關于套閘除險加固工程設計中應注意的幾個問題

董 瑩吳益星徐亞萍

關于套閘除險加固工程設計中應注意的幾個問題

董 瑩1吳益星2徐亞萍1

一、概況

內(nèi)河航運在江蘇省具有舉足輕重的地位，江蘇省內(nèi)河貨運量約占全省綜合貨運量的三分之一，然而船閘建筑物老化病害，設備、設施的損傷與陳舊落后，抑制了內(nèi)河航運需求，在工程運行過程中也存在著安全隱患，靖江市十圩港、夏仕港套閘就屬于此類年久失修的船閘。因此系統(tǒng)地對現(xiàn)有船閘進行升級改造，才能為內(nèi)河航運的發(fā)展奠定基礎。

二、靖江市十圩港、夏仕港套閘的現(xiàn)狀分析

1.工程概況

（1）十圩港套閘

十圩港套閘是靖江市中部地區(qū)及孤北洼地的骨干引排控制建筑物，具有蓄水、擋洪、引排水的控制作用，既可發(fā)揮低潮位自排泄流的排水優(yōu)勢，較好地解決孤北洼地的澇漬，同時又可引水解決流域內(nèi)缺乏灌溉水源的矛盾，同時兼顧通航。

十圩港套閘興建于1973年11月，位于十圩節(jié)制閘西側，上游連接十圩港，下游距長江1.6km，閘首凈寬10m，閘室寬12m，長134.4m，設計流量102m3/s，灌溉面積18萬畝，一次可通航500噸輪隊，年設計通航量600萬噸。1975年10月建成投入運行。與十圩港制閘一起承擔靖江市十圩港流域、孤北洼地及泰州通南地區(qū)的引、排及通航任務，對加快靖江乃至蘇中地區(qū)經(jīng)濟建設起到了十分重要的作用。

（2）夏仕港套閘

夏仕港套閘位于夏仕港節(jié)制閘東側，下游距長江1km，與節(jié)制閘一起承擔夏仕港的引排任務，具有長江潮位低、泄流時間長的排水優(yōu)勢，是泰州通南地區(qū)引排水的主要控制建筑物，同時緩解了夏仕港節(jié)制閘通航與調(diào)水之間的矛盾。

夏仕港套閘興建于1979年12月，于1985年10月投入運行，設計流量108m3/s。閘首凈寬10m，閘室寬14m，長162m，一次可通過1000噸船隊，年設計通航量700萬噸，灌排面積達600km2以上。套閘的建成，滿足了通南地區(qū)靖江、泰興、姜堰及如皋等周邊地區(qū)人民生活、生產(chǎn)用水需要，為加快蘇中地區(qū)經(jīng)濟建設起到了十分重要的作用。

2.目前存在問題

由于兩座套閘均建于20世紀70年代，已運行30多年，隨著工情、水情和運行情況的變化，對夏仕港、十圩港的規(guī)劃要求已經(jīng)改變，其設計防洪標準偏低，不能達到省廳規(guī)定防洪要求，同時工程老化現(xiàn)象日益嚴重，加上維修養(yǎng)護經(jīng)費的不足，兩座套閘僅在90年代末經(jīng)歷過一次大修，平時正常的維修、保養(yǎng)得不到保障，工程使用壽命衰減，效益下降，目前仍有許多危及工程安全運行的因素不能得到根治，難以確保套閘的汛期安全運行。阻礙了日益發(fā)展的內(nèi)河航運，成為了制約靖江航道發(fā)展的瓶頸。

