浅谈淮河流域水闸病害分析研究

2018-01-28孙小冉

治淮 2018年9期

孙小冉

一、淮河流域水闸现状

截至2016年，全国已建成流量5m3/s及以上的水闸105283座，按水闸类型可分为：分洪闸10557座，排（退）水闸18210座，挡潮闸5153座，引水闸14350座，节制闸57013座。其中淮河流域目前现有各类水闸5427座，分布广泛，类型齐全，大型水闸307座，中型水闸1450座，由于淮河流域是新中国成立后第一条全面系统治理的大河，在“蓄泄兼筹”治淮方针指导下，大量的涵闸工程主要修建在20世纪50～70年代内，大中型水闸大部分都采取“三边”的方式进行勘察、设计、施工，不少工程存在建设标准低、质量差的问题，经过五六十年的运行，有762座大中型病险水闸，约占大中型水闸总数的43.37%，而数量占优的小型水闸，由于设计标准偏低、安全富裕度小，其出现病险的比例远高于大中型水闸。水闸工程安全隐患突出，严重影响了兴利效益的发挥，同时威胁着人民生命财产安全。为此必须深入开展水闸病害研究，为后续的水闸病害防治工作提供理论支撑。

二、水闸病险的危害和研究的必要性

1.对防洪体系构成严重威胁

水闸作为江河湖泊防洪体系的骨干工程，在历年防汛抗洪中发挥了重要作用。据不完全统计，全国重点大中型水闸保护下游耕地面积约1.54亿亩，人口约11400万。在我国的防洪保安体系中，水闸病害是重大隐患，在一些用水矛盾敏感突出和存在洪水灾害的地区，尤其是在人口密度大、河流湖泊纵横众多的中部、东部和南部平原地区，一些水闸或因结构不合理，或因长期的得不到维护和更新，一旦出事，贻误关键时机，将给防汛调度带来很大困难，给当地经济带来巨大损失，对社会稳定造成严重影响。

2.严重影响兴利效益的发挥

我国大多数水闸除防洪排涝外，兼具水资源调控、蓄水灌溉、供水、发电、航运等多重兴利目的，是保证国民经济可持续发展的重要基础设施。随着中国社会经济发展对水资源需求的增长，水资源严重短缺的矛盾日益突出，灌溉供水和防汛排涝变得同样重要，水闸存在危险或损坏未及时修理，直接给城市供水、农村灌溉等正常的生产生活安全构成威胁。

3.严重滞后社会经济发展的需要

随着社会经济的发展，对水闸提出了更高的要求，除满足基本功能外，还需满足水闸周边人居文化环境的需要。但淮河流域多数水闸设施简陋、老化，在设计建设之初，对水闸的人文环境效益考虑不够，综合效益较差，因此水闸病害的存在，不但危及防洪安全和供水安全，影响水环境的治理，而且制约过国民经济的持续发展，不利于民生。

三、淮河流域水闸病害类型及成因分析

由于运行环境、地形地质条件、结构形式以及设计施工和运行管理等因素影响，水闸病害性状千差万别，其主要病害有：防洪标准偏低、不均匀沉降引起的破坏、渗漏、闸室结构混凝土老化及损坏严重、消能防冲设施严重损坏、泥沙淤积、闸门及启闭机设备破坏、观测设施缺失、管理房屋失修，防汛道路损坏，缺少备用电源等等。

水闸病害繁杂，多种因素相互作用，总体可将水闸病害的成因分为荷载因素和非荷载因素两大部分。荷载因素主要包括水位、温度、上部荷载、渗流、地震等，非荷载因素则有设计、施工、基础处理、运行管理和材料老化等。

荷载因素中：水压力是主要的作用力，影响闸室和翼墙的稳定；温度则主要影响水闸混凝土的温度应力，尤其施工期，大体积混凝土的温控是主要问题；上部荷载对闸室的稳定有影响；渗流会增大闸底板的扬压力，减小闸室的有效重力，对闸室的稳定不利，同时也会掏空地基，引起上下游连接段设施的沉陷和闸室的倾斜；地震方面，由于附加地震惯性力的作用使结构的强度或稳定性破坏，从而产生裂缝、倾斜、甚至倒塌。

