富阳区鹿山闸工程安全状态综合评价

帅 伟，帅荷芳

(1.杭州市富阳区水利水电局,浙江 富阳 311400；2.杭州市国土资源局富阳分局,浙江 富阳 311400)

富阳区鹿山闸工程安全状态综合评价

帅 伟1，帅荷芳2

(1.杭州市富阳区水利水电局,浙江 富阳 311400；2.杭州市国土资源局富阳分局,浙江 富阳 311400)

由于环境和荷载的长期作用以及运行管理的缺失，许多水闸存在一定程度的安全隐患.对水闸除险加固，可以有效恢复水闸原有的工程功能和消除水闸病害.而水闸安全状态评价则是水闸除险加固工作的基础和重要的技术环节.以鹿山闸除险加固工程为例，根据现场外观质量检测、钢筋混凝土结构检测以及复核计算等方面进行综合分析，认为目前该闸安全级别为四类闸，即运用指标无法达到设计标准，工程存在严重的安全问题，需降低标准运用或拆除重建，从而为鹿山闸除险加固提供了重要技术支撑.

水闸；安全状态；评价

水闸主要依闸门进行控制水位和流量，具有挡水和泄水双重功能，是江河湖泊防洪调度、引水供水、挡潮排涝工程体系的重要组成部分.为减少自然灾害损失、保障人民群众财产安全发挥重要作用.长期以来，我国水闸存在建设标准低、管理经费低，检测观测、维护养护工作难以到位等问题，造成工程老化失修严重，安全隐患较大.因此，每隔一定时期对水闸进行一次系统的综合分析评价十分重要.这是水闸除险加固或工程报废重建工作的重要前期工作.

1 工程概况

鹿山闸位于富阳市富春街道鹿山脚，皇天畈南渠汇入富春江的出口处，控制集雨面积107.4 km2，原设计标准为5年一遇，过闸流量194.0 m3/s，灌溉面积26.67 km2，排涝面积10 km2，是一座以排涝、灌溉为主的中型水利工程.工程于1966年12月动工兴建，1967年12月竣工，该闸建成后经过40多年的运行使用，其社会效益、经济效益和生态效益显著.

鹿山闸主体建筑为钢筋混凝土结构，共5孔，闸室为开敞式，闸孔尺寸(宽×高)3.0 m×3.7 m，闸孔总净宽15.0 m，闸门尺寸(宽×高×厚)3.38 m×4.10 m×0.25 m，水泥钢丝网板梁门，闸门启闭采用电动螺杆式启闭机，启门力15t.闸室底板长8.0 m，厚0.4 m，总宽20.4 m，建于岩基上，底板高程4.8 m(1985年国家高程基准，下同)，活动胸墙底高程8.5 m，闸顶高程10.0 m.闸后护坦总长27.0 m，混凝土结构，上、下游翼墙均为浆砌石砌筑.交通桥位于水闸下游侧，以下游段闸墩为基础，桥面宽3.0 m、厚0.20 m，外侧设钢管护栏.鹿山闸平面布置示意图(见图1)，鹿山闸纵剖面图(见图2).

图1 鹿山闸平面布置示意图

图2 鹿山闸纵剖面示意图

2 工程现状调查分析的步骤与方法

在查阅有限的设计、施工等资料的基础上，根据现场外观质量检测、钢筋混凝土结构检测、以及复核计算等方面进行综合分析.

2.1 外观质量检测

采用直观及仪器量测的方法进行外观质量检测，检测内容包括：混凝土构件是否存在石子裸露、混凝土剥落，钢筋裸露并锈蚀现象；结构与基础结合处是否存在渗漏，有无错动；底止水是否完好；裂缝测宽仪对混凝土进行裂缝缝宽测量等[1].

2.2 钢筋混凝土结构检测

采用混凝土回弹仪对混凝土强度进行检测.采用混凝土碳化深度测量仪对混凝土碳化深度进行检测.检测项目包括混凝土抗压强度、混凝土碳化深度、钢筋混凝土保护层厚度等方面的检测[2].

