三河闸工程技术管理措施研究

张友明 薛 松 荣海北 简 丹 王海伟

三河闸工程技术管理措施研究

张友明 薛 松 荣海北 简 丹 王海伟

一、工程概况

三河闸位于洪泽湖的东南角，是淮河入江水道的控制口门，是新中国成立初期自行设计自行施工的大（1）型水闸，解决了因1851年洪泽湖大堤礼坝决口造成的长达102年淮河入江河道没有控制型建筑物问题。工程于1952年10月1日动工兴建，1953年7月26日建成放水。闸身为钢筋混凝土结构，共63孔，每孔净宽10m，总宽697.75m，底板高程7.5m（废黄河高程系）。闸门为钢结构弧形门，重13.32t，每孔设2×100kN卷扬启闭机一台。原设计流量为8000m3/s，加固后设计行洪能力提高12000 m3/s。

工程建成运行60多年来，承担了淮河约70%洪水的排泄任务，战胜了1954年、1991年、2003年、2007年等淮河大洪水，年平均泄洪近200亿m3，最大泄洪流量10700 m3/s，充分发挥了设计效益。2005年6月，江苏省三河闸管理所在淮河流域率先获得国家一级水利工程管理单位荣誉称号。

二、工程技术问题分析

1.水工建筑物

1954年泄洪时，下游右侧拦河坝迎溜面有坍塌现象。1956年汛期，闸门提出水面油漆，由于不均匀开启，形成远驱式水跃，严重冲刷下游河床。1998年，下游右侧浆砌块石翼墙墙体多处渗水，墙体外倾斜约3cm。2000年3月，经受了10级西风袭击，正在安装施工的启闭机房部分彩钢板遭到损坏。2003年，大流量行洪时下游左岸0+450～1+200段岸坡淘刷严重，呈陡立状；上游有船只偏离航道，误入引河上游。汛后发现，工作桥检修门起吊牛腿出现混凝土贯穿裂缝、剥落、露筋等现象；闸墩伸缩缝止水老化、填料分化脱落、部门闸墩出现渗漏水现象。2009年，公路桥因超载车辆大量行驶，表面及两岸连接段混凝土破损严重。

测压管自1968年埋设以来一直存在渗流“异常”问题，上游侧测压管水位有时高于洪泽湖水位，下游侧测压管水位有时低于下游水位。上、下游拦河坝自1953年建成以来，坝面下沉，最大累计沉降量达1139mm（2012年），抗滑稳定依赖三级水位控制。存在偏流问题，进闸水流存在明显的横向比降，大流量行洪时上游南岸水位比北岸水位低，单宽流速分布不均匀，随水流而来的大量水草集中在南岸。闸室抗滑稳定，需依靠上游铺盖的“拖板”作用。

2.金属结构和机电设备

1967年，闸门面板厚度从原10mm蚀剥到仅剩6～7mm，水下部分锈蚀更为严重，部分桁架下弦杆锈穿成孔；原闸门吊座不能随闸门启闭而转动，钢丝绳易折断。1985年，保养、检修启闭机过程中，蜗轮三角座曾2次发生断裂。1991年前后，铆接桁架式钢闸门个别杆件锈蚀严重，有的被风浪打断。1996年，洪泽湖突起大风，漂浮在上游水面的检修门在风浪作用下撞击闸身。2003年5月，闸门小开度行洪时，8孔闸门剧烈振动，工作便桥、公路桥振感明显。2004年，建成后的自动监控系统夏季遭遇了雷击，部分编码器、传感器、电脑等损坏。测压管先后3次采用自动监测设备进行试验，其观测精度、系统稳定性均不能满足观测资料整编的要求。钢闸门支铰轴及轴套强度不满足新规范要求，加油不畅，运行时有的发出异响。

3.控制运用

1954年7月25日全部闸门提出水面敞开泄洪，8月6日达10700m3/s，超过设计流量的34%，建闸后第3年就经受了超标准行洪的严峻考验。1993年以前，防汛通信设备落后，上级的调度指令以及水情报汛信息传输困难。在调度过程中，受到孔流和堰流临界点的影响，由于两种情况下水工建筑物测流法计算公式不同，同样的上下游水位出现相差很大的流量。

三、工程技术管理措施

1.检查观测

三河闸工程检查分为经常检查、定期检查、特别检查、安全鉴定以及运行期间的巡视检查。坚持用新技术、新设备、新工艺，定性查看和定量检测相结合，准确反映工程设备存在的问题。如采用压铅法检测启闭机轴瓦间隙，采用地震波法、电阻率法等检测上游拦河坝内部情况。组织开展启闭机单项安全鉴定（2009年4月）、工程全面安全鉴定（2012年8月）。