3.現(xiàn)狀檢測

為了對這兩座套閘進行更新改造，首先需要對套閘的現(xiàn)狀進行檢測，從而為套閘的加固改造提供依據(jù)。

現(xiàn)狀檢測的對象：套閘的上下閘首、閘室墻、上游和下游翼墻、上游和下游護坡的水上部位及公路橋。

檢測內(nèi)容：檢測的內(nèi)容分為建筑物缺陷和損傷、材質(zhì)參數(shù)檢測和閘門與啟閉機檢測三個部分。主要檢測內(nèi)容如下：

（1）鋼筋混凝土和砌石結構的外觀缺陷、上下游沖坑的調(diào)查和描述。

（2）結構裂縫分布及裂縫長度及寬度的檢測。

（3）混凝土抗壓強度檢測。

（4）混凝土碳化深度、保護層厚度檢測。

（5）閘門外觀、銹蝕量檢測、閘門焊縫超聲波探傷及啟閉機運行狀況檢測。

檢測的方法：

（1）建筑物缺陷和損傷按巡視檢查法采用察看、尺量、物探等，主要工具有測尺、裂縫對比卡、讀數(shù)顯微鏡等，輔以照相和攝像以作記錄補充。

（2）材質(zhì)參數(shù)檢測：混凝土抗壓強度采用回彈法，混凝土碳化深度采用試劑法，保護層厚度采用直接觀測法和電測法。

（3）閘門與啟閉機檢測：閘門外觀檢查以目測為主，配合使用測量工具，對閘門的外觀形態(tài)和銹蝕狀況進行檢測；閘門銹蝕量檢測用測量器具直測法進行檢測；閘門焊縫探傷用超聲波探傷法探測焊縫缺陷位置和定量；啟閉機運行狀況用目測和測量儀器檢測啟閉機的零部件，如開式齒輪、減速器、卷筒、蝸輪、蝸桿輪副、蝸桿蝸母等的磨損、損傷、銹蝕以及其他可以直接檢查到的異常運行情況，檢查啟閉機的配置設計與設備狀況。

4.復核計算

復核計算的內(nèi)容：套閘閘頂高程復核；閘基的抗?jié)B穩(wěn)定復核；套閘的引、排過流能力復核；套閘引、排流時上下游消能防沖能力復核，以及上、下閘首和閘室墻的抗滑、抗傾、抗浮穩(wěn)定和地基應力等，為套閘的安全鑒定及加固改造設計提供參考，目標與要求分述如下。

（1）套閘閘頂高程復核

復核下閘首的閘墻和閘門高程，驗證套閘在百年一遇設計水位和三百年一遇校核水位條件下是否滿足防洪要求。

（2）抗?jié)B穩(wěn)定復核

復核上、下閘首在可能出現(xiàn)最大水位差時閘基的防滲長度、基底滲透坡降和出口段出逸坡降是否符合規(guī)范要求，驗證套閘整體抗?jié)B穩(wěn)定性。

（3）引、排過流能力復核

復核套閘在汛期的排澇能力和灌溉期引水能力是否達到設計要求。

（4）消能防沖復核

復核套閘在汛期排澇時下游消能防沖設施、灌溉期引水時上游消能防沖設施是否滿足規(guī)范要求。

（5）閘身結構穩(wěn)定性復核計算

計算上、下閘首和閘室墻的結構穩(wěn)定性，包括在運行工況、校核工況、排水管堵塞工況及檢修工況的抗滑、抗傾、抗浮穩(wěn)定性。

（6）閘基地基應力復核

復核各種運行、校核及特殊工況組合的上、下閘首和閘室墻的地基應力和地基應力不均勻系數(shù)，驗證地基應力是否滿足要求。

（7）公路橋主梁強度復核

復核公路橋主梁在現(xiàn)行荷載條件下，正截面和斜截面強度是否滿足要求。

5.安全評價

通過對工程現(xiàn)狀調(diào)查、現(xiàn)場安全檢測和復核計算分析，根據(jù)建筑物各部分的現(xiàn)狀情況，用鑒定評級法逐項對照，按《水閘安全鑒定規(guī)定》SL214-98標準，靖江市十圩港、夏仕港套閘評定為三類閘，需要盡快進行除險加固。

三、除險加固工程設計應注意的幾個問題

1.原始資料的收集

除險加固工程不同于新建工程，由于是在原來的工程基礎上進行的，因此原始資料的收集對于加固工程設計方案的確定就顯得尤為重要。

在可能的條件下，應收集盡量多的原始資料，其中包括：

（1）設計資料：工程地質(zhì)勘測資料；設計（原建、改建或加固）報告、圖紙；了解設計背景；走訪原設計人員。

（2）施工資料：收集竣工圖紙、報告；施工大事記；走訪原施工人員。

（3）管理資料：收集管理單位在套閘的使用中發(fā)現(xiàn)的問題和影響工程安全運行的隱患；管理部門的觀測資料；歷次加固情況及加固效果；水閘上下游淤積現(xiàn)狀、清淤措施；工程大修和重大事故的處理措施；對加固工程的建議。

