李楼节制闸安全性态分析研究

任小飞

（中工武大设计研究有限公司安徽分公司 合肥 230001）

1 工程概况

李楼节制闸座落于江苏省徐州市丰县常店镇李楼自然村东，始建于1971年，原设计15 孔闸门，每孔净宽5m，在省、市有关部门的大力支持帮助下，2003年省计委、省水利厅批准李楼节制闸在原址拆除重建，工程于2003年10月动工，2004年6月12日通过市级组织的水下部分验收，2007年12月竣工。重建后的节制闸7 孔，每孔净宽8m，闸门采用钢闸门，配2×10t 卷扬式启闭机。闸底板高程33.0m，闸门顶高程37.5m。工程按10年一遇设计，设计流量605m3/s，相应闸上水位37.70m，闸下水位37.55m；20年一遇校核，流量820 m3/s，相应闸上水位39.24m，闸下水位39.04m。

李楼节制闸已运行多年，为了维持水闸的正常运行并发挥工程效益，有必要分析研究其安全性态，根据水利部标准《水闸安全鉴定规定》（SL214-98），确定水闸安全类别，为管理单位安全运行提供科学依据。

2 土建结构安全性态分析

2.1 混凝土结构强度

为了准确评价水闸部位混凝土结构安全性能，此次采用回弹法、钻芯法对混凝土结构进行检测。混凝土结构检测成果见表1。

由表1可知：采用回弹法、钻芯法测得闸墩、排架、交通桥面板、上游翼墙、下游翼墙的混凝土强度分别为25.2MPa、25.1MPa、30.0MPa、25.0MPa、25.6MPa。所测构件的混凝土强度满足设计要求，也满足《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）有关混凝土最低强度等级要求。

表1 混凝土构件强度检测表

2.2 混凝土碳化深度

采用冲击电钻，在构件表面垂直打一直径约15mm 左右的孔，深度略超过碳化深度，用橡皮吹气球除去钻孔中的碎屑及粉末，用砂纸及软布擦去孔壁粉末，然后立即用浓度为1%的酚酞酒精溶液均匀地喷洒在孔洞内壁，当已碳化与未碳化界线清楚时，再用碳化深度测量仪或其他深度测量器具测量已碳化与末碳化混凝土交界面至混凝土表面的垂直距离多次，取其平均值，该距离即为该测区的碳化深度值，每次读数精确至0.5mm。

由检测成果可知：该工程各构件混凝土的碳化深度不均匀。闸墩的碳化深度较小，其值在7.0～14.0mm之间，最大值出现在3#孔左闸墩，其值达14.0mm；排架的碳化深度较大，其值在14.0～37.0mm 之间，最大值出现在2#孔右排架，其值达37.0mm；交通桥面板的碳化深度不均匀，其值在8.0～18.0mm 之间，最大值出现在6#孔交通桥面板，其值达18.0mm；上游翼墙的碳化深度不均匀，其值在7.0～21.0mm 之间，最大值出现在上游左侧翼墙，其值达21.0mm；下游翼墙的碳化深度较小，其值在4.0～13.0mm 之间。

2.3 混凝土保护层厚度

对每个构件，根据受力主筋的走向，选择五个点，用瑞士PROCEQ 公司制造的SCONLOG-B 型钢筋位置测定仪测定混凝土保护层厚度。

李楼节制闸混凝土保护层测值和碳化深度分布见图1。

图1 李楼节制闸混凝土保护层测值和碳化深度分布图

由检测结果可知：闸墩的实测混凝土保护层厚度大于最大碳化深度，大于《水工混凝土结构设计规范》（SL 191-2008）规定的最小保护层厚度，部分闸墩的实测混凝土保护层厚度小于原设计要求；排架的实测混凝土保护层厚度小于最大碳化深度，也小于《水工混凝土结构设计规范》（SL 191-2008）规定的最小保护层厚度及原设计值；交通桥面板的实测混凝土保护层厚度大于最大碳化深度，也大于《水工混凝土结构设计规范》（SL 191-2008）规定的最小保护层厚度及原设计值；上游翼墙的实测混凝土保护层厚度大于最大碳化深度，也大于《水工混凝土结构设计规范》（SL 191-2008）规定的最小保护层厚度及原设计值；下游翼墙的实测混凝土保护层厚度大于最大碳化深度，也大于《水工混凝土结构设计规范》（SL 191－2008）规定的最小保护层厚度及原设计值。

