第二十二讲：水闸安全鉴定技术

主讲人：宋 力

水闸是为城市供水、工农业生产供水、防洪、防潮、排涝等方面提供服务的重要基础设施，在经济社会发展中发挥着重要作用。我国各类水闸众多，但大多建成于20世纪50—70年代，建筑物及机电设备和金属结构等接近或超过使用寿命，同时由于历史原因，不少水闸存在工程标准偏低、建设质量较差、老化失修、工程管理落后、配套设施不全、缺乏良性管理运行机制等一系列问题，致使水闸安全隐患严重，病险水闸数量庞大。根据水利部2008年9月开展的全国水闸安全状况普查成果，水闸的病险比例高达2/3，目前已完成安全鉴定的大中型水闸只占其数量的30%左右，小型水闸比例更低。因此在今后一段时期内，水闸安全鉴定的任务仍然相当繁重。

一 法规规定

目前水闸安全鉴定主要依据的法规、规定为《水闸安全鉴定管理办法》（水建管〔2008〕214号）和《水闸安全鉴定规定》（SL 214—98）。

1.鉴定种类及周期

依据《水闸安全鉴定管理办法》，水闸安全鉴定主要分为全面鉴定和单项鉴定两类。全面安全鉴定实行定期鉴定制度，即首次安全鉴定应在竣工验收后5年内进行，以后每隔10年进行一次全面安全鉴定。单项安全鉴定周期以水闸单项工程的折旧年限为依据，如闸门、启闭机等单项工程达到折旧年限，应按有关规定和规范适时进行单项安全鉴定。

除上述按照定期制度进行安全鉴定的情况外，还有发生突发事件后在水闸全面安全检查的基础上根据水闸异常现象而开展的单项安全鉴定或全面安全鉴定，即在水闸运行中遭遇超标准洪水、强烈地震、增水高度超过校核潮位的风暴潮、工程发生重大事故后，应及时进行安全检查，如出现影响安全的异常现象，应及时进行安全鉴定。

2.鉴定基本流程

我国的水闸安全鉴定分为4个基本流程，即前期准备、水闸安全评价、水闸安全评价成果审查、水闸安全鉴定报告书审定。

3.安全鉴定承担单位资格要求

根据《水闸安全鉴定管理办法》规定，符合以下条件的单位可承担相应规模水闸的安全鉴定工作：①大型水闸的安全评价由具有水利水电勘测设计甲级资质的单位承担,中型水闸安全评价由具有水利水电勘测设计乙级以上 （含乙级）资质的单位承担。②经水利部认定的水利科研院（所），可承担大中型水闸的安全评价任务。

其中第②项所指单位以《关于公布大中型水闸安全评价单位的通知》（水建管〔2009〕238号）公布的16家单位为准，没有在此文件附件中列出又不符合第①条规定的单位均没有资格承担水闸安全鉴定任务。

安全鉴定承担单位除应符合水利部相关文件规定外，还应具有省级或省级以上计量认证主管部门的实验室资质认证证书。

4.安全鉴定专家组成员要求

水闸安全鉴定审定部门组织的专家组应由水闸主管部门的代表、水闸管理单位的技术负责人和从事水利水电专业技术工作的专家组成，并符合下列要求：

水闸安全鉴定专家组应根据需要由水工、地质、金属结构、机电和管理等相关专业的专家组成；大型水闸安全鉴定专家组由不少于9名专家组成，其中具有高级技术职称的人数不得少于6名；中型水闸安全鉴定专家组由7名及以上专家组成，其中具有高级技术职称的人数不得少于3名；水闸主管部门所在行政区域以外的专家人数不得少于水闸安全鉴定专家组组成人员的1/3；水闸原设计、施工、监理、设备制造等单位的在职人员以及从事过本工程设计、施工、监理、设备制造的人员总数不得超过水闸安全鉴定专家组组成人员的1/3。

水闸安全鉴定专家组成员应当遵循客观、公正、科学的原则履行职责，审查水闸安全评价报告，形成水闸安全鉴定报告书。

二 工程现状调查分析

水闸工程现状调查分析是在以往定期检查、不定期检查、特别检查、安全鉴定和观测资料等相关技术资料收集、分析基础上，对水闸工程现状进行全面检查，进而对工程存在问题和缺陷的原因及其影响进行初步分析。