2.除險加固內(nèi)容的確定

以靖江市夏仕港套閘除險加固工程為例，除險加固內(nèi)容中對閘首是進行維修加固還是拆除重建作了充分的論證，依據(jù)安全鑒定結果和管理單位的意見，最終設計確定將上、下閘首拆除重建，具體論證如下：

（1）保障防洪安全的需要

夏仕港套閘處于長江大堤上，其下閘首直接用于擋洪。目前閘首主要存在問題有：①套閘原設計防洪水位偏低，與目前的工情、水情不相適應。原夏仕港套閘下閘首閘頂及門頂高程為6.00m，不能滿足防洪要求。②下閘首防滲長度和上、下閘首滲流坡降不滿足規(guī)范要求。③閘首混凝土強度等級偏低，破損嚴重、露筋。上述問題雖可通過加固措施來解決，但仍然有混凝土強度偏低、擋浪墻高度偏高等問題；且由于口門寬度沒有擴大，船只通過上、下閘首時，對閘首混凝土碰擦嚴重，不但影響船舶進出閘室，對閘首也造成損害，從而影響套閘的防洪安全。

（2）保障套閘排澇安全的需要

夏仕港是通南地區(qū)重要的通江引排骨干河道，具有排澇、引水、降漬及航運等綜合效益，受益面積超過600km2。根據(jù)江蘇省水利勘測設計研究院編制的通南規(guī)劃，按十年一遇排澇標準計算，夏仕港需承擔排水流量462m3/s，其中套閘承擔108m3/s。夏仕港套閘口門寬度只有10m，設計單寬流量偏大，排澇時對下游沖刷很嚴重。因此，對閘首進行拆除重建，增加閘首凈寬，減小單寬流量，是確保套閘的排澇安全的根本性措施。

（3）保障航運安全的需要

近年來，隨著水運事業(yè)的發(fā)展和船型的不斷升級改造，現(xiàn)有夏仕港套閘已嚴重不適應水情船情形勢變化的要求：一方面因套閘10m口門尺度偏小，不滿足《內(nèi)河通航標準》規(guī)定的船閘最小有效寬度，使得船舶過閘效率較低，大量船舶經(jīng)常擁擠、積壓在上、下閘首停泊區(qū)，影響了套閘的航運安全，同時也間接影響了排澇安全；另一方面因船型大吃水深，大量本可從夏仕港套閘通過的船舶不得不繞道而行。夏季洪水期，上閘首的公路橋則又成了航障，大噸位空船不抽水壓倉就無法過閘。因此，為保障航運安全，迫切需要對閘首拆除并擴大口門重建。

綜上所述，如對閘首只進行維修加固，相比拆除重建，雖投資較小，可解決工程防洪安全和防滲問題，但仍然存在以下遺留問題：①套閘的排澇能力仍然受到制約；②仍然存在閘首口門偏小，待渡船舶積壓，影響套閘和節(jié)制閘安全運行等現(xiàn)象；③閘首混凝土強度及耐久性沒有根本性的改變。因此設計最終確定將上、下閘首拆除重建，將口門擴大與閘室一致的14m。

由于除險加固工程的安全鑒定是在有水的情況下鑒定的，因此待工程打壩抽水后，需進一步對原水下情況進行調(diào)查、檢測，根據(jù)補充檢測情況，最終確認除險加固內(nèi)容，不留安全隱患，確保充分發(fā)揮工程效益。

以十圩港除險加固工程為例，打壩抽水后發(fā)現(xiàn)上閘首底板有南北縱向裂縫并伴有滲水現(xiàn)象，隨即建設單位委托原檢測單位對套閘上閘首底板部分進行了補充檢測。

補充檢測結論建議：十圩港套閘上閘首底板混凝土設計強度等級低，不能滿足現(xiàn)行規(guī)范對耐久性的要求；施工質(zhì)量差，經(jīng)過長期運用后底板開裂、止水破損，影響安全運用的因素多且嚴重，加固處理困難、不經(jīng)濟，而且效果難以保證。因此建議對底板作拆除重建處理。

根據(jù)補充檢測報告的檢測及建議，設計最終確定將上閘首的除險加固內(nèi)容由原先的維修加固變?yōu)椴鸪亟ā?/p>

（作者單位：1.江蘇省靖江市水利局214500 2.解放軍理工大學 210029）

（專欄編輯：周 權）