tái)后置式燈泡貫流泵，總裝機(jī)容量9 000 kW。泵站引水閘工程于2011 年6 月20 日建成，位于主廠(chǎng)房上游55 m 處，連接引水渠與泵站前池，具有引水、攔污、檢修、連接兩岸交通等綜合功能。

1 安全檢測(cè)內(nèi)容

1.1 鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)

采用鋼筋位置測(cè)定儀對(duì)引水閘排架柱及閘墩鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)，保護(hù)層設(shè)計(jì)值30 mm，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)保護(hù)層較小值均發(fā)生在混凝土裂縫處。鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 排架柱鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖2 閘墩鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)數(shù)據(jù)

1.2 碳化深度檢測(cè)

對(duì)排架柱和閘墩混凝土碳化深度進(jìn)行抽檢測(cè)量，每個(gè)測(cè)點(diǎn)按規(guī)范要求取3 個(gè)測(cè)值，準(zhǔn)確至0.1 mm，取其平均值，即作為該測(cè)點(diǎn)的混凝土碳化深度值，碳化深度值見(jiàn)圖3。

圖3 排架柱和閘墩混凝土碳化深度數(shù)據(jù)

1.3 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

采用回彈法抽檢排架柱及閘墩混凝土抗壓強(qiáng)度，排架柱混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30，閘墩的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C25，從檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，所抽檢結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的推定值均滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)要求，同時(shí)亦滿(mǎn)足《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL191-2008）關(guān)于混凝土耐久性的要求。

2 結(jié)構(gòu)安全復(fù)核計(jì)算

2.1 排架柱結(jié)構(gòu)安全復(fù)核計(jì)算

按照《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL191-2008）對(duì)排架柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)核，計(jì)算工況及荷載組合考慮最不利工況，按清污機(jī)運(yùn)行時(shí)計(jì)算，荷載組合為自重+地震力+清污機(jī)重+軌道重。排架柱各位置內(nèi)力、配筋計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 排架柱各位置內(nèi)力、配筋計(jì)算結(jié)果

經(jīng)復(fù)核計(jì)算得出結(jié)論，排架柱和梁配筋均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.2 閘墩結(jié)構(gòu)安全復(fù)核計(jì)算

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）的要求，該水閘屬于開(kāi)敞式水閘，平面閘門(mén)閘墩應(yīng)力分析可采用材料力學(xué)方法。當(dāng)閘門(mén)擋水時(shí)，閘墩主要承受上游水壓力、閘墩及上部結(jié)構(gòu)自重，應(yīng)驗(yàn)算閘墩底截面上下游端的應(yīng)力是否在閘墩底材料的允許強(qiáng)度范圍內(nèi)。閘墩應(yīng)力按材料力學(xué)偏心受壓構(gòu)件計(jì)算其接觸正應(yīng)力。荷載計(jì)算中的力矩均為各荷載對(duì)墩底截面垂直于水流方向形心軸的力矩。采用地震工況計(jì)算，主要承受荷載為上游水壓力、閘墩自重、上部結(jié)構(gòu)自重、地震荷載等，驗(yàn)算閘墩底截面的應(yīng)力是否在閘墩底材料的允許強(qiáng)度范圍內(nèi)，荷載計(jì)算匯總見(jiàn)表2。

表2 荷載計(jì)算匯總

經(jīng)計(jì)算，地震工況下最大壓應(yīng)力5.91 MPa，最小壓應(yīng)力為1.26 MPa，未出現(xiàn)拉應(yīng)力，閘墩強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

2.3 引水閘穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算

引水閘工程為1 級(jí)建筑物，抗震烈度為7 度0.1 g，閘底板與巖基的摩擦系數(shù)為0.4，地基承載力為310 kPa，結(jié)構(gòu)部件素混凝土容重24 kN/m3，鋼筋混凝土容重25 kN/m3，墩后填土濕容重19 kN/m3，抗滑穩(wěn)定及閘基應(yīng)力復(fù)核計(jì)算時(shí)取右聯(lián)閘室為復(fù)核對(duì)象。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），巖基閘室穩(wěn)定應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：在各種計(jì)算工況下，閘室最大基底應(yīng)力Pmax小于地基允許承載力[R]；非地震情況下，閘室基底不出現(xiàn)拉應(yīng)力；地震情況下，基底拉應(yīng)力小于100 kPa；沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)定的允許值。

基底應(yīng)力及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）計(jì)算。荷載計(jì)算種類(lèi)主要有自重、水重、滲透壓力、水壓力（含風(fēng)壓力及波浪壓力）、地震力。

2.3.1 基底應(yīng)力

1）當(dāng)結(jié)構(gòu)布置及受力情況對(duì)稱(chēng)時(shí)，按下式計(jì)算：

式中：Pmax/min為閘室基底壓力的最大值或最小值，kN/m2；∑G 為作用在閘室上的全部豎向荷載，kN；∑M 為作用在閘室上的全部豎向荷載和水平荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩，kN·m；A 為閘室基礎(chǔ)底面面積，m2；W 為閘室基礎(chǔ)底面對(duì)于垂直水流方向的形心軸的截面矩，m3。

