关于套闸除险加固工程设计中应注意的几个问题

董 莹吴益星徐亚萍

关于套闸除险加固工程设计中应注意的几个问题

董 莹1吴益星2徐亚萍1

一、概况

内河航运在江苏省具有举足轻重的地位，江苏省内河货运量约占全省综合货运量的三分之一，然而船闸建筑物老化病害，设备、设施的损伤与陈旧落后，抑制了内河航运需求，在工程运行过程中也存在着安全隐患，靖江市十圩港、夏仕港套闸就属于此类年久失修的船闸。因此系统地对现有船闸进行升级改造，才能为内河航运的发展奠定基础。

二、靖江市十圩港、夏仕港套闸的现状分析

1.工程概况

（1）十圩港套闸

十圩港套闸是靖江市中部地区及孤北洼地的骨干引排控制建筑物，具有蓄水、挡洪、引排水的控制作用，既可发挥低潮位自排泄流的排水优势，较好地解决孤北洼地的涝渍，同时又可引水解决流域内缺乏灌溉水源的矛盾，同时兼顾通航。

十圩港套闸兴建于1973年11月，位于十圩节制闸西侧，上游连接十圩港，下游距长江1.6km，闸首净宽10m，闸室宽12m，长134.4m，设计流量102m3/s，灌溉面积18万亩，一次可通航500吨轮队，年设计通航量600万吨。1975年10月建成投入运行。与十圩港制闸一起承担靖江市十圩港流域、孤北洼地及泰州通南地区的引、排及通航任务，对加快靖江乃至苏中地区经济建设起到了十分重要的作用。

（2）夏仕港套闸

夏仕港套闸位于夏仕港节制闸东侧，下游距长江1km，与节制闸一起承担夏仕港的引排任务，具有长江潮位低、泄流时间长的排水优势，是泰州通南地区引排水的主要控制建筑物，同时缓解了夏仕港节制闸通航与调水之间的矛盾。

夏仕港套闸兴建于1979年12月，于1985年10月投入运行，设计流量108m3/s。闸首净宽10m，闸室宽14m，长162m，一次可通过1000吨船队，年设计通航量700万吨，灌排面积达600km2以上。套闸的建成，满足了通南地区靖江、泰兴、姜堰及如皋等周边地区人民生活、生产用水需要，为加快苏中地区经济建设起到了十分重要的作用。

2.目前存在问题

由于两座套闸均建于20世纪70年代，已运行30多年，随着工情、水情和运行情况的变化，对夏仕港、十圩港的规划要求已经改变，其设计防洪标准偏低，不能达到省厅规定防洪要求，同时工程老化现象日益严重，加上维修养护经费的不足，两座套闸仅在90年代末经历过一次大修，平时正常的维修、保养得不到保障，工程使用寿命衰减，效益下降，目前仍有许多危及工程安全运行的因素不能得到根治，难以确保套闸的汛期安全运行。阻碍了日益发展的内河航运，成为了制约靖江航道发展的瓶颈。

3.现状检测

为了对这两座套闸进行更新改造，首先需要对套闸的现状进行检测，从而为套闸的加固改造提供依据。

现状检测的对象：套闸的上下闸首、闸室墙、上游和下游翼墙、上游和下游护坡的水上部位及公路桥。

检测内容：检测的内容分为建筑物缺陷和损伤、材质参数检测和闸门与启闭机检测三个部分。主要检测内容如下：

（1）钢筋混凝土和砌石结构的外观缺陷、上下游冲坑的调查和描述。

（2）结构裂缝分布及裂缝长度及宽度的检测。

（3）混凝土抗压强度检测。

（4）混凝土碳化深度、保护层厚度检测。

（5）闸门外观、锈蚀量检测、闸门焊缝超声波探伤及启闭机运行状况检测。

检测的方法：

（1）建筑物缺陷和损伤按巡视检查法采用察看、尺量、物探等，主要工具有测尺、裂缝对比卡、读数显微镜等，辅以照相和摄像以作记录补充。

（2）材质参数检测：混凝土抗压强度采用回弹法，混凝土碳化深度采用试剂法，保护层厚度采用直接观测法和电测法。

（3）闸门与启闭机检测：闸门外观检查以目测为主，配合使用测量工具，对闸门的外观形态和锈蚀状况进行检测；闸门锈蚀量检测用测量器具直测法进行检测；闸门焊缝探伤用超声波探伤法探测焊缝缺陷位置和定量；启闭机运行状况用目测和测量仪器检测启闭机的零部件，如开式齿轮、减速器、卷筒、蜗轮、蜗杆轮副、蜗杆蜗母等的磨损、损伤、锈蚀以及其他可以直接检查到的异常运行情况，检查启闭机的配置设计与设备状况。

4.复核计算

复核计算的内容：套闸闸顶高程复核；闸基的抗渗稳定复核；套闸的引、排过流能力复核；套闸引、排流时上下游消能防冲能力复核，以及上、下闸首和闸室墙的抗滑、抗倾、抗浮稳定和地基应力等，为套闸的安全鉴定及加固改造设计提供参考，目标与要求分述如下。