工程现状调查分析采用的检查方法主要为目测、卷尺测量及采用其他简单仪器进行测量等，并对其中的病害现象利用拍照和绘制示意图等方法清楚明白地进行记录。在开展上述内容现场检查时，应遵循先普查后重点查的顺序。针对一些现场不易查到的病害如止水损坏、钢筋锈蚀、混凝土冻融等，应结合日常运行管理记录开展检查；针对启闭机运转的异常情况，可采用现场试验法检查。

各部分常见病害主要如下：

1.土石结构

常见病害有雨淋沟、塌陷、裂缝、渗漏、滑坡、白蚁害兽，块石护坡塌陷、松动、隆起、底部淘空、垫层散失，墩墙倾斜、滑动、勾缝脱落，堤闸连接段渗漏及排水、导渗设施和减压设施损坏、堵塞、失效等现象。

2.混凝土结构

常见病害有混凝土建筑物裂缝、腐蚀、磨损、剥蚀、露筋（网），钢筋锈蚀、冻融损伤和伸缩缝止水损坏漏水及填充物流失等。

3.闸门

常见病害主要有闸门表面涂层剥落，门体变形、锈蚀、焊缝开裂或螺栓铆钉松动、腐蚀及缺件，支承行走机构运转不灵活、变形，止水装置失效、不完整和老化等。

4.启闭机

常见病害有启闭机械运转异常、制动失灵、腐蚀和异常声响；钢丝绳断丝、磨损、锈蚀、接头不牢、变形；零部件缺损、裂纹、磨损及螺杆弯曲变形；油路不畅，油量油质不合规定；保护装置缺损等。

5.电气设备

常见病害有设备型号属淘汰型号，操作、安全保护装置不可靠，绝缘电阻值不合格，仪表指示不准确，无备用电源或备用电源不能正常工作；输电线路老化，接头松动；防雷设施不完备或存在安全隐患，接地不可靠、不符合规定等。

6.观测设施

常见病害主要有测压管失效、基准高程点磨损、河床变形观测断面桩丢失损坏、伸缩缝及裂缝观测固定观测标点损坏等。

三 现场安全检测

水闸现场安全检测是水闸安全鉴定过程中必不可少的环节，同时也是水闸除险加固的重要依据之一。安全鉴定承担单位除应符合水利部相关文件规定外，还应具有省级或省级以上计量认证主管部门的实验室资质认证证书。

1.地基土和填料土的基本工程性质

检测内容：主要有检测地基土和填料土的抗剪强度、压缩模量和弹性模量等基本工程特性指标。

检测方法：可采用野外鉴别、标准贯入试验、轻便触探试验等方法。

2.砌体结构的完整性

检测内容：主要有外观质量与缺陷，砌石尺寸和平整度，变形与损伤，砌筑砂浆的抗压强度和砌体的强度。

检测方法：目测并配以钢尺、深度游标卡尺和塞尺等工具对外观质量与缺陷进行检测；采用钢尺测量砌石尺寸，靠尺量测平整度；采用经纬仪、激光定位仪、三轴定位仪或吊锤的方法检测变形；采用取芯法和剔除法检测砌石损伤；采用取样法、回弹法、取样结合回弹的方法或钻芯的方法检测砌筑块材和砂浆的强度。

3.防渗和导渗及消能防冲设施的有效性和完整性

检测内容：主要有止水失效，结构断裂，基土流失，冲坑和塌陷，海漫、消力池冲刷及裂缝等。

检测方法：主要采用观察法，并配以必要的量测检测上述内容，其中包括观察止水橡胶是否具有弹性、闸门是否漏水等。

4.混凝土结构的强度、变形和耐久性

检测内容：主要有构件外观质量与缺陷、混凝土抗压强度、变形与损伤检测及钢筋的配置与锈蚀；结构产生明显变形的，应检测结构的应力或变形值；受侵蚀性介质作用而发生腐蚀的，应测定侵蚀性介质的成分、含量和结构的腐蚀程度。