2.3 复核计算分析

根据有关规范，对闸室整体稳定性、抗渗稳定性、水闸过水能力、消能防冲以及结构、启闭机等进行复核计算.

(1)流量复核

选择工况1的上游水位9.0 m(控制水位)，下游水位4.8 m(底板高程)；选择工况2的实测洪水位9.5 m，外江高水位6.9 m.根据平底宽顶堰流量公式进行实际过闸流量计算.

(2)防冲消能复核

该闸消能防冲复核计算水位组合取工况1的上游为控制水位9.0 m，下游为闸底板高程4.8 m；取工况2的上游为内河实测洪水位9.5 m，外江高水位6.9 m.根据《水闸设计规范》SL265—2001，进行尾坎式消力池坎高、池长及底板厚度的计算.

(3)闸室渗流稳定复核

鹿山闸闸基为岩基，可不考虑地基的渗透破坏问题，本次复核只进行闸基渗透压力计算.水闸闸室底板为混凝土结构，作用于闸室底板底面上的渗透压力采用全截面直线分布法计算，水位组合按运行中可能出现的最不利工况.

工况1：上游水位为内河控制水位9.0 m，下游为闸底板高程4.8 m，水位差4.2 m；

工况2：上游水位为规划设计洪水位10.7 m，下游水位7.3 m，水位差3.4 m.

根据工况1和工况2分别进行闸基渗透压力计算[3].

(4)闸室稳定复核

鹿山闸闸室底板为整体式结构，闸室稳定复核包括闸室整体抗滑稳定和闸室基底应力复核计算.根据《水闸设计规范》SL265—2001，地震烈度小于7度地区可不进行抗震计算.本次稳定复核计算荷载主要有结构自重、水重、静水压力、扬压力、浪压力等.该闸闸基为强～弱风化砂岩，基础底面与基岩之间的摩擦系数f=0.42，岩基设计允许承载力R=500 kPa.

根据水闸运行状况及相关规划，本次稳定复核计算按(3)中可能出现的最不利组合工况，分别计算鹿山闸在设计和规划水位组合下，闸室的整体抗滑稳定安全系数及基底应力是否满足规范要求.

(5)启闭力复核

鹿山闸共5孔，单孔净宽3.0 m，孔高5.2 m，闸门尺寸(宽×高)3.38 m×4.10 m，厚0.25 m，水泥钢丝网板梁门，闸门启闭采用电动螺杆式启闭机，本次启门力复核计算水位组合，取上游水位为内河控制水位9.0 m，下游为底板高程4.8 m，水位差4.2 m.在该工况下进行启门力复核计算[4].

(6)结构强度复核

由于工程建设时间较早，有关设计和竣工的资料缺失严重，因此水闸结构复核主要根据现场检测结果和结构受力特性进行分析[5].

3 现场检测结果对工程的安全评价

鹿山闸工程于1967年建成，工程启用至今已有40多年，工程经过长期的运行，水闸的主体结构、电气设备、机械设施等都存在着不同程度的问题.经现场检测，也发现诸多的工程问题.

(1)水闸观测设施缺失

鹿山闸无观测设施，无法实现对水闸安全运行状况进行监控.

(2)大部分混凝土结构开裂

①各孔闸墩在水位变化区域混凝土剥落严重，石子裸露严重.1#孔右闸墩上游面较多破损、石子裸露严重.各孔上游闸墩门槽部位混凝土局部开裂，钢筋裸露并有严重锈蚀迹象.

②1#～5#孔闸门局部混凝土剥落、石子裸露.3#孔闸门顶梁左侧有一段长约80 cm的混凝土破损，破损处钢筋裸露并严重锈蚀.

③各孔胸墙局部混凝土剥落、蜂窝、石子裸露严重.