（1）套闸闸顶高程复核

复核下闸首的闸墙和闸门高程，验证套闸在百年一遇设计水位和三百年一遇校核水位条件下是否满足防洪要求。

（2）抗渗稳定复核

复核上、下闸首在可能出现最大水位差时闸基的防渗长度、基底渗透坡降和出口段出逸坡降是否符合规范要求，验证套闸整体抗渗稳定性。

（3）引、排过流能力复核

复核套闸在汛期的排涝能力和灌溉期引水能力是否达到设计要求。

（4）消能防冲复核

复核套闸在汛期排涝时下游消能防冲设施、灌溉期引水时上游消能防冲设施是否满足规范要求。

（5）闸身结构稳定性复核计算

计算上、下闸首和闸室墙的结构稳定性，包括在运行工况、校核工况、排水管堵塞工况及检修工况的抗滑、抗倾、抗浮稳定性。

（6）闸基地基应力复核

复核各种运行、校核及特殊工况组合的上、下闸首和闸室墙的地基应力和地基应力不均匀系数，验证地基应力是否满足要求。

（7）公路桥主梁强度复核

复核公路桥主梁在现行荷载条件下，正截面和斜截面强度是否满足要求。

5.安全评价

通过对工程现状调查、现场安全检测和复核计算分析，根据建筑物各部分的现状情况，用鉴定评级法逐项对照，按《水闸安全鉴定规定》SL214-98标准，靖江市十圩港、夏仕港套闸评定为三类闸，需要尽快进行除险加固。

三、除险加固工程设计应注意的几个问题

1.原始资料的收集

除险加固工程不同于新建工程，由于是在原来的工程基础上进行的，因此原始资料的收集对于加固工程设计方案的确定就显得尤为重要。

在可能的条件下，应收集尽量多的原始资料，其中包括：

（1）设计资料：工程地质勘测资料；设计（原建、改建或加固）报告、图纸；了解设计背景；走访原设计人员。

（2）施工资料：收集竣工图纸、报告；施工大事记；走访原施工人员。

（3）管理资料：收集管理单位在套闸的使用中发现的问题和影响工程安全运行的隐患；管理部门的观测资料；历次加固情况及加固效果；水闸上下游淤积现状、清淤措施；工程大修和重大事故的处理措施；对加固工程的建议。

2.除险加固内容的确定

以靖江市夏仕港套闸除险加固工程为例，除险加固内容中对闸首是进行维修加固还是拆除重建作了充分的论证，依据安全鉴定结果和管理单位的意见，最终设计确定将上、下闸首拆除重建，具体论证如下：

（1）保障防洪安全的需要

夏仕港套闸处于长江大堤上，其下闸首直接用于挡洪。目前闸首主要存在问题有：①套闸原设计防洪水位偏低，与目前的工情、水情不相适应。原夏仕港套闸下闸首闸顶及门顶高程为6.00m，不能满足防洪要求。②下闸首防渗长度和上、下闸首渗流坡降不满足规范要求。③闸首混凝土强度等级偏低，破损严重、露筋。上述问题虽可通过加固措施来解决，但仍然有混凝土强度偏低、挡浪墙高度偏高等问题；且由于口门宽度没有扩大，船只通过上、下闸首时，对闸首混凝土碰擦严重，不但影响船舶进出闸室，对闸首也造成损害，从而影响套闸的防洪安全。

（2）保障套闸排涝安全的需要

夏仕港是通南地区重要的通江引排骨干河道，具有排涝、引水、降渍及航运等综合效益，受益面积超过600km2。根据江苏省水利勘测设计研究院编制的通南规划，按十年一遇排涝标准计算，夏仕港需承担排水流量462m3/s，其中套闸承担108m3/s。夏仕港套闸口门宽度只有10m，设计单宽流量偏大，排涝时对下游冲刷很严重。因此，对闸首进行拆除重建，增加闸首净宽，减小单宽流量，是确保套闸的排涝安全的根本性措施。

（3）保障航运安全的需要

近年来，随着水运事业的发展和船型的不断升级改造，现有夏仕港套闸已严重不适应水情船情形势变化的要求：一方面因套闸10m口门尺度偏小，不满足《内河通航标准》规定的船闸最小有效宽度，使得船舶过闸效率较低，大量船舶经常拥挤、积压在上、下闸首停泊区，影响了套闸的航运安全，同时也间接影响了排涝安全；另一方面因船型大吃水深，大量本可从夏仕港套闸通过的船舶不得不绕道而行。夏季洪水期，上闸首的公路桥则又成了航障，大吨位空船不抽水压仓就无法过闸。因此，为保障航运安全，迫切需要对闸首拆除并扩大口门重建。

综上所述，如对闸首只进行维修加固，相比拆除重建，虽投资较小，可解决工程防洪安全和防渗问题，但仍然存在以下遗留问题：①套闸的排涝能力仍然受到制约；②仍然存在闸首口门偏小，待渡船舶积压，影响套闸和节制闸安全运行等现象；③闸首混凝土强度及耐久性没有根本性的改变。因此设计最终确定将上、下闸首拆除重建，将口门扩大与闸室一致的14m。

由于除险加固工程的安全鉴定是在有水的情况下鉴定的，因此待工程打坝抽水后，需进一步对原水下情况进行调查、检测，根据补充检测情况，最终确认除险加固内容，不留安全隐患，确保充分发挥工程效益。

以十圩港除险加固工程为例，打坝抽水后发现上闸首底板有南北纵向裂缝并伴有渗水现象，随即建设单位委托原检测单位对套闸上闸首底板部分进行了补充检测。

补充检测结论建议：十圩港套闸上闸首底板混凝土设计强度等级低，不能满足现行规范对耐久性的要求；施工质量差，经过长期运用后底板开裂、止水破损，影响安全运用的因素多且严重，加固处理困难、不经济，而且效果难以保证。因此建议对底板作拆除重建处理。

根据补充检测报告的检测及建议，设计最终确定将上闸首的除险加固内容由原先的维修加固变为拆除重建■

（作者单位：1.江苏省靖江市水利局214500 2.解放军理工大学 210029）

（专栏编辑：周 权）