淡江河泵闸安全性态分析

梁景奇

(上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 201707)

1 工程概况

淡江河泵闸，又名李巷泵闸，位于嘉定区真新街道，泵闸所在河道为淡江河，外河为新槎浦，泵闸室距离新槎浦约40.0 m，主要功能为防洪、排涝及水资源调度[1]。

淡江河泵闸于2015年竣工，工程为Ⅲ等工程，主要建筑物为3级，结构型式为“泵室+闸室”，泵站设计流量6 m3/s，配备双向运行潜水贯流泵，单泵设计流量为3 m3/s，配套电机功率160 kW，总装机功率320 kW。闸门为4.0 m宽平面钢闸门，采用卷扬式启闭机[1]。泵闸顺水流方向长度依次为：内河防冲槽5.0 m、内河海漫段12.0 m、内河消力池9.0 m、泵闸室15.0 m、外河消力池10.0 m、外河海漫段15.0 m、外河防冲槽5.0 m，总长度71.0 m。泵闸垂直水流方向宽度12.9 m，其中节制闸闸孔净宽4.0 m，边墩及与泵室之间隔墩均宽0.80 m；泵室净宽5.4 m，边墩厚0.8 m。闸室采用低堰底板，堰顶高程0.5 m，与内河河底齐平，堰顶宽3.0 m，两侧以坡度1∶3.0至-0.3 m高程，堰高0.8 m，闸底板底高程-1.5 m。泵室底板顶高程-0.7 m，底板底高程-1.5 m，泵室内底板厚0.8 m，泵室外底板与闸室底板保持一致，厚1.2 m。

淡江河泵闸自2015年建成投入运行，为保证该泵闸能够安全运行，继续发挥工程效益，有必要分析研究其安全状态情况，确定其安全类别[2-3]，为管理单位安全运行提供科学依据。

2 土建结构安全分析

2.1 混凝土抗压强度分析

为了准确评价泵闸部位混凝土结构安全状态，本次采用回弹兼取芯修正的方法对内河翼墙、闸墩、泵室侧墙、控制室柱混凝土抗压强度进行检测[4]。本次混凝土结构检测成果见表1。

表1 混凝土构件抗压强度检测

由表1可知，采用回弹兼取芯修正的方法测得南侧排架柱、北侧排架柱、泵室西侧墙、南侧闸墩、南侧消力池挡墙、泵室东侧墙、北侧闸墩、工作桥梁的混凝土抗压强度推定值分别为32.7 MPa、32.4 MPa、32.3 MPa、33.1 MPa、32.9 MPa、32.5 MPa、36.8 MPa、31.1 MPa。所测构件部位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》(SL 191—2008)有关混凝土最低强度等级要求[5]。

2.2 混凝土保护层厚度及钢筋间距分析

混凝土保护层厚度采用钢筋定位仪进行检测，现场检测时依据《混凝土中钢筋检测技术标准》(JGJ/T 152—2019)中混凝土保护层厚度的测试方法进行，利用钢筋定位仪直接量测混凝土中的钢筋保护层厚度，并做好标记，采用钢卷尺量测钢筋间距。本次混凝土结构保护层厚度及钢筋间距检测成果见表2。

表2 混凝土结构保护层厚度及钢筋间距检测成果

由上述检测成果、泵闸竣工图及有关规范可知，抽检部位的混凝土保护层厚度和竖向钢筋间距基本上都符合设计及规范要求，只有泵闸闸墩钢筋保护层厚度不满足规范的要求。

2.3 混凝土碳化深度分析

采用冲击电钻，在抽测部位打一个深度约15 mm的小孔，清除孔洞中的粉末和碎屑，并立即用浓度为1%的酚酞酒精溶液喷洒在孔洞内壁，然后用游标卡尺测量表面至深层不变色、有代表性的交界处的距离即为混凝土碳化深度。

由检测成果可知，抽检的外河侧消力池挡墙、排架柱、闸室、闸墩、工作桥混凝土碳化深度均小于混凝土保护层厚度，钢筋处于混凝土的碱性保护之中，不易锈蚀；电位-200～-350 mV。现场对排架柱、闸室、闸墩、工作桥钢筋剥开验证，钢筋未发现锈蚀。

2.4 土建结构病害分析

采用目测、尺量等方法检测混凝土结构及砌体结构的质量状况，检测结果如下。

(1)外河侧翼墙。南、北两侧翼墙为钢筋混凝土结构，经检查未发现较明显的缺棱掉角、蜂窝、孔洞、裂缝等质量缺陷，两侧翼墙与流道分缝内止水材料未发现破损脱落现象。

(2)闸站段。两侧排架柱未发现混凝土有破损及露筋现象；南、北两侧闸墩表面未发现有混凝土破损及露筋现象；工作桥内、外河侧板表面及板底均未发现混凝土有破损及露筋现象，护栏完好；控制室地面铺设地板砖，表面及板底均未发现有破损，墙体未发现有裂缝及渗水现象。