④各孔启闭机大梁局部混凝土剥落严重、石子裸露严重.2#、4#孔上、下游启闭机大梁底面混凝土蜂窝严重，密实性差.钢筋锈胀迹象、混凝土剥落严重，主筋、箍筋裸露并有严重锈蚀迹象.

⑤桥面局部坑洼不平，积水严重.各孔交通桥桥板底面砂浆剥落、石子裸露严重.各孔交通桥桥板底面局部较多钢筋锈胀、混凝土剥落严重，钢筋裸露并有严重锈蚀迹象.2#孔交通桥桥板底面局部钢筋锈胀、混凝土剥落严重，4根纵向钢筋裸露并严重锈蚀迹象.

⑥上游左、右岸翼墙浆砌块石结构局部存在勾缝砂浆剥落、砌石体轻微损伤现象.上游左岸翼墙浆砌块石结构局部破损.下游左、右岸翼墙浆砌块石结构局部存在勾缝砂浆剥落、砌石体轻微损伤现象.

⑦局部存在勾缝砂浆剥落、砌石体轻微损伤现象.

⑧启闭机控制房屋顶顶面有6条裂缝，横向贯穿，缝宽00.10～0.20 mm.启闭机控制房楼板地面有6条裂缝，横向长1.1～1.30 m，缝宽0.20～0.30 mm.

(3)大部分混凝土结构老化严重

闸墩碳化深度11～24 mm；闸门碳化深度2～12 mm；胸墙碳化深度15～30 mm；上部排架柱碳化深度16～42 mm；上游立柱碳化深度12～26 mm；启闭机大梁碳化深度11～43 mm；交通桥桥板碳化深度16～32 mm.被检部分构件混凝土碳化深度值超过钢筋保护层厚度，使钢筋表面碱性保护膜被破坏，从而钢筋锈蚀，将对混凝土结构耐久性和安全性产生较大影响[6,7].

(4)部分混凝土结构钢筋保护层厚度不满足规范要求

被检闸门、胸墙、上部排架柱、上游立柱、启闭机大梁、交通桥桥板等部件钢筋保护层厚度均不满足现行规范要求，部分钢筋失去钝化膜的保护，对钢筋混凝土结构的耐久性产生较大的影响.

(5)部分结构混凝土强度不满足规范要求

被检2个闸门和上游立柱的回弹强度推定值均小于25 MPa，不满足现行规范强度等级要求.

(6)闸门结构锈蚀严重、止水橡皮老化破损、漏水严重

各孔止水压板和固定螺栓锈蚀严重，有些结构锈蚀面积达100%，1#、3#和4#孔闸门两侧均有少量漏水.底止水方木均有不同程度的腐烂，造成闸门关闭后底部漏水.3#闸门左侧顶部有一段长约80 cm的混凝土破损，破损处钢筋裸露并严重锈蚀.

各孔、闸门门槽混凝土老化、破损严重，支承轨道表面不平整，且锈蚀严重，造成闸门启闭过程时常出现卡阻现象，不能满足安全运行的要求.

(7)启闭机及电气设备老化严重

①启闭机：五台启闭机底座均未浇筑二期混凝土，皮带轮未安装防护罩，启闭机房屋顶的孔洞未安装防雨罩.除4#外的四台启闭机钢筋混凝土机墩均有破损现象，其中1#、2#和3#有钢筋裸露锈蚀.3#启闭机配用电动机轴上的皮带轮有一小块缺损.1#、2#、4#和5#闸门关闭过程中常出现卡阻现象，并将机墩顶起，与地面脱空，存在安全隐患.五台启闭机未装设限位开关，靠操作人员目测操作闸门启闭，易造成启闭机和土建结构的损坏.

