我国病险水闸成因及除险加固工程措施分析

朴哲浩 宋 力

（水利部水利建设与管理总站 北京 100038）（黄河水利科学研究院 郑州 450003）

我国病险水闸成因及除险加固工程措施分析

朴哲浩 宋 力

（水利部水利建设与管理总站 北京 100038）（黄河水利科学研究院 郑州 450003）

本文针对我国水闸工程存在的安全隐患，归类出九大主要病险种类，并从水闸建设、运行、管理及环境等方面对病险产生的原因进行分析，得出了病险形成原因。根据水闸病险种类，综合考虑我国目前现有的除险加固技术手段，分别提出了除险加固的指导原则和措施，并从水闸运行管理方面提出了避免水闸除险加固后再次产生病险的措施。

病险水闸 除险加固 成因 措施

1 引言

水闸是为城市供水、工农业生产供水、防洪、防潮、排涝等方面服务的重要基础设施，在社会经济发展中发挥着重要作用。我国水闸大多建成于20世纪50～70年代，由于种种原因，存在着各种安全隐患。据不完全统计，目前我国水闸的病险比例高达2/3[1]，对水闸存在的病险问题进行归类并分析成因，可对病险水闸除险加固工作提供有益参考。

2 主要病险种类

经对全国水闸安全状况普查、大中型病险水闸除险加固专项规划成果进行分析，目前我国水闸存在的病险种类繁多，从水闸的作用及结构组成来说，主要可分为以下9种病险问题。

a.防洪标准偏低。防洪标准(挡潮标准)偏低，主要体现在宣泄洪水时，水闸过流能力不足或闸室顶高程不足，单宽流量超过下游河床土质的耐冲能力。在原设计时没有统一的技术标准、水文资料缺失或不准确以及防洪规划改变等情况下，易产生防洪标准偏低的问题。

b.闸室和翼墙存在整体稳定问题。闸室及翼墙的抗滑、抗倾、抗浮安全系数以及基底应力不均匀系数不满足规范要求，沉降、不均匀沉陷超标，导致承载能力不足、基础破坏，影响整体稳定。

c.闸下消能防冲设施损坏。闸下消能防冲设施损毁严重，不适应设计过闸流量的要求，或闸下未设消能防冲设施，危及主体工程安全。

d.闸基和两岸渗流破坏。闸基和两岸产生管涌、流土、基础淘空等现象，发生渗透破坏。

e.建筑物结构老化损害严重。混凝土结构设计强度等级低，配筋量不足，碳化、开裂严重，浆砌石砂浆标号低，风化脱落，致使建筑物结构老化破损。

f.闸门锈蚀，启闭设施和电气设施老化。金属闸门和金属结构锈蚀，启闭设施和电气设施老化、失灵或超过安全使用年限，无法正常使用。

g.上下游淤积及闸室磨蚀严重。多泥沙河流上的部分水闸因选址欠佳或引水冲沙设施设计不当，引起水闸上下游河道严重淤积，影响泄水和引水，闸室结构磨蚀现象突出。

h.水闸抗震不满足规范要求。水闸抗震安全不满足规范要求，地震情况下地基可能发生震陷、液化问题，建筑物结构型式和构件不满足抗震要求。

i.管理设施问题。大多数病险水闸存在安全监测设施缺失、管理房年久失修或成为危房、防汛道路损坏、缺乏备用电源和通讯工具等问题，难以满足运行管理需求。

3 病险成因分析

我国水闸数量多、分布广、运行时间长，限于当时经济、技术条件，普遍存在建设标准低、工程质量差、配套设施不全等先天性问题。投入运行后，由于长期缺乏良性管理体制与机制，工程管理粗放，缺乏必要的维修养护，加之近年来全球气候变化，极端天气事件频发，水闸遭受地震、泥石流、洪水等超标准荷载，加剧了水闸病险程度。总的来说，造成我国病险水闸成因主要分为以下5个方面。

a.大量水闸已接近或超过设计使用年限。我国现有的水闸大部分运行已达30～50年，建筑物接近使用年限，金属结构和机电设备早已超过使用年限。经长期运行，工程老化严重，其安全性及使用功能日益衰退。据统计，全国大中型病险水闸中，建于20世纪50～70年代的占72%，建于80年代的占17%，建于90年代及以后的占11%。

b.工程建设先天不足。我国大部分水闸建成于20世纪80年代以前，受当时社会经济环境的影响，一些水闸在缺少地质、水文泥沙等基础资料的条件下，采取边勘察、边设计、边施工的方式建设，成为所谓的“三边”工程，甚至有些水闸的建设根本就没有进行勘察设计。另外，当时技术水平低，施工设备简陋，多数施工队伍很不正规，技术人员的作用不能充分发挥，致使水闸建设质量先天不足，建设标准低，工程质量差。

c.工程破损失修情况严重。我国早期的水闸设计没有统一标准，缺少耐久性设计、防环境污染设计和抗震设计等内容，目前，多数工程已进入老化期，建筑物、设备、设施等老化破损非常严重。同时，在长期运用过程中，由于缺乏资金，管理单位难以完成必要的维修养护，或只能进行应急处理、限额加固，水闸安全隐患得不到及时、彻底的解决，随着使用期限的增长，水闸安全隐患逐年增多加重，久而久之，工程“积病成险”，一些本来属于病害层面的损伤转化为重大险情和隐患。