检测方法：外观质量与缺陷初步检测可采用目测法，进一步的精确检测可采用超声法、冲击—回波法、取芯法或使用专用仪器如红外热成像仪、地质雷达等进行检测；混凝土抗压强度检测推荐采用超声回弹综合法与取芯修正法结合的方法；构件的挠度和变形可采用水准仪或百分表测量，结构的倾斜可采用经纬仪、全站仪或吊锤测量；混凝土冻伤可采用取芯法或超声回弹综合法，并结合钻出芯样的吸水量、湿度变化来进行综合检测判别；混凝土中氯离子含量可采用取少量混凝土试样按照规范进行化学实验检测；混凝土碳化深度值可采用局部凿除并滴入酒精酚酞试剂量取；混凝土中钢筋的配置多采用电磁法利用专门的仪器如钢筋位置定位仪、地质雷达等测定，钢筋的锈蚀多采用剔凿法、电化学测定法和综合分析法进行检测。

5.闸门、启闭机的安全性

检测内容：主要有钢闸门的外观质量、材料材性、焊缝质量、闸门启闭力、应力和水质及底质等内容。符合相关规定，确定为报废的钢闸门和启闭机可不进行本项内容检测。

检测方法：外观质量多采用目测法，必要时可采用对应的量测方法进行进一步的量测；材料材性在允许取样时可按金属材料化学分析和机械性能试验试件标准要求取样试验，确定材料牌号，不允许取样时在非受力部位取干净的（不含油漆、渗碳层、脱碳层等）屑样进行化学分析，同时测量其材料硬度综合确定材料牌号；焊缝质量可采用超声探伤、渗透探伤或磁粉探伤进行检测；闸门启闭力和应力多采用现场试验法检测；水质及底质按照国家标准GB/T 12998方法进行水质采样检测。

6.电气设备的安全性

检测内容：主要有配套电动机的电气性能，输电线路和备用电源的完好性，防雷接地设施和安全保护装置的可靠性，动力成套配电（控制）柜的操作灵敏性。

检测方法：电动机的电气性能主要采用查看或测量的方法从铭牌，绕组的绝缘电阻和吸收比，可变电阻器、起动电阻器、灭磁电阻器的绝缘电阻，定子绕组极性及其连接，空载转动检查和空载电流等方面进行判别；输电线路采用查看方法检查其接头牢固性、电路老化程度等，测量电缆绝缘电阻，开展电缆交流耐压试验，检查电缆线路两端的相位并将结果与规范或设计值进行对照判别；防雷接地设施主要采用查看量测的方法检测电气设备的可接近裸露导体接地(PE)或接零(PEN)的可靠性，接地网电气完整性，接地阻抗，金属氧化物避雷器及其基座的绝缘电阻，金属氧化物避雷器的工频参考电压和持续电流并与规定值进行比对判别；动力成套配电(控制)柜主要查看柜内接线是否正确，接头是否牢固，操作机构是否灵敏，采用耐压试验检测动力成套配电(控制)柜的交流工频，并对应进行判别；安全保护装置，采用现场试验法检测保护装置的灵敏性、指示的准确性，采用接地电阻测试仪对其绝缘电阻进行检测，控制回路宜进行模拟动作试验。备用电源应检查是否具有备用电源，查询备用电源的功率进行对比判断是否与用电设备匹配，并采用相应仪器仪表对备用电源的线路电流、电压、电阻、连接、接头牢固性和线路老化等方面进行检测并判别。

7.观测设施的有效性

检测内容：主要有基准高程点的可靠性 (是否损坏、精度)、测压管的有效性(是否失效、灵敏度)、河床变形观测断面桩的完好性、伸缩缝及裂缝观测固定观测标点的完好性。

检测方法：基准高程点采用目测法对基准高程点逐一进行检查，采用水准仪或经纬仪对垂直基准高程点和工作基点进行测量判别；测压管采用目测法检查测压管管口或渗压计输出接口是否损坏并进行判别，采用水准仪或经纬仪对测压管管口高程按三等水准测量要求进行校测判别，采用注水试验检查测压管的灵敏度；河床变形观测断面桩采用目测法检查河床变形观测断面桩是否损坏并进行判别，采用水准仪或经纬仪对断面桩的桩顶高程按三等水准要求进行测量判别；伸缩缝及裂缝观测的固定观测标点采用目测法检查闸室两端边闸墩与岸墙之间、岸墙与翼墙之间建筑物顶部的伸缩缝上是否具有固定观测标点并观测其是否损坏，判断其完好性。