(3)内河侧翼墙。内河两侧翼墙混凝土表面未发现有破损及露筋现象。两侧翼墙与流道侧分缝处止水材料未发现有破损及脱落现象。

2.5 土建检测结果分析

综合上述检测成果可知，淡江河泵闸混凝土结构及内外侧翼墙均较为完好，未发现质量缺陷，现状满足运行要求。

3 金属结构及机电安全检测分析

(1)水闸钢闸门安全复核为基本安全，闸门整体外观良好，表面涂层基本完好；闸门面板侧水下部分局部可见轻微锈蚀；滑轮局部可见涂层起壳脱落，滚轮外观一般，表面可见老化锈蚀，运行时滚轮均无法正常转动；闸门侧止水压板螺栓表面有轻微锈蚀现象，两侧及底部止水橡皮可见老化龟裂；闸门表面涂层基本完好，水下部分局部可见少量锈斑；闸门门体的防腐层总厚度不满足规范及设计要求；焊缝外观及焊缝内部质量抽检结果均符合相关规范要求。

(2)水闸为单路永久供电，无备用电源；水闸工作闸门启闭机电动机的绝缘电阻、运行时三相电流均符合规范要求，运行噪声偏大，不符合规范要求；泵站启闭机的绝缘电阻、直流电阻及吸收比均符合相关规范的技术要求；所有线路均接线可靠，无乱拉乱接，超荷载工作等现象；泵闸无自动控制系统，未设置监控设备。

经对淡江河泵闸闸门、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、钢板厚度均符合要求，但闸门门体的防腐层总厚度不满足规范及设计要求。

4 安全复核计算分析

本次淡江河泵闸安全复核计算主要包括：防洪标准复核、渗流安全复核、结构安全复核及抗震安全复核[6]。

4.1 复核计算依据

根据特征水位，淡江河泵闸室稳定计算水位组合见表3。

表3 泵闸室整体稳定复核计算水位组合

泵闸室防渗计算水位组合取整体稳定计算水位组合中水头差最大的组合。渗流计算水位组合见表4。

表4 泵闸室渗流稳定计算水位组合 m

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。

该泵闸所处地区动反应谱特征周期为0.35 s，地震动峰值加速度为0.1 g，相当于地震基本烈度取7度。

4.2 安全复核分析成果

(1)防洪标准复核分析。淡江河泵闸为Ⅲ等工程，主要水工建筑物为3级。主要水工建筑物防洪高程复核如表5。

表5 淡江河泵闸闸顶高程和堤顶计算成果

根据表5可知，淡江河泵闸内外河侧翼墙、闸门顶高程、堤顶高程均满足规范要求。

(2)渗流安全复核分析。本次泵闸渗流稳定复核采用改进阻力系数法计算，各渗流段阻力系数计算参数、阻力系数计算值及各段水力坡降如表6。

表6 淡江河泵闸地下渗流段阻力系数计算参数及阻力系数

淡江河泵闸基底位于③层的淤泥质粉质黏土，塑性指标<17，根据《水闸设计规范》(SL 265—2016)6.0.4条规定[7]：水平段允许渗透坡降为0.25～0.35，出口段允许渗透坡降为0.50～0.60。由计算结果可以看出，水平段和出口段渗透坡降均满足规范要求。

(3)结构安全复核分析。根据《水闸安全评价导则》(SL 214—2015)，结构安全复核包括稳定与结构应力复核，以及消能防冲复核。稳定计算成果如表7。

表7 泵闸稳定计算成果汇总

根据竣工图及地勘报告，淡江河泵闸基底位于③层的淤泥质粉质黏土，地基承载力特征值为55.00 kPa，采用水泥搅拌桩(φ600 mm，L=7 m，间距1.2 m)对地基进行了处理，采用复合地基对地基承载力进行计算。经计算，处理后地基承载力特征值为101.35 kPa。综上所述，该泵闸平均基底应力、最大基底应力、基底不均匀系数、抗滑稳定及抗浮稳定均满足规范要求。泵闸消能防冲复核成果见表8。

表8 泵闸消能防冲复核成果

根据表8可知，外河侧的最大消能工长度为8.48 m，内河侧最大消能工长度为7.32 m，最大消力池底板厚度为0.29 m、最大冲刷深度为0.76 m。因实际外河侧消力池长10.0 m，内河侧消力池长9.0 m，内外河侧消力池厚度0.7 m、防冲槽深度1.0 m，故消能防冲能力满足要求。

本次泵闸结构应力复核运用ABAQUS三维有限元软件进行分析，计算模型见图1～图2。泵闸承载能力复核计算成果如表9。

图1 泵闸室三维简化模型图

图2 泵闸室三维有限元模型图

表9 泵闸承载能力复核计算成果

根据表9查知，泵闸底板和闸墩配筋满足规范要求。

5 结 语

(1)根据《水闸安全评定导则》、《水闸安全鉴定管理办法》相关规定，结合上述分析结果知，淡江河泵闸运用指标基本达到设计标准，工程存在一定损坏，经大修后，可达到正常运行，故评定该泵闸为二类闸。

(2)根据上述安全评价分析结论，建议对混凝土结构进行防碳化处理；对钢闸门进行重新防腐，对拦污栅进行防腐处理；对节制闸启闭机进行维修；建议配备备用电源，对机电设备进行更新改造。