d.工程管理手段落后。长期以来，水闸基本上沿用计划经济的传统管理体制，重建设、轻管理，普遍存在责权不清、机制不活、投入不足等问题，许多水闸的管理经费不足，运行、观测设施简陋，管理手段落后，给水闸日常管理工作带来很大困难，一些水闸管理单位难以维持自身的生存与发展，水闸安全鉴定更是无从谈起。国务院《水利工程管理体制改革实施意见》颁布后，近年来水闸工程管理单位逐步理顺了管理体制，完成了分类定性、定编定岗，基本落实了人员基本支出经费和维修养护经费，水闸管理经费虽有所增加，但仍无力负担病险水闸安全鉴定及除险加固费用，无法根本解决病险水闸安全运行问题。

e.环境污染严重。由于河道水质污染日趋严重以及部分水闸地处沿海地区，水闸运行环境极为不利，受废污水腐蚀和海水锈蚀作用，闸门、止水、启闭设备运行困难，漏水严重，混凝土和浆砌石结构同样受到不同程度的侵蚀，出现严重的碳化、破损、钢筋锈蚀等现象，沿海地区水闸混凝土结构中很多钢筋的保护层由于钢筋锈蚀完全剥离。因此，水体污染加快了水闸结构的老化过程，危及闸体结构安全。

4 除险加固工程措施

针对病险水闸的问题和原因，充分考虑新材料、新工艺和新技术的应用，提出以下除险加固工程措施和建议。

a.对于工程等级、防洪标准及设计流量不满足要求但主体结构基本完好的水闸，尽量考虑保留原闸室，按规划批复的工程规模及设计水位，通过加高或增扩闸孔来提高过流能力，其余附属设施相应进行加固改造。

b.对于闸室整体稳定不满足规范要求、地基承载能力不足的水闸，可根据地基土的性质采用灌浆、振冲加密等措施提高地基承载力。对已发生不均匀沉降，影响闸门运行的，可采用压密灌浆，用高压浓浆抬动土体及闸基，恢复闸底高程。对由于消能工失效、产生溯源冲刷造成的闸基淘空，需回填砂砾料，采用防渗墙围封后进行灌浆，或拆除局部淘空部位结构，回填处理再予以恢复。

c.对于闸基和两岸渗流稳定复核不满足要求的水闸，可通过增加水平和垂直防渗长度、修复或增设出逸段排水反滤等措施进行处理。增加水平防渗长度的方式主要为加长上游防渗铺盖和修补防渗铺盖的裂缝和止水，增设垂直防渗的方式主要为设置高压喷射防渗墙、搅拌桩防渗墙、塑性防渗墙等。对于地基脱空的情况，需采取灌浆措施保证地基与底板紧密接触，避免接触渗流进一步破坏，尤其对淤泥质地基的桩基基础应定期监测脱空情况，及时补灌。对于两岸绕渗的渗流破坏，应改造上下游翼墙或在岸墙背后增设刺墙。

d.对于结构老化损害严重的水闸，如果是碳化深度过大、钢筋锈蚀明显且危及结构安全的构件，一般拆除重建；如果局部碳化深度大于钢筋保护层厚度或局部碳化层疏松剥落，应凿除碳化层，对锈蚀严重的钢筋进行除锈处理，并根据锈蚀情况和结构需要加补钢筋，再采用高强砂浆或混凝土修补；如果碳化深度小于钢筋保护层厚度，可用优质涂料封闭；对于表面裂缝，可以表面凿槽，采用预缩水泥砂浆、丙乳砂浆、防水快凝砂浆或环氧砂浆进行修复；对于有防渗要求的结构或贯穿性裂缝，可采用凿槽封闭再钻孔灌浆的方法进行处理。

e.对于闸下消能防冲设施不完善、损毁严重的水闸，要分析损毁原因，有针对性地改造或恢复消能设施。设计单宽流量过大是消能防冲设施损毁的主要原因之一，在合理设计单宽流量的条件下，可加大海漫长度、宽度、扩散角或加设柴排等设施，使其满足防冲要求。

f.对于河道淤积严重的水闸，应根据工程经验及水工模型试验，合理设置挡沙、冲沙等设施，制定引水冲沙方式，或通过清淤减轻河道淤积。

g.对于闸门锈蚀、启闭机和电气设施落后老化的水闸，可根据《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》、《水利水电工程金属结构报废标准》进行检测后予以报废或更新改造。

h.对于水闸抗震不满足规范要求的水闸，液化地基可设置防渗墙围封和桩基，防止地基失稳；软土震陷可采用桩基础结合灌浆加以处理；涉及建筑物结构安全时，改造闸室及上部结构型式，使其满足抗震规范要求。

i.根据水闸运行管理要求，恢复或完善安全监测、管理用房等必要的设备设施。

5 结语

目前我国水闸的病险问题和种类较多，要想彻底解决上述9类主要病险问题，需要进一步加强水闸病险对水闸可靠度影响的定量研究，以更好地评价水闸安全度。同时，从水闸的设计方法、采用材料、施工技术和工艺以及建后运行管理等方面，开展除险加固技术、监测预警系统、除险加固效果评价等方面的系列研究，形成水闸安全保障关键技术体系，如此才能从工程措施方面根本解决水闸的病险问题，为水利防洪体系的安全提供支撑。

1 水利部水利建设管理总站.全国水闸安全状况普查报告.2009.11.

2 水利部水利建设管理总站.全国水闸注册登记报告. 2009.10.

3 严宗杰.西溪桥闸闸门破损原因分析与维修养护探讨.水利建设与管理.2010(8).

4 宋万增，朴哲浩，宋力等.水闸安全鉴定技术指南.郑州：黄河水利出版社，2009.

5 宋万增，王保民，朴哲浩等.病险水闸除险加固技术指南.郑州：黄河水利出版社，2009.