韓莊泵站安全檢測分析與研究

韓業慶，呂曉理，任思濤

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250109；2.水發養護工程（山東）集團有限公司，山東 濟南 250100）

南水北調工程是我國加強水資源優化配置，解決北方地區水資源短缺的重大戰略性工程。韓莊泵站作為南水北調東線第九級梯級泵站，設計流量125 m3/s，設計凈揚程4.15 m，安裝5 臺后置式燈泡貫流泵，總裝機容量9 000 kW。泵站引水閘工程于2011 年6 月20 日建成，位于主廠房上游55 m 處，連接引水渠與泵站前池，具有引水、攔污、檢修、連接兩岸交通等綜合功能。

1 安全檢測內容

1.1 鋼筋保護層厚度檢測

采用鋼筋位置測定儀對引水閘排架柱及閘墩鋼筋保護層厚度進行檢測，保護層設計值30 mm，經檢測發現保護層較小值均發生在混凝土裂縫處。鋼筋保護層厚度檢測數據見圖1、圖2。

圖1 排架柱鋼筋保護層厚度檢測數據

圖2 閘墩鋼筋保護層厚度檢測數據

1.2 碳化深度檢測

對排架柱和閘墩混凝土碳化深度進行抽檢測量，每個測點按規范要求取3 個測值，準確至0.1 mm，取其平均值，即作為該測點的混凝土碳化深度值，碳化深度值見圖3。

圖3 排架柱和閘墩混凝土碳化深度數據

1.3 混凝土強度檢測

采用回彈法抽檢排架柱及閘墩混凝土抗壓強度，排架柱混凝土設計強度等級C30，閘墩的混凝土設計強度等級C25，從檢測數據可以看出，所抽檢結構混凝土強度的推定值均滿足原設計要求，同時亦滿足《水工混凝土結構設計規范》（SL191-2008）關于混凝土耐久性的要求。

2 結構安全復核計算

2.1 排架柱結構安全復核計算

按照《水工混凝土結構設計規范》（SL191-2008）對排架柱進行結構復核，計算工況及荷載組合考慮最不利工況，按清污機運行時計算，荷載組合為自重+地震力+清污機重+軌道重。排架柱各位置內力、配筋計算結果，見表1。

表1 排架柱各位置內力、配筋計算結果

經復核計算得出結論，排架柱和梁配筋均滿足規范要求。

2.2 閘墩結構安全復核計算

根據《水閘設計規范》（SL265-2016）的要求，該水閘屬于開敞式水閘，平面閘門閘墩應力分析可采用材料力學方法。當閘門擋水時，閘墩主要承受上游水壓力、閘墩及上部結構自重，應驗算閘墩底截面上下游端的應力是否在閘墩底材料的允許強度范圍內。閘墩應力按材料力學偏心受壓構件計算其接觸正應力。荷載計算中的力矩均為各荷載對墩底截面垂直于水流方向形心軸的力矩。采用地震工況計算，主要承受荷載為上游水壓力、閘墩自重、上部結構自重、地震荷載等，驗算閘墩底截面的應力是否在閘墩底材料的允許強度范圍內，荷載計算匯總見表2。

表2 荷載計算匯總

經計算，地震工況下最大壓應力5.91 MPa，最小壓應力為1.26 MPa，未出現拉應力，閘墩強度滿足要求。

2.3 引水閘穩定復核計算

引水閘工程為1 級建筑物，抗震烈度為7 度0.1 g，閘底板與巖基的摩擦系數為0.4，地基承載力為310 kPa，結構部件素混凝土容重24 kN/m3，鋼筋混凝土容重25 kN/m3，墩后填土濕容重19 kN/m3，抗滑穩定及閘基應力復核計算時取右聯閘室為復核對象。

根據《水閘設計規范》（SL265-2016），巖基閘室穩定應滿足下列要求：在各種計算工況下，閘室最大基底應力Pmax小于地基允許承載力[R]；非地震情況下，閘室基底不出現拉應力；地震情況下，基底拉應力小于100 kPa；沿閘室基底面的抗滑穩定安全系數大于規定的允許值。

