某節制閘除險加固安全檢測復核及評價分析

王旭東

（沈陽興禹水利建設工程質量檢測有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 工程概況

某節制閘位于遼河支流二道河中段，于1975 年建成興利。節制閘工程由上游鋪蓋、閘室、消力池、海漫、防沖槽、岸墻及上下游連接段護坡等組成，該閘共24 孔，每孔凈寬6 m，閘室總寬度189 m。該節制閘投入運行至今，在下游防洪除澇和農田灌溉方面發揮了作用巨大，并取得了良好的效益。受當時技術和經濟條件的制約，該水閘工程建設標準低，閘門、啟閉機等配套設施不全，導致水閘遺留問題較多。經過多年的運行，混凝土工程、砌石工程以及啟閉、機電等設備老化、損壞，帶病運行，嚴重影響了節制閘的正常啟閉及安全，工程現有標準已達不到設計要求，節制閘不能發揮其正常防洪、灌溉效益。本文通將水閘現狀存在的問題進行現場檢測，并通過分析，對節制閘結構及配套設備等進行復核評估，提出節制閘改造合理可行的建議。

2 水閘現狀存在問題

節制閘共24 孔總寬度189 m，底板采用6 m×10 m 的170#混凝土小底板，每塊下設三根直徑0.8 m 長17 m 的混凝土井柱樁。閘門槽采用170#混凝土澆注，槽內安裝花崗巖石滑道，閘孔內安裝3.3 m×6.3 m 梁格式鋼絲網鋼筋混凝土平面閘門，砌石閘墩，鋼筋混凝土排架，閘門重9.8 t，采用一啟六繩鼓式啟閉機4 臺，啟閉機上配22 kW 電動機。閘室前設170#混凝土縱向長10 m 厚0.5 m 的上游鋪蓋，下游設縱向長10 m 深1.0 m 的消力池，池尾設消力坎，消力池下設15 m 長的漿砌塊石護坦和5 m 長的干砌石海漫及縱向長3 m 深1.4 m 拋亂石防沖槽，岸墻采用空箱三鉸拱結構，下設6 根長17 m 的混凝土井柱樁，上、下游護坡段分別為漿砌石、干砌石護坡。節制閘自投入運行以來，由于帶病運行，嚴重影響了節制閘的正常啟閉及安全?，F將各部分存在問題分述如下：

（1）閘室段

閘門有破損，現狀閘門無法正常啟閉，無檢修閘門，檢修不便利；按照河道現狀防洪標準，推算閘前洪水位已高出最大開啟狀態下閘門底緣，現狀啟門方式下，不能確保安全運行：機架橋橋墩平均碳化深度26.2 mm，鋼筋平均截面損失率8.4%，鋼筋處于整體銹蝕狀態，而且橋墩存在豎向順筋裂縫，最大縫寬0.2 mm；有4 個中墩砌體下游側存在豎向裂縫，裂縫沿砂漿開裂；由北向南110 m～170 m 段閘室有集中滲流帶[1]。

（2）岸墻與護坡

兩岸岸墻繞滲嚴重，由于設計原因，水閘施工時未采取任何防滲措施，致使八十年代初就發生繞滲現象，滲水攜帶泥砂，護坡部分坍塌；閘址處受彎道水流影響，閘上下游右岸河坡坍塌嚴重，1985 年對右岸護坡進行了維修，現大部分己遭水毀，目前河坡仍然在坍塌。

（3）消力池與海漫

消力池坎有多道豎向裂縫，漿砌石護坦經多年運行，水毀較嚴重，海漫干砌石結構遭水毀后己不能滿足抗沖消能要求，致使消力池結構的安全沒有保障。

（4）金屬結構

由于機架橋與閘墩頂間距太小，致使閘門無法正常啟閉；現閘門經維修后外觀比較平整，但實際上砼閘門己出現砼剝落，有露筋和銹蝕現象；止水橡皮老化，閘槽埋件銹蝕嚴重，閘槽花崗巖石滑道強度低，安全運行存在隱患；啟閉機為一啟六固定繩鼓式電動啟閉機，老化破損嚴重，已運行逾30 a，超過折舊年限，不能保證安全運行，部分啟閉設備更換后運行狀態較好，啟閉機齒輪缺油、銹蝕，制動器打滑，制動輪有麻點，銹蝕、缺損；閘門高度指示器失靈，沒有行程開關和手搖設備[2]。

（5）電氣設備

電氣設備老化，時有燒毀現象，柴油發電機組廢置，汛期防洪沒有保障；配電屏為淘汰產品，大部分帶電設備裸露在外，運行、操作、管理極不便利；低壓架空線路年久失修，隱患叢生；檢修閘門無供電線路和配電設備，照明設施損壞嚴重；變壓器容量小，不能滿足啟動要求。

（6）觀測設備

觀測設備在施工時未能實施，測壓管設在南2、13、21 墩上，已按設計要求預埋好，據調查自建成未使用部分測壓管頂蓋被掀掉，管內因裝滿黃砂、石子而破壞，其余測壓管蓋因生銹而報廢。三相位移、沉陷點均加工好，在各墩預埋的位置已預留，但是怕被破壞，在施工時未能安裝。