8.其他有关专项测试

其他有关专项测试系指特殊工况的水闸，根据安全鉴定需要而进行的非常规性检测，如地基土对混凝土拖板的抗滑试验和管涌试验、闸门震动观测及水闸监控系统等,相关内容及检测方法可参考对应规范或资料。

四 工程复核计算

工程复核计算应根据现场检测的成果、最新规划数据等进行工程复核计算。各部分的主要复核内容及目的如下：

①防洪标准复核主要依据最新规划数据复核闸顶高程是否大于设防水位。②过水能力复核主要依据过闸水位差，根据水闸的过闸流态计算闸孔出流流量，并与水闸设计流量进行对比进行判别。③消能防冲复核主要依据过闸水位差、过闸流量和泄流方式判别消能防冲设施的尺寸(如消力池长度、宽度和深度等)是否满足消能需要。④抗渗稳定性复核主要依据过闸水位差和渗径长度，结合防渗布置的现状对渗流破坏形式进行判断，计算闸基出口段渗透坡降并将其与规范允许值进行对比判别。⑤整体稳定性复核主要依据水闸渗透压力和外部作用，根据水闸结构型式对岸墙和翼墙的基底应力、抗滑稳定和抗倾覆稳定进行判别，对闸室的基底应力、抗滑稳定和抗浮稳定进行判别。⑥混凝土结构强度和变形复核主要依据现场检测成果(包括材料性能、结构尺寸和破损现象等)，根据水闸结构型式对构件的强度、变形和裂缝分别进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的判别。⑦钢闸门结构强度和变形复核主要依据现场检测成果(包括材料性能、结构尺寸和材料腐蚀程度等)，根据闸门结构型式对闸门面板、主梁、次梁、吊耳和轨道等构件进行强度和变形的判别。⑧抗震性能复核主要依据现有地质勘察资料和水闸结构型式，对水闸地基和上部结构在现行设防烈度情况下的抗震性能进行判别。

五 工程安全评价

水闸安全评价应在现状调查、现场安全检测和工程复核计算基础上，充分论证数据资料的可靠性和安全检测、复核计算方法及其结果的合理性，提出工程存在的主要问题、水闸安全类别评定结果和处理措施建议。

水闸安全评价应从运用指标是否能达到设计标准、结构损伤程度及恢复结构功能所采取的措施（结构的可修性）等三方面按表1进行综合判断给出水闸的安全鉴定类别。

表1 水闸安全鉴定类别判别表

在具体评判过程中，三类闸存在着较多的缺陷，但缺陷的程度不至于对水闸的安全产生重大影响，如水闸存在混凝土碳化，钢筋锈蚀，闸墩的裂缝、结构中某些部位的渗漏等，但这些缺陷经技术手段评估后判断出不影响结构的安全或对结构安全影响程度较小，可判断为三类闸。四类闸存在着较多的缺陷，缺陷对水闸安全产生重大影响，如同样的三类闸中存在的缺陷，但缺陷的程度较为严重且经技术手段评估判断对水闸的安全具有重大的影响，则需判断为险闸。因此三类闸和四类闸在缺陷与水闸的安全及采取的修复措施方面具有本质的不同。

六 需要注意的问题

1.安全鉴定周期

《水闸安全鉴定管理办法》（水建管〔2008〕214号）未发布前，水闸安全鉴定周期分别按照 《水闸技术管理规程》（SL 75—94）和《水闸安全鉴定规定》（SL 214—98）的规定执行。

作为水闸安全管理工作的重要组成部分，水闸安全鉴定工作在各地并未得到应有的重视，也未能按照规定进行定期鉴定。有的水闸即使产生了影响安全的隐患，也得不到及时的安全鉴定，处于带病工作状态。这给水闸的安全运行带来了隐患，有可能使水闸成为防洪兴利的薄弱环节，阻碍水闸功能的发挥。

