水闸安全鉴定应注意的问题

褚益清

（河北省子牙河河务管理处，河北衡水053000）



水闸安全鉴定应注意的问题

褚益清

（河北省子牙河河务管理处，河北衡水053000）

摘要：以献县节制闸安全鉴定为例，分析了节制闸在鉴定过程中发现的问题及容易出现隐患的部位。讨论了流域内其它水闸在鉴定过程中出现类似共性问题的可能性及应重点关注的一些问题，以确保水闸安全鉴定工作质量。关键词：献县；节制闸；安全鉴定；流域内水闸

水闸是子牙河流域平原地区较为常见的水工建筑物，具有挡水和泄水双重功能，在防洪、除涝、灌溉、航运等方面应用较为广泛。目前流域内大部分水闸建于上世纪六七十年代，由于历史原因，存在工程建设标准偏低，施工质量差等问题，加之长久运用，工程管理不到位等因素，造成水闸安全隐患严重。通过献县节制闸安全鉴定项目，探讨流域内水闸安全鉴定中应注意的问题。

献县节制闸位于子牙河上，设计流量300m3/s，鉴于滹沱河北大堤为Ⅰ级堤防，节制闸主要建筑物级别按1级设计，次要建筑物级别为2级。自2000年节制闸进行应急加固处理后，根据《水闸安全鉴定管理办法》规定，应进行全面检测，鉴定节制闸类别，判定工程是否属于病险水闸。

1　节制闸运行情况

献县节制闸自建成运行以来，建立了工程日常维护管理制度、工程安全操作制度、闸门启闭规程等，保障了水闸的安全运行，发挥了各方面的效益。

“96.8”洪水时，闸前最高水位14.97m，最大过闸流量266m3/s，自2000年节制闸应急处理后，未遭遇洪水考验。

2　工程现状调查分析

2.1节制闸工程现状调查分析

调查人员通过目测、使用钢尺等工具对节制闸混凝土结构、金属结构、机电设备等进行了检查观测，发现节制闸闸墩中下部布满剥蚀坑，水位变化区防腐层剥落。机架桥T梁混凝土部分剥落、开裂，排架柱表层分布细小裂纹。下游左侧混凝土砌块海漫部分已架空。

节制闸闸门下部涂层部分脱落，布满锈坑；下游面上下门节接缝处下部钢板大多已锈损，部分已锈穿；下主轮锈蚀较重，部分主轮已锈死。启闭机超折旧年限，陈旧老化，变速箱轻微漏油，行程开关全部失效，抱闸锈蚀较重。

通过对献县节制闸工程设施、金属及机电设备状态的初步观察分析，并结合献县节制闸目前的运行管理情况，建议应尽快进行节制闸的安全检测和复核计算。

2.2流域内水闸现状调查时应注意的问题

现状调查分析是在管理单位日常管理基础上，对工程进行全面检查。通过节制闸现状调查，发现水闸工程隐患主要存在于混凝土结构、土石结构、机电设备、金属结构设备等方面。

因子牙河流域平原区水文、气象条件大体相似，流域内其它水闸在上述方面极有可能存在不同程度的隐患，因此在对流域内水闸进行现状调查时，应对以上几个方面加以关注，重点对混凝土碳化、剥离、露筋等情况、上下游护砌的完好性、闸门的锈蚀程度、机电设备运行状况等进行细致观测。

特别是中小水闸日常管理较薄弱，平时对一些辅助设备维护不到位，调查时还要考虑到电气设备与观测设备等方面是否存在问题。

工程现状调查结束后，根据调查结果，应提出水闸下一步应进行的安全检测项目。

3　现场安全检测

3.1节制闸现场安全检测

根据献县节制闸现状调查发现的主要问题并结合工程实际情况，对节制闸有代表性的部位进行了重点检测，包括建筑物外观检查、酚酞试剂法检测混凝土碳化深度、回弹法检测混凝土抗压强度、钻芯法检测混凝土抗压强度、钻芯法检测混凝土天然密度、金属闸门锈蚀检测。