3 現狀檢測結論及安全狀態評定

3.1 安全評定結論

通過對節制閘現場質量檢測、安全鑒定復核計算等進行綜合評價。主要檢測項目分為閘室段（包含樁基礎、閘底板、邊墩、中墩、機架橋墩、機架橋、橋頭堡）、上下游連接段、閘門和啟閉機、電氣設備、觀測設備等，得到以下檢測結論：

（1）上游連接段

漿砌石護坡遭受滲流、沖刷、凍融等破壞嚴重，勾縫砂漿脫落，有的縫內砂漿被剝蝕一空，現場抽取左岸護坡檢測，砂漿剝蝕老化系數為1.2 mm，說明漿砌石體處于較嚴重破壞狀態，其剝蝕老化檢測結果比較嚴重。由于護坡破壞比較嚴重，其強度已不滿足設計要求，強度變異系數為0.38[3]，說明其強度均勻性較差，施工時對質量控制不嚴格。

（2）閘室段

1）邊墩

右岸邊墩下游漿砌石體存在輕微裂縫，沿砂漿縫開裂，裂縫表面有水痕?；炷翉姸绕骄禐?2.2 MPa，離散系數為0.17，總體推定強度為15.9 MPa，基本完好；碳化深度最大為28.5 mm，平均碳化深度為23.4 mm，對應碳化系數為0.54，為輕微碳化。

通過對閘門槽處鋼筋的檢測，其銹蝕電位水平為-126 mV，判定為處于輕微銹蝕狀態。砂漿強度平均值為12.91 MPa，變異系數為0.38，總體推定強度為12.91 MPa，輕微老化。砂漿剝蝕老化系數為0.3 mm，砂漿基本完好。

2）中墩

中墩按從左往右1、2、3、…編號。該閘中墩表觀質量良好，砼部分未發現異常裂縫；砌石體在15#、17#、19#、20#墩下游端發現貫穿性裂縫，裂縫沿砂漿縫開裂，此系不均勻沉降所致，為嚴重破裂。經檢測，該閘中墩強度基本滿足設計要求，鋼筋未銹蝕，但由于鋼筋保護層為4 cm，而最大碳化深度已達30.0 mm，若任其發展對保護鋼筋不利，應進行砼表面防碳化處理。另外，混凝土、砂漿強度雖滿足設計要求，但其離散系數為0.22、0.38，說明施工時均勻性控制不好，綜合評定為輕微破壞。

3）機架橋墩

機架橋墩從表面上看，施工質量較差，有的甚至出現順筋裂縫、露筋現象，裸露的鋼筋已經銹蝕。檢測發現，該構件砼保護層很不均勻，大到4 cm，小的有l cm～2 cm，甚至露筋，說明是施工過程質量控制不力，施工時用木模支護，加固不牢固，澆注時不能有效地密封、止漿，鋼筋保護層厚度控制不好或根本就未加控制，評定為較嚴重破裂?；炷翉姸绕骄禐?7.7 MPa，離散系數為0.28，總體推定強度為15.2 MPa，基本完好。但離散系數遠超過0.20 的規范要求，說明其施工質量控制不好。機架橋墩其碳化深度最大值為30.8 mm，平均值為26.2 mm，對應碳化系數為0.37，為嚴重碳化。橋墩鋼筋銹蝕嚴重，多處已將保護層脹裂、脫落，鋼筋原直徑20 mm，暴露處蝕余直徑16.8 mm[4]?；炷羶蠕摻钿P蝕平均電位水平為上-249 mV說明混凝土內鋼筋也處于較嚴重銹蝕狀態。

4）機架橋、橋頭堡

機架橋現場檢測未發現異常裂縫、橋頭堡現場檢測未發現不均勻沉陷和異常裂縫，基本完好。

（3）下游連接段

1）下游岸墻和護坡

下游岸墻和護坡受凍融、沖蝕、淘刷等作用，破壞已相當嚴重，砂漿縫中砂漿剝落約25%，砂漿剝蝕深度約為10 mm～14 mm，取砂漿平均剝蝕深度12 mm，砂漿剝蝕老化系數為3.0 mm，破壞已經比較嚴重。砂漿強度平均值為6.24 MPa，變異系數為0.40（表明砂漿均質性較差），總體推定強度為6.24 MPa，嚴重老化。下游護坡多處存在較嚴重塌陷，塌陷面積約有5 m2～6 m2，最大塌陷深度35 cm；岸墻踏步處，有一寬22 mm 的斷裂縫，縫兩側差異沉降30 mm。

2）消力池、護坦和海漫

消力坎處存在大量裂縫，多處已斷裂、沉陷；用標桿和尺子探測，發現護坦和海漫部分已沖毀，靠近消力坎處有一長20 m，寬1 m～4 m 的條帶狀沖坑，消力坎斷裂、沉陷就是水流沿此沖坑退刷坎下土基所致。