观测项目有垂直位移、测压管水位、河床断面、伸缩缝、水位、流量等项目。除测压管水位外，观测项目自工程建成后连续观测至今。根据长年积累的观测成果资料分析，目前闸室、上下游拦河坝沉降基本稳定。2000年以后，引进了德国蔡司DINI12电子水准仪，垂直观测成果精度达到2等；引进ADCP设备，开展流量观测，与大断面缆道流速仪观测、水工建筑物测流法相互验证。2012年，利用双频识别声呐成像技术结合传统的潜水工手摸，辅以自浮式沉柜技术定点探查，对水下工程进行检测。

2.养护修理

管理单位对闸门、启闭机、土工、石工、混凝土建筑物等持续开展养护修理。每年汛前，启闭机全面保养，对轴承、齿轮等零部件均擦洗除锈上油。采用喷砂除锈、喷锌保护、外加阴极保护等技术对钢闸门进行处理。采用碳纤维布粘贴加固技术，维修工作桥牛腿混凝土破损位置。采用玻璃钢材料，替换了原来笨重的启闭机钢罩壳。采用泡沫聚氨脂注浆材料，钻孔维修闸墩伸缩缝。在上游引河设置拦河浮筒，警示过往船只远离行洪河道。在下游右岸翼墙后增设降压井和排水通道。采取成孔灌注桩、搅拌桩、抛石压脚、腰埂、顶沟与横沟结合排水、植草砖等综合措施，处理下游左岸护坡滑坡问题。建立了防雷系统，防护工程建筑物及机电设备。设置限宽、限高装置和限速、限载警示标志，杜绝了大型超载车辆通过交通桥。

3.加固改造

工程历经4次较大规模的加固和多次改造，逐步消除安全隐患。1968～1970年，进行提高标准加固；1976～1978年，进行抗震加固；1992～1994年，进行除险加固；2012年以来，进行启闭机更新加固。

1994年，采用粉喷桩技术对上游拦河坝进行了地基加固。2002年，建立分层分布式远程监控系统。2003年淮河洪水后，设置老三河退水洞，拆建了蒋坝水位站、中渡水位站、上游水位站。2013年，对闸北水电站进行了技术改造，发电功率从160kW增加至200kW。

4.试验研究

1966年，首先将热喷涂锌（铝）防腐技术应用于钢闸门。“涂料与外加电流阴极保护联合防腐在钢闸门上的应用”获1978年全国科学大会奖。“金属闸门喷锌防腐蚀”获1982年国家科委和国家农委颁发的重大农业科技成果推广奖。20世纪80年代，开展了闸门应力原型观测，研究弦杆破坏原因及验证闸门设计公式。90年代，开展了消力池模型试验，依据试验成果采用三道消力坎，即底板上的小坎、消力坎、尾坎等综合措施。2004年，主持完成钢丝绳清洗机研究，研制出适合于有一定倾斜角度的钢丝绳清洗机械设备。2005年，主持完成大中型水闸工程管理数字化研究，编制数字化管理系统软件，实现工程技术数据共享。2012年，主持完成三河闸泄流流态与进流纠偏措施研究，在数据模型建立方法上达到了国际先进水平；研究了三河闸南北两侧半开工况下泄流稳定问题，成果在三河闸启闭机更新加固中得到成功应用。

5.制订标准

1954年2月，经淮委批复的三河闸管理养护办法，成为全国水闸技术管理领域的第一个规范性文件。1959年，率先制订了始流时闸下安全水位曲线，从1963年起在全国推广应用。1992年，编写的《水工钢闸门热喷锌（铝）防腐蚀工法》被建设部评定为国家级工法。1997年，编写的《水工防腐工技师及高级技师标准（试行）》被水利部印发执行。2001年，参加编写《江苏省水闸、抽水站观测工作细则》。2010年，参加编写江苏省地方标准《水利工程观测规程》。此外，还参与编写了水利行业标准《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》（SL101-94）和《水闸技术管理规程》（SL75-94）。

四、结语

三河闸工程建成于新中国成立之初，限于当时建设标准偏低和设备、材料等各方面的条件，客观上存在诸多先天不足。随着60多年的不断运行，各种边界条件的变化，各类新规范的出现，三河闸工程技术问题逐渐暴露，涉及建筑物、金属结构、机电设备、控制运用等各方面，工程整体不断老化是客观规律。

目前，三河闸仍存在偏流、闸室抗滑稳定依赖上游铺盖的“拖板”作用、测压管水位“异常”、混凝土碳化严重、闸门支铰轴强度不满足规范等问题，对此应进一步深入研究彻底解决的办法

（作者单位：江苏省洪泽湖水利工程管理处 223100）