非荷载因素中的设计方面：1）由于1984年《水闸设计规范》颁布之前建造的水闸，设计理论还不是很成熟，主要用于改善水路条件，对水闸抗御洪水能力以及对本地区防洪标准考虑甚少；有些水闸更是“边勘探、边设计、边施工”，影响了水闸的防洪能力，消能防冲和渗流。2）由于临近工程或影响其运行的工程的兴建，导致了运行工况发生变化，例如南水北调东线工程的实施，京杭大运河沿线大量水闸的运行工况发生了较大的变化，很多水闸防洪能力明显不足。

施工方面：20世纪50年代至70年代建造的水闸质量较差，例如混凝土主要采用人工拌和、人工浇筑、人工振捣等，混凝土不密实，选用的混凝土和配筋量不满足要求，结构超载或不均匀荷载等，这直接影响结构的安全性能。

基础处理方面：基础软弱或处理不当，直接影响闸室和翼墙的稳定性和渗流等问题。

管理方面：主要是管理人员专业性不够、人员缺乏，导致原有的技术资料不齐全，工程得不到及时的维修和保养，或者由于管理制度不完善，水闸常常受到人为破坏，如河床过度采砂，破坏了水沙平衡，改变原有河床形状，降低下游河床高程，增加上下游水头差，加大了水流破坏力等，导致水闸长期带病运行。

材料和老化方面，水闸主要材料为混凝土和砌石，混凝土的抗渗，抗裂性很重要；材料的老化也和其质量有直接的关系，例如，混凝土碳化会使结构的强度降低，碳化深度达到一定程度，钢筋会锈蚀，钢闸门的锈蚀穿孔，导致漏水，闸门挡水能力下降。

四、水闸病害补强加固措施

1.防洪能力方面

主要是提高防洪标准，防洪高程，改善消能防冲。防洪标准和高程一般在设计时已确定，主要是改善消能防冲。可采用工程措施与非工程措施相结合的手段处理，非工程措施最主要的是提高水闸运行管理水平，采取合理的运行方式。工程措施可采取加深、延长或增设消力池、防冲槽，增设板桩墙等措施。

2.结构安全方面

（1）增强抗滑稳定性：当闸室抗滑稳定不满足要求时，可增加上部结构重量、增设或加长阻滑板或预应力锚固等措施来提高抗滑能力。当挡土墙抗滑不稳定时，可通过减小墙后土压力和增强挡土墙抗滑能力两种基本措施来解决。

（2）结构变形中闸室的纠偏处理：可采用应力解除法纠偏，其特点是，掏土时，掏深不掏浅，掏软不掏硬，掏基底外不掏基底内。通过在沉降较小的一侧布设密集的钻孔排，钻孔内适当深度掏出适量的软淤泥，使地基应力在局部范围内得到解除，促使软土向该侧移动，从而增加该侧地基沉降量，达到纠偏的目的。

3.渗流安全方面

地基渗漏的处理原则是降低水流的渗透坡降，提高基础的抗渗坡降，在条件允许的情况下，先降低渗漏水位，减少水压力，然后再进行渗漏处理。基础渗漏的修复主要是适当加长上游防水铺盖，修复止水设施，在海漫处加做反滤排水，加设闸基板桩，对闸基础进行灌浆处理。侧向渗漏修复主要有：加深加长刺墙，垂直止水的修复；闸背填土开挖回填；灌浆处理。

4.非金属材料劣损

（1）混凝土的碳化的处理：对结构强度没有影响的裂缝，可采用压力灌浆法对裂缝进行化学灌浆，也可根据裂缝情况凿成V字型或倒梯形，清洗干净后，槽内用水泥砂浆、丙乳砂浆及环氧砂浆等嵌补。对因结构强度不够而产生的裂缝，应认真对结构进行受力分析计算，根据实际荷载情况，可采取增设杆件法、锚贴钢板法、粘贴玻璃钢法、加大截面法等。

（2）混凝土表面剥蚀处理：首先对原混凝土剥蚀面进行清洗，再根据混凝土剥蚀的原因，使用不同的修补材料。