在役船閘工程安全性分析研究

梁照清

摘 要：在役的水工建筑物長期受到內(nèi)外因素的影響，建筑物的形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)等受到一定的影響，故應(yīng)對(duì)水工建筑物定期開展安全性檢測及評(píng)價(jià)，以指導(dǎo)工程的除險(xiǎn)加固。結(jié)合廣東省架橋石樞紐工程實(shí)例，開展船閘的安全性評(píng)價(jià)，對(duì)上閘首、閘室及下閘首的滲流和結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行了系統(tǒng)地分析研究，通過現(xiàn)場檢測以及比照相關(guān)規(guī)范將架橋石樞紐船閘安全性評(píng)價(jià)為四類閘，并給出了相應(yīng)的船閘安全改進(jìn)措施及建議，可為今后船閘安全性評(píng)價(jià)分析提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：安全評(píng)價(jià);船閘;滲流安全;結(jié)構(gòu)安全;安全復(fù)核

中圖分類號(hào)：U641 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2020）07-0034-03

1 工程概況

1.1 樞紐簡介

架橋石樞紐是連江渠化工程的第十一梯級(jí)，距上一梯級(jí)樞紐16.4km，與下一梯級(jí)樞紐相距14.0km，上游流域面積為8109km2，航道等級(jí)為Ⅵ級(jí)。船閘等級(jí)為100t級(jí)，布置在壩址右岸，下閘首與泄水閘平齊，閘室、上閘首等整條船閘布置在壩上游。閘室有效尺寸為180m×11.6m×1.5m（長×口門寬×門檻水深）。上閘首采用鋼筋砼筏式基礎(chǔ)，邊墩為分離重力式結(jié)構(gòu)，漿砌石砌筑，砼預(yù)制塊件砌面。閘室地基為灰?guī)r，左、右閘墻各采用一排固結(jié)灌漿進(jìn)行地基處理。下閘首結(jié)構(gòu)與上閘首大致相同。船閘上、下游引航道布置為反對(duì)稱式，上下游引航道分別向河岸及河中一側(cè)擴(kuò)寬。

1.2 主要現(xiàn)狀

船閘等水工結(jié)構(gòu)物運(yùn)行到一定年限后，為確保建筑物的安全運(yùn)行，需要對(duì)建筑物進(jìn)行安全鑒定和評(píng)估[1，2]。架橋石樞紐已運(yùn)轉(zhuǎn)60年左右，經(jīng)過多次大修以及歲修后，目前僅能勉強(qiáng)維持通航。期間多處出現(xiàn)巖溶或經(jīng)受特大洪水而出現(xiàn)險(xiǎn)情，并對(duì)航運(yùn)樞紐實(shí)施了改建、搶險(xiǎn)和加固工程。但仍長期帶病運(yùn)轉(zhuǎn)，形成惡性循環(huán)，隨時(shí)可能突發(fā)險(xiǎn)情，危及到建筑物及流域內(nèi)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，根據(jù)收集的資料、現(xiàn)場調(diào)查分析報(bào)告及安全檢測等情況，分析架橋石樞紐船閘現(xiàn)狀主要存在閘室滲流與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等安全問題，從而確定船閘結(jié)構(gòu)的功能指標(biāo)和可靠性等級(jí)[3，4]。具體如下：

（1）河床右側(cè)有一條較大的斷裂帶穿過船閘下閘首。底板下曾出現(xiàn)較大溶洞，雖經(jīng)搶險(xiǎn)加固處理，但處理措施均為隱蔽工程，實(shí)際效果很難確定;目前下游仍有漏水現(xiàn)象，說明下閘首地基內(nèi)仍有滲漏通道，影響船閘灌泄水及滲流安全。

（2）根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，船閘周圍普遍存在開裂、滲水等質(zhì)量問題，雖經(jīng)后期搶險(xiǎn)加固處理，但基本結(jié)構(gòu)并未改變，未根本解除長期運(yùn)行以來的地質(zhì)缺陷以及砂漿松散等問題，影響結(jié)構(gòu)安全。船閘下閘首曾采取過換填、注漿方式充填溶洞，采取帷幕灌漿方式減小滲透壓力，但實(shí)際效果難以確定;同時(shí)本次安全檢測在下閘首附近發(fā)現(xiàn)溶洞，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性須特別關(guān)注。

（3）船閘相關(guān)金屬結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量一般，部分構(gòu)件涂層脫落，部分構(gòu)件有輕微變形和局部銹蝕;側(cè)封和底封普遍老化、存漏水現(xiàn)象。

基于上述船閘現(xiàn)狀的分析，本文對(duì)船閘的結(jié)構(gòu)安全以及滲流安全進(jìn)行安全性分析，以期對(duì)船閘的安全進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，為后續(xù)開展船閘的除險(xiǎn)加固工程以及船閘的運(yùn)行提供參考依據(jù)[5，6]。