检测结果如下：

节制闸闸墩混凝土平均碳化深度15.5mm，机架桥柱平均碳化深度28.3mm，机架桥T梁平均碳化深度17.5mm。

按钻芯法检测，节制闸机架桥排架柱混凝土平均天然密度2.41g/cm3，强度推定值为18.1MPa。按回弹法检测，节制闸闸墩混凝土强度推定值为21.2～23.7MPa，机架桥柱混凝土强度推定值为19.5～23.2MPa，机架桥T梁混凝土强度推定值为23.0～26.6MPa。

节制闸闸门总体平均锈蚀量1.84mm，平均锈蚀速率0.042mm/a。节制闸启闭机超折旧年限，陈旧老化，行程开关全部失效，抱闸锈蚀较重，电机电流不平衡度超出正常范围。

3.2流域内水闸安全检测时应注意的问题

安全检测是水闸安全鉴定过程中重要的环节，也是工程进行维修加固的必要依据。献县节制闸安全检测中，开展了外观检测、混凝土碳化深度检测、利用回弹法和钻芯法检测了混凝土的抗压强度值、进行了闸门锈蚀检测等项目，得到了详细的测试数据。

经过几十年运行，流域内水闸混凝土结构碳化、剥蚀现象较为常见，是混凝土破坏的主要形式之一，应根据水闸的规模大小，选择适量的样本进行混凝土碳化深度及强度值检测。

混凝土强度检测时，最好同时使用回弹法与钻芯法，两种方法可以互相参考校核，从而更加准确的测定混凝土强度值。

目前流域内河流中的水质较差，对水闸金属结构的损害不容轻视，检测时，可以采集水样化验分析水质情况，以便更加准确的找出金属结构锈蚀的原因。

流域内大部分水闸机电设备及配套电气设备大部分超期服役，根据节制闸的检测数据，推断水闸的机电设备及电气设备存在严重隐患，因此进行现场检测时要特别留意。

除参考节制闸进行上述项目检测外，还应根据工程实际情况进行地基土基本性质检测、防渗及消能设施的完整性与有效性检测，观测设施的有效性检测，重点是测压管、绕渗管等设备的有效性检测。

4　工程复核计算

4.1节制闸复核计算

根据现状调查及安全检测，确定了节制闸进行过流能力、消能防冲、闸室稳定、闸室结构、排架结构、机架桥结构、工作闸门复核计算。

（1）过流能力复核。

根据《子牙河系防洪规划报告》中献县泛区及子牙新河规划，节制闸泄量采用堰流计算公式，经计算，校核洪水位18.0m时，节制闸最大泄量为716.21m3/s，满足节制闸相机泄量300m3/s的要求。

（2）消能防冲复核。

采用《水闸设计规范》SL265-2001附录B中的相关公式计算消力池深度、长度、底板厚度及海漫长度。经计算，节制闸的消力池深度、长度、底板厚度及海漫长度均满足消能防冲要求。

（3）闸室稳定复核。

利用《水闸设计规范》（SL265-2001）中的相关公式对基底应力、闸室抗滑稳定、渗流稳定进行了复核。

复核结果表明，在各计算工况下，节制闸的闸室基底应力满足地基承载力的要求，基底应力不均匀系数满足规范要求；闸室抗滑稳定安全系数均大于1.0，抗滑稳定系数满足规范要求；闸基水平段及出口段水力坡降均小于允许坡降，闸基渗流能够满足安全运用要求。

（4）闸室结构复核。

闸室结构复核进行了闸底板结构复核及闸墩结构复核，节制闸闸室结构采用倒π字型，即在中孔中间分缝，将三孔闸底板和闸墩分成二块整体，按半无限大的弹性地基梁计算；闸墩结构复核时，计算闸墩底面正应力将闸墩作为固接于闸底板的悬臂梁，按材料力学偏心受压构件计算其接触正应力。

门槽应力验算时，在门槽处截取下游段闸墩为脱离体进行计算。经计算，各种工况条件下闸底板下层实际配筋裂缝宽度均小于允许最大裂缝宽度，闸底板结构满足规范要求；墩底纵向正应力、门槽应力均满足要求。