基底應力及抗滑穩定安全系數均根據《水閘設計規范》（SL265-2016）計算。荷載計算種類主要有自重、水重、滲透壓力、水壓力（含風壓力及波浪壓力）、地震力。

2.3.1 基底應力

1）當結構布置及受力情況對稱時，按下式計算：

式中：Pmax/min為閘室基底壓力的最大值或最小值，kN/m2；∑G 為作用在閘室上的全部豎向荷載，kN；∑M 為作用在閘室上的全部豎向荷載和水平荷載對于基礎底面垂直水流方向的形心軸的力矩，kN·m；A 為閘室基礎底面面積，m2；W 為閘室基礎底面對于垂直水流方向的形心軸的截面矩，m3。

2）當結構布置及受力情況不對稱時，按下式計算：

式中：∑Mx、∑My分別為作用在閘室上的全部豎向荷載和水平荷載對于基礎底面形心軸x、y的力矩，kN·m；Wx、Wy分別為閘室基礎底面對于形心軸x、y 的截面矩，m3。

2.3.2 抗滑穩定安全系數

式中：K 為抗滑穩定安全系數；f 為基礎底面與地基土之間的摩擦系數；∑H 為作用在閘室上的全部水平荷載，kN；∑G 為作用在閘室上的全部豎向荷載，kN。

《水閘設計規范》（SL 265-2016）中巖基上沿閘室基底面抗滑穩定安全系數的允許值：1 級水閘，基本組合為1.10，特殊組合I 為1.05，特殊組合II 為1.00。

2.3.3 計算工況及荷載組合

1）基本組合。正常蓄水位為上游設計擋水水位，下游無水；荷載組合為自重+水重+水壓力+浪壓力+滲透壓力。

2）特殊組合。地震工況為抗震烈度為7 度，順水流向0.1 g；荷載組合為自重+水重+水壓力+浪壓力+滲透壓力+地震力。

2.3.4 計算結果

1）抗滑穩定安全系數。設計擋水位安全系數計算值2.02 大于標準值1.10，滿足要求。地震安全系數計算值1.69 大于標準值1.00，滿足要求。

2）基底反力。設計擋水位最大基底反力97.97 kPa，最小基底反力16.33 kPa。地震最大基底反力105.97 kPa，最小基底反力8.33 kPa。

在設計擋水位和地震工況條件下，閘室抗滑穩定安全系數和基底反力均滿足規范要求。

3 安全檢測及數據分析

通過對排架柱、閘墩及閘室進行安全檢測和數據計算分析，排架柱混凝土整體外觀質量較好，局部存在豎向裂縫，裂縫處鋼筋輕微銹蝕；排架柱鋼筋保護層厚度大部分滿足原設計和現行規范要求，局部較小處不滿足要求；排架柱混凝土抗壓強度滿足原設計和現行規范要求；排架梁、柱配筋滿足規范要求。閘墩混凝土整體外觀質量較好，局部存在豎向裂縫，裂縫處鋼筋輕微銹蝕；混凝土閘墩鋼筋保護層厚度大部分滿足原設計和現行規范要求，局部較小處不滿足要求；閘墩混凝土抗壓強度滿足原設計和現行規范要求；在設計擋水位和地震工況條件下，閘室抗滑穩定安全系數和基底反力滿足規范要求；閘墩強度滿足規范要求。

4 安全檢測問題處理

針對排架柱和閘墩存在豎向裂縫、裂縫處鋼筋輕微銹蝕及混凝土碳化等問題，擬定以下初步修復方案。

4.1 鋼筋銹蝕及混凝土表面裂縫修復

沿裂縫走向對兩側各100 mm 范圍內的混凝土表面用砂輪機打磨平整，直至露出堅實的集料新面。用水槍去除混凝土粉末和灰塵，確保無油漬、污跡后用風槍清理干凈。按照使用說明調配封縫膠后，立即騎縫涂刷。封縫膠在固化過程中，膠液流淌或浸潤后應及時補刷，保證封縫膠固化后膠膜覆蓋封閉裂縫。

4.2 混凝土碳化處理

對碳化部位混凝土剔鑿，用高壓水槍將基層沖洗干凈。根據多項工程混凝土修復實踐，用低壓噴涂柔性材料RMO 底涂，增加原混凝土面層與新修復層的粘結力。RMO 修補砂漿分3 層施工，每層厚度不超過10 mm。噴霧養護，保持表面濕潤，養護7～10 d。

5 結語

為保證水利工程安全運行，除做好工程巡查和養護外，還要定期委托專業單位進行安全檢測和鑒定，根據檢測鑒定結果制定切實可行的維修加固方案，并組織實施。