（4）滲流測試

為了解閘室兩岸及閘基滲漏情況，在上游兩邊墩外側及閘前水面布設了一條自然電場測試剖面，測點間距1.0 m，根據測試數據繪制的自電曲線可知：左岸邊墩16 m 以內，右岸邊墩15 m 以內自電曲線均呈低值異常，其絕對異常值分別為72 mV和65 mV，說明兩岸存在嚴重繞滲。閘前設計水位情況下，下游護坡石縫隙處有明水流出，且含土顆粒，護坡塌陷處即滲流出逸處。下游岸墻因不均勻沉降而斷裂和護坡多處塌陷均系兩岸繞滲己產生滲透破壞的反映。為驗證自電測試效果，在左岸8 號測點處打一鉆孔。鉆進過程中，鉆頭由孔深4.7 m 掉至5.0 m，說明該處已被滲流沖蝕成空洞。

由自電曲線圖還可看出：閘前水面自電曲線在110 m～170 m 之間呈低值異常，其絕對異常值為26 mV，此系閘基集中滲流帶的反映，中墩15#、17#、19#、20#、下游端因不均勻沉降而產生的裂縫，說明此滲流已產生滲透破壞。由上可知：閘室兩岸及閘基滲透變形已危及工程安全。

（5）啟閉機與閘門

1）啟閉機

①負載試驗中，減速器內有異響，鋼絲繩纏繞不暢，有繃繩和掛繩現象；②限位開關、高度指示器不準確，不可靠；③齒面硬度偏低，且配置不合理；④機架上各部件的墊板(如：軸承座、電動機座、減速機座、制動器座等)均未進行加工，不滿足規范規定。同時，機架地腳螺栓的安裝偏差超出規范要求；⑤制動器制動輪硬度不合格，存在制動輪包扎不緊的情況；⑥啟閉機型式選用不合要求；⑦該閘雖設有檢修門槽，但無檢修閘門等相應檢修設施。

2）閘門

該閘于1994 年春天對閘門用環氧樹脂加固處理，現場檢測未發現明顯裂縫，閘門預埋鐵件銹蝕嚴重，橡皮止水老化嚴重，部分被撕裂。

（6）電氣檢測

①備用電源柴油發電機組因運行時間過長，維護保養不及時，現在己經廢置；②用500V 搖表搖測四臺啟閉機電機靜子線圈，其絕緣電阻值均為0，說明電機靜子線圈絕緣層己破壞，不可再繼續使用，否則易引起電機漏電傷人或燒壞電機；③避雷針引下線用鋁芯導線，使用纏繞方式接地，不符合《電業安全工作規程》的要求[5]；應將避雷針引下線用焊接或鉚接的方式接在接地線上；④發電機組設在距水閘約200 m 遠處的閘管所，輸電線路為架空線。架空線已老化，絕緣層破損開裂，不能保證將電源安全、可靠地輸送到水閘[6]。機架橋上的電纜老化嚴重，絕緣層破損，隨時都有電纜漏電傷人的危險。

3.2 安全分析建議

為消除該水閘的安全隱患，充分發揮該水閘的防洪效益，鑒于上述諸項問題，應盡快對該閘進行除險加固。除險加固方案應重點從閘室穩定、泄洪能力、消能防沖、抗震抗滲能力和運行管理等方面考慮，提出如下建議：

（1）對機架橋橋墩采取必要的防止鋼筋銹蝕措施。

（2）閘室與兩岸岸墻已經出現滲流破壞，應采取相關的處理措施，以確保閘室、岸墻及其上部結構的安全。

（3）重建護坦、海漫、防沖槽和右岸護坡，保證建筑物安全可靠的運行。

（4）閘門已運行近30 a，屬超期服役。閘門在結構型式上及各部件的老化程度上，均無法保證安全運行要求，而且無法提出閘槽檢修，建議對現閘門進行全面檢測以確定將其維修或更換為鋼質閘門。

（5）建議門槽軌道更換為鋼質軌道，更換止水橡皮和埋件。

（6）雖然啟閉機目前運行尚好，但其運行已近30 a，屬超期服役產品。老產品啟閉機普遍存在齒面硬度較低等內在質量問題，建議對啟閉設備進行全面檢測后以確定將其大修處理或更換。

（7）更換大容量的變壓器，增設柴油發電機組，建變壓器房和發電機房。

（8）更換低壓配電屏，增設啟閉機集中控制配電屏。

（9）增設機房，更換啟閉機配電設備，改就地控制為集中、就地均可控制方式。

（10）重新敷設低壓配電線路，增設閘門高度指示器，對閘門開啟高度隨機進行控制。增設檢修閘門配電設備，敷設檢修門配電線路。

（11）重新布置照明設施，對防雷接地設施進行檢測，不符合要求應予以更換，以保證運行人員人身安全。

（12）完善觀測設施建設，監視工程運行情況，為進行下一步工作和日常管理積累第一手資料。

4 結論和建議

鑒于該本工程在抗滲穩定、消能防沖、閘室穩定、岸墻穩定、混凝土結構強度等方面某些指標達不到規范要求，工程存在嚴重安全隱患，為充分發揮節制閘的整體效益，考慮該閘所處位置的重要性，建議從消除工程安全隱患和更大程度發揮整體效益兩方面著手對該閘盡快進行除險加固。