（5）排架结构复核。

考虑在三孔闸门同时开启和闸门全开，地震两种工况条件下对各排架进行横向（顺水流方向）及纵向（垂直水流方向）计算。经计算，地震工况下2号排架立柱加固段、3号排架立柱加固段和中间横梁、4号排架中间横梁计算配筋面积均大于实际配筋面积，排架结构不满足规范要求。

（6）机架桥结构复核。

经计算机架桥主梁最大弯矩配筋面积为4390mm2，由《献县枢纽施工图》知主梁实际配筋面积为4241mm2，机架桥主梁计算配筋面积虽大于实际配筋面积，但低于5%，故主梁结构基本满足承载力要求。

（7）工作闸门复核。

节制闸闸门复核计算面板蚀余厚度、主梁蚀余厚度、及边梁蚀余厚度是否满足强度及刚度等相关要求。节制闸上节门面板蚀余厚度满足要求，但已到允许临界值；下节门面板蚀余厚度不满足要求。主梁最大弯应力不满足要求，最大剪应力及挠度满足要求。边梁强度及刚度满足要求。

4.2流域内水闸复核计算时应注意的问题

节制闸复核计算是以前期的工程现状调查分析及安全检测内容为基础，依照现行的《水闸设计规范》（SL265-2001）及《子牙河流域防洪规划报告》对工程安全状况进行分析判断，为工程后期的安全评价提供数据支持。

流域内的水闸进行复核计算时，一定要参考《子牙河流域防洪规划报告》，以规划报告中的数据为依据进行相关复核。除参考节制闸复核项目外，还要根据水闸的实际情况进行混凝土结构强度和变形复核、抗震性能复核等。现就水闸过流能力复核、渗流复核、闸室结构复核等方面应注意的问题简要说明。

过流能力复核时应注意正确理解过闸水位差的问题，过流能力复核主要依据闸上下游水位差，计算闸孔过流量，并与水闸原设计流量进行对比，以判定水闸过流能力是否满足要求。

有时安全鉴定报告是复核过闸水位差，若水位差超过0.3m，则认为不满足《水闸设计规划》中的要求，认定水闸过流能力不足。

但在实际中，若鉴定时出现过闸水位差大于0.3m，但不影响上游堤防安全，则不能简单的认为水闸过流能力不足。过流能力复核时，应根据水闸的不同型式选择不同的流量计算公式。

进行渗流稳定复核时，复核计算方法的选择。闸基渗径长度指铺盖、垂直防渗体或齿墙等结构、闸室底板与地基接触线的长度之和。在早期水闸设计中，根据闸基有无垂直防渗体采用莱茵法或勃莱法计算闸基渗径。后来出现了阻力系数法、改进阻力系数法，其精度有显著的提高。改进阻力系数法渗流区划分较多，在进、出口段附近水头损失修正方面考虑的比较多，因此，在进行渗流稳定复核时不宜再采用莱茵法或勃莱法，而应采用改进阻力系数法进行渗流稳定复核。

进行闸室结构复核时，应区分闸底板结构及闸墩结构，选择相应的计算模型，以真实反映复核结果。部分中小水闸的闸门是钢筋混凝土结构，进行闸门复核时，还要参照混凝土结构复核的内容综合考虑。

5　节制闸安全鉴定

节制闸在经过现状调查分析、现场安全检测、相关项目复核计算的基础上，充分分析数据的可靠性与合理性，提出工程存在的主要问题，经分析节制闸运用指标达不到设计要求，部分结构损坏严重，需进行除险加固，判定节制闸属三类闸。

6　结语

子牙河流域内水文、气象等条件相似，水闸建设的时间大体为同一时期。通过献县节制闸安全鉴定过程中检测出来的问题，找出流域内其它水闸可能存在的共性问题，分析容易出现隐患的部位结构，在安全鉴定过程中重点予以关注，确保水闸安全鉴定的质量。

中图分类号：TV66

文献标识码：B

文章编号：1008-1305（2016）01-0012-03

DOI：10.3969 /j.issn.1008-1305.2016.01.004

收稿日期：2014-09-30

作者简介：褚益清（1984年—），女，工程师。