2.4 混凝土结构病害

钢筋混凝土结构病害的检测主要是从裂缝宽度、长度、走向、位置、表面特征，混凝土是否膨胀、剥落，钢筋是否锈蚀等几个方面来进行检测并综合判断。该工程各组成部分病害较少， 3#孔左排架根部混凝土胀裂，钢筋锈蚀。

2.5 检测结果分析

鉴于以上结论，李楼节制闸混凝土结构均较为完好，建议进一步加强对该工程维修养护。

3 闸门及启闭机安全性态分析

（1）抽检2#、3#钢闸门焊缝探伤、涂层厚度、钢板腐蚀、钢板厚度均符合要求，主要构件无折断、损伤。

（2）启闭机及其附属设施完整，启闭机主要零部件无损伤、裂纹、变形，动力系统工作正常，均符合要求。

经对李楼节制闸闸门、启闭机检测分析，启闭机性能状态符合要求；闸门外观总体符合要求，焊缝探伤、涂层厚度、钢板腐蚀、钢板厚度均符合要求。

4 安全复核计算分析

4.1 复核计算工况及荷载组合

此次安全性态分析计算主要包括：节制闸过流能力安全性态计算、消能及防冲设施安全性态计算、防渗设施安全性态计算、稳定安全性态计算、结构安全性态计算。

此次消能及防冲设施安全性态计算、防渗设施安全性态计算考虑设计、校核两种工况；而稳定及结构计算考虑设计、校核、检修、地震四种工况。此次复核计算水位及流量组合见表2。

表2 复核计算水位表

计算考虑的荷载为结构自重、水重、水压力、扬压力、地震荷载等。

扬压力为渗透压力和浮托力之和，渗透压力值采用前述渗流计算成果，浮托力考虑下游水位的影响。上游水压力计算时考虑止水的影响，止水以上按静水压力考虑，止水以下按扬压力计算。

该闸所处场地区动反应谱特征周期为0.40s，地震动峰值加速度处于为0.05g，相当于地震基本烈度处于6 度。

4.2 安全性态分析内容

防渗设施计算主要验算闸基的防渗长度，同时采用改进阻力系数法计算渗流出口处坡降及水平坡降。

稳定计算主要包括闸室稳定、翼墙的稳定计算，主要计算在各工况下的抗滑稳定安全系数、地基承载力、地基应力不均匀系数。

结构计算主要包括闸室结构、翼墙结构、闸门结构、工作桥结构、交通桥结构的计算，主要计算在各工况下的结构强度。此次借助ABAQUS 三维有限元软件进行计算。

4.3 安全性态分析结果

（1）各工况下该闸过流能力均能满足要求。

（2）各工况下消力池长度、厚度、海漫长度均能满足要求。

（3）出口坡降满足要求，水平段的水平坡降全满足要求，因此，地基渗流稳定满足要求。

（4）在各种计算工况下，闸室抗滑稳定安全系数、地基承载力均满足要求，设计工况下地基应力不均匀系数基本满足规范要求，其他工况地基应力不均匀系数均满足要求。

（5）上下游翼墙地基承载力、地基应力不均匀系数、抗滑稳定安全系数均满足规范要求。

（6）闸室底板面层、底层、闸墩、排架的配筋均满足要求。

（7）钢闸门面板、主梁强度均满足要求，选择QPQ2×100 的启闭机满足要求。

（8）工作桥横梁、纵梁正截面强度、斜截面抗剪强度均满足要求。

（9）交通桥桥板抗弯强度、抗剪强度、裂缝宽度也满足要求。

5 结论与建议

（1）李楼节制闸运行至今，检测表明结构外观完整、无明显缺陷，总体安全度基本满足设计、规范要求；复核计算表明过流能力、消能防冲、抗渗稳定、闸室稳定、翼墙稳定、混凝土结构承载能力、钢闸门性能等均能满足规范要求。

（2）根据以上李楼节制闸的安全性评估和适用性评估，现场检测结构物基本完好，复核计算指标满足规范要求，建议李楼节制闸评为一类闸、运用指标能达到设计标准，无影响正常运行的缺陷，按常规维修养护即可保证正常运行。

（3）根据安全评价结论，李楼节制闸的闸室主体主要子项目符合国家现行规范要求，建议进一步加强对工程的维护■