2）當(dāng)結(jié)構(gòu)布置及受力情況不對(duì)稱(chēng)時(shí)，按下式計(jì)算：

式中：∑Mx、∑My分別為作用在閘室上的全部豎向荷載和水平荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面形心軸x、y的力矩，kN·m；Wx、Wy分別為閘室基礎(chǔ)底面對(duì)于形心軸x、y 的截面矩，m3。

2.3.2 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

式中：K 為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f 為基礎(chǔ)底面與地基土之間的摩擦系數(shù)；∑H 為作用在閘室上的全部水平荷載，kN；∑G 為作用在閘室上的全部豎向荷載，kN。

《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265-2016）中巖基上沿閘室基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的允許值：1 級(jí)水閘，基本組合為1.10，特殊組合I 為1.05，特殊組合II 為1.00。

2.3.3 計(jì)算工況及荷載組合

1）基本組合。正常蓄水位為上游設(shè)計(jì)擋水水位，下游無(wú)水；荷載組合為自重+水重+水壓力+浪壓力+滲透壓力。

2）特殊組合。地震工況為抗震烈度為7 度，順?biāo)飨?.1 g；荷載組合為自重+水重+水壓力+浪壓力+滲透壓力+地震力。

2.3.4 計(jì)算結(jié)果

1）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。設(shè)計(jì)擋水位安全系數(shù)計(jì)算值2.02 大于標(biāo)準(zhǔn)值1.10，滿(mǎn)足要求。地震安全系數(shù)計(jì)算值1.69 大于標(biāo)準(zhǔn)值1.00，滿(mǎn)足要求。

2）基底反力。設(shè)計(jì)擋水位最大基底反力97.97 kPa，最小基底反力16.33 kPa。地震最大基底反力105.97 kPa，最小基底反力8.33 kPa。

在設(shè)計(jì)擋水位和地震工況條件下，閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和基底反力均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3 安全檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)排架柱、閘墩及閘室進(jìn)行安全檢測(cè)和數(shù)據(jù)計(jì)算分析，排架柱混凝土整體外觀(guān)質(zhì)量較好，局部存在豎向裂縫，裂縫處鋼筋輕微銹蝕；排架柱鋼筋保護(hù)層厚度大部分滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)和現(xiàn)行規(guī)范要求，局部較小處不滿(mǎn)足要求；排架柱混凝土抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)和現(xiàn)行規(guī)范要求；排架梁、柱配筋滿(mǎn)足規(guī)范要求。閘墩混凝土整體外觀(guān)質(zhì)量較好，局部存在豎向裂縫，裂縫處鋼筋輕微銹蝕；混凝土閘墩鋼筋保護(hù)層厚度大部分滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)和現(xiàn)行規(guī)范要求，局部較小處不滿(mǎn)足要求；閘墩混凝土抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)和現(xiàn)行規(guī)范要求；在設(shè)計(jì)擋水位和地震工況條件下，閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和基底反力滿(mǎn)足規(guī)范要求；閘墩強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 安全檢測(cè)問(wèn)題處理

針對(duì)排架柱和閘墩存在豎向裂縫、裂縫處鋼筋輕微銹蝕及混凝土碳化等問(wèn)題，擬定以下初步修復(fù)方案。

4.1 鋼筋銹蝕及混凝土表面裂縫修復(fù)

沿裂縫走向?qū)蓚?cè)各100 mm 范圍內(nèi)的混凝土表面用砂輪機(jī)打磨平整，直至露出堅(jiān)實(shí)的集料新面。用水槍去除混凝土粉末和灰塵，確保無(wú)油漬、污跡后用風(fēng)槍清理干凈。按照使用說(shuō)明調(diào)配封縫膠后，立即騎縫涂刷。封縫膠在固化過(guò)程中，膠液流淌或浸潤(rùn)后應(yīng)及時(shí)補(bǔ)刷，保證封縫膠固化后膠膜覆蓋封閉裂縫。

4.2 混凝土碳化處理

對(duì)碳化部位混凝土剔鑿，用高壓水槍將基層沖洗干凈。根據(jù)多項(xiàng)工程混凝土修復(fù)實(shí)踐，用低壓噴涂柔性材料RMO 底涂，增加原混凝土面層與新修復(fù)層的粘結(jié)力。RMO 修補(bǔ)砂漿分3 層施工，每層厚度不超過(guò)10 mm。噴霧養(yǎng)護(hù)，保持表面濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)7～10 d。

5 結(jié)語(yǔ)

為保證水利工程安全運(yùn)行，除做好工程巡查和養(yǎng)護(hù)外，還要定期委托專(zhuān)業(yè)單位進(jìn)行安全檢測(cè)和鑒定，根據(jù)檢測(cè)鑒定結(jié)果制定切實(shí)可行的維修加固方案，并組織實(shí)施。