2.安全鉴定专家组

安全鉴定过程中，应严格遵循基本流程才能够更有效、更准确地开展工作，其中安全鉴定专家组的作用非常重要，是安全鉴定成果质量的重要保证之一。《水闸安全鉴定管理办法》（水建管〔2008〕214号）规定了水闸安全鉴定专家组的组成等要素的具体要求，《水闸安全鉴定规定》（SL 214—98）规定了水闸安全鉴定专家组的成立时间，即在编制安全鉴定工作计划时就应成立专家组，并对专家组的职责进行规定。

实际工作中，安全鉴定专家组具有成立时间滞后和专家所属区域及专家与工程关系不符合规定的现象，对水闸安全鉴定类别的客观性、公正性可能产生一定的影响。

3.水闸工程规模及承担单位资格要求

水闸工程规模的划分，在全国病险水闸规划工作中，主要遵循的依据为水利部《关于开展全国大中型病险水闸除险加固专项规划编制工作的通知》（办规计〔2009〕85号）文件中的规定，即：大型水闸为最大过闸流量大于或等于1 000m3/s的水闸，中型水闸为最大过闸流量大于或等于100 m3/s、小于1 000 m3/s的水闸，不含水库、水电站输水和泄水建筑物的水闸。

我国各地水闸在工程规模上具有一些特殊情况，如部分地区的拦河闸最大过闸流量非常大，按文件划分应为大型闸，但考虑到工程保护对象的范围和重要性因素，一般按照中型闸进行划分。在安全鉴定承担单位选择时，可选择具有水利水电勘测设计乙级资质的单位，但应将工程规模的划分依据书面列出并作为水闸安全鉴定资料的一部分。

另外，在对堤防所属水闸进行安全鉴定时，应根据堤防的级别按照《水利工程质量检测管理规定》要求选择对应的安全鉴定承担单位，而不能仅仅依据水闸的流量进行选择。

4.工作的规范性

《水闸安全鉴定规定》（SL 214—98）虽然从技术层面对水闸安全鉴定各项内容进行了规定，但实际操作中仍存在现场安全检测项目设置不合理，复核计算依据不准确，安全类别判断尺度不均，报告编写体例格式不统一等情况。

5.内容的全面性

水闸安全鉴定工作的基础是设计、施工、管理运行三方面的资料，只有准确了解这些情况，鉴定才能有的放矢，真正反映水闸病险，为安全管理和除险加固提供可靠依据。但我国水闸大量建于20世纪50—70年代，很多水闸基本资料匮乏，且从《水闸技术管理规程》颁布之后，开展工程运行管理数据资料的记录并未跟上，存在水闸建设、运行、观测、维养等资料不完整的现象，无法保证安全鉴定内容的全面和系统，也就不能查找工程的所有安全隐患。

6.鉴定的深入性

在安全鉴定实际工作中，由于地勘、现场检测、复核计算工作不深入，难以准确地判断工程安全隐患性质、分析病险原因、揭示病险程度，从而影响水闸安全鉴定结论的正确性，无法给水闸除险加固提供有效的依据，造成资金浪费或加固不彻底，有的水闸甚至要进行二次除险加固。

七 水闸安全鉴定技术的发展趋势

水闸作为水利工程基础设施的重要组成部分，将对主要病险种类、成因及发展规律，病险指标与构件安全的量化技术，水闸可靠性评估指标体系等方面开展研究，建立水闸的可靠性鉴定技术体系，逐渐由目前的以水闸安全鉴定专家组为主的可靠性鉴定方法转化为以客观的病险程度指标为准的综合指标评价体系法。我国目前在水闸指标体系评价法方面也具有一定的研究成果，如黄河水利科学研究院自2000年开展的以实际工程检测数据为基础、以模糊数学为依据的综合法评判模型，淮河水利科学研究院开展的以安全性、适用性和耐久性为子目标的多因素多层次模糊评估模型等，在实践中也取得了较好的应用效果，这些成果都可以作为目前水闸安全鉴定的有益参考。