2 船閘安全性分析

2.1 滲流安全

根據(jù)收集的資料，選取最不利的船閘斷面進(jìn)行滲流安全分析，土基上結(jié)構(gòu)滲流穩(wěn)定計(jì)算其土質(zhì)滲透坡降的大小;巖基上只考慮滲透壓力對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，不單獨(dú)計(jì)算滲透坡降。因此，本文樞紐滲流安全計(jì)算主要為船閘下閘首滲流坡降。根據(jù)現(xiàn)行的船閘設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)船閘下閘首滲流穩(wěn)定可能出現(xiàn)的最不利水位情況進(jìn)行組合：正常運(yùn)行工況：上游為正常擋水位（33.10m）+雍水（0.3m），下游為下一梯級(jí)正常擋水位（28.00m），即上游水位33.40m，下游28.00m，水頭5.4m。依據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]及《船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]，其水平段允許滲流坡降值為0.28，出口段允許滲流坡降值為0.55。采用改進(jìn)阻力系數(shù)法復(fù)核其水平段與出口段滲流坡降是否滿足要求。參照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）附錄C.2的公式，將地下輪廓線分段，通過計(jì)算各段的阻力系數(shù)，以求得各分段的滲透要素。架橋石樞紐滲流穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見下表：

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，架橋石樞紐船閘下閘首滲流穩(wěn)定性滿足要求。但樞紐結(jié)構(gòu)充填物處于松散狀態(tài)，建設(shè)期存在清基不干凈的情況和帷幕灌漿的實(shí)際效果難以保證的情況，這些都將影響結(jié)構(gòu)滲流安全。所以船閘滲流復(fù)核評(píng)定為B級(jí)。

2.2 結(jié)構(gòu)安全

架橋石船閘位于樞紐右側(cè)，下閘首與壩軸線齊平，上閘首與閘室處于上游庫區(qū)內(nèi)。其中，本文主要計(jì)算上閘首、下閘首以及閘室的抗滑、抗傾、抗浮穩(wěn)定性以及基底應(yīng)力。根據(jù)《船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 307-2001）的有關(guān)規(guī)定，并參考水利、公路規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，對(duì)船閘可能出現(xiàn)的最不利水位情況（表2）進(jìn)行組合。最終計(jì)算結(jié)果如表3和表4所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，建筑材料在長期的自然環(huán)境和使用環(huán)境的作用下，逐漸松散，對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，所以上閘首結(jié)構(gòu)安全復(fù)核分級(jí)為B級(jí)。架橋石樞紐下閘首最大應(yīng)力小于允許地基承載力，基底出現(xiàn)較小的拉應(yīng)力，強(qiáng)度滿足要求，沉降不大;而根據(jù)現(xiàn)場安全檢測，下閘首還有漏水現(xiàn)象，存質(zhì)量缺陷;同時(shí)以前的溶洞處理措施為隱蔽工程，實(shí)際的效果難以確定，結(jié)構(gòu)存在安全隱患，所以下閘首結(jié)構(gòu)安全復(fù)核分級(jí)為B級(jí)。從船閘閘室計(jì)算結(jié)果可見，閘墻地基出現(xiàn)拉應(yīng)力較小，閘墻出現(xiàn)裂縫，所以閘室結(jié)構(gòu)安全復(fù)核評(píng)定為B級(jí)。

3 安全復(fù)核評(píng)價(jià)結(jié)論及建議

3.1 安全復(fù)核評(píng)價(jià)結(jié)論

架橋石樞紐防洪標(biāo)準(zhǔn)不滿足要求;擋水線上的下閘首滲流穩(wěn)定性滿足要求;船閘上閘首、下閘首、閘室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足要求，閘墻地基出現(xiàn)的拉應(yīng)力較小。最終，根據(jù)表5各主要結(jié)構(gòu)安全復(fù)核結(jié)果，船閘結(jié)構(gòu)安全復(fù)核評(píng)定等級(jí)為B級(jí)。

3.2 建議

（1）分期分批報(bào)廢重建;依據(jù)《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL 214-2015）的相關(guān)要求，建議樞紐分期分批報(bào)廢重建，可以重新設(shè)計(jì)、施工，重新地基處理，徹底解決防洪標(biāo)準(zhǔn)低及滲流安全問題，從根本上消除樞紐安全隱患。綜合航運(yùn)、防洪、供水、發(fā)電等方面，進(jìn)行詳細(xì)勘察，重新規(guī)劃選址，解決巖溶問題，以及解決樞紐淤積問題;同時(shí)建設(shè)時(shí)全部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，摒棄水力自控旋倒門，改用人工控制閘門，擴(kuò)大泄流閘孔尺度，解決泄洪及結(jié)構(gòu)安全問題。

（2）提升航道等級(jí);由于100t級(jí)及以下船舶市場在競爭中處于劣勢已逐漸退出市場。連江航道100t級(jí)維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)偏低，建議盡快開展前期規(guī)劃研究工作，并按1000t級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行論證，以方便北江干流1000t級(jí)的船舶能不通過轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入連江航道，提高通航效率，加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[8] JTJ 307—2001船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范[S].