②电气设备：变压器运行基本正常，但油枕表面油漆有鼓泡和脱落，局部轻微锈蚀，油标模糊不清，且S7型变压器属于淘汰产品，运行损耗大，建议检修或更换.低压配电柜柜内设备运行情况良好，电度表、空气开关、刀开关、电流互感器、一次和二次接线等未见明显老化，刀开关触头未见明显的烧灼现象，电压表、电流表指示值正常.闸门启闭控制箱箱面无按钮和指示灯，内部设备运行情况良好，空气开关、接触器、端子排、熔丝、一次和二次接线等未见明显老化、烧灼等异常.

4 复核计算结果对工程的安全评价

枢纽工程中主要建筑物级别为3级.综合复核计算分析结果及有关建议，对鹿山闸工程进行安全评价.

4.1 水力复核

(1)防洪标准复核：水闸原设计防洪标准为5年一遇，其所在堤防南渠堤现防洪标准为50年一遇；现状闸顶高程10.0 m，低于南渠设计洪水位10.7 m，远低于南渠堤堤顶高程11.5 m，该闸的防洪能力不符合规划和现行规范要求.

(2)水闸过流能力复核：在设计和实测洪水位组合工况下，现状水闸的过流能力均大于原设计标准194 m3/s，且在新的流域规划中，南渠排涝能力保持不变.因此，该闸的过流能力满足要求.

(3)消力池池深、底板厚度及海漫长度均不能满足消能防冲要求.

4.2 渗流稳定复核

水闸闸基为岩基，中等透水性，存在闸基渗漏问题，但不会产生渗透破坏；由现场检测和水文地质试验成果可知，该闸上下游翼墙均为砌石体结构，局部勾缝砂浆剥落严重，砌石体存在脱落、破损现象，抗渗性能较差，在上下游水头差作用下，水闸右侧存在绕渗现象[6].

4.3 稳定复核

经复核，水闸在设计和规划水位组合工况下，闸室的整体抗滑稳定安全系数及基底应力均满足现行规范要求.

4.4 启闭力复核

在计算水位组合工况下，启闭机的启闭力能够满足要求.但由于启闭机的电动装置老化及闸门轨道支承严重破损等，对闸门的正常运行造成了一定的影响.

4.5 结构复核

鉴于水闸有关设计和竣工的资料缺失严重，本次结构复核主要根据现场检测结果，结合结构受力特性进行分析.闸墩、胸墙、上部排架柱、启闭机大梁、交通桥等主要构件混凝土强度基本满足规范要求，但构件混凝土剥落、石子裸露严重，钢筋多处于严重锈蚀状态，并出现锈胀裂缝，不能满足正常使用要求；闸门、上游立柱等构件受检混凝土强度不满足规范要求，混凝土剥落、破损严重，钢筋裸露并严重锈蚀，保护层厚度不满足规范要求，部分混凝土碳化深度超过实际钢筋保护层厚度值，结构强度不能满足现行规范要求，构件不能继续使用.

5 综合评价与结论

按照水利部《水闸安全鉴定规定》(SL214—98)要求，综合现场调查分析、现场安全检测分析与复核计算分析成果，得出鹿山闸安全状态综合评价与结论如下：

(1)鹿山闸属Ⅲ等水利工程，位于皇天畈南渠汇入富春江的出口处，原设计防洪标准为5年一遇，其所在堤防南渠堤现防洪标准为50年一遇；现状闸顶高程10.0 m，低于南渠设计洪水位10.7 m，远低于南渠堤堤顶高程11.5 m，该闸的防洪标准不符合规划和现行规范要求.

(2)工程经过长期运行，虽闸室整体稳定、闸基抗渗、水闸过流能力等仍满足现行规范要求，但水闸消力池池深、底板厚度及海漫长度已不能满足消能防冲要求，且水闸右侧存在严重绕渗问题.

(3)根据现场检测结果及结构受力特性，闸墩、胸墙、上部排架柱、启闭机大梁、交通桥等主要构件混凝土强度基本满足规范要求，但构件混凝土剥落、石子裸露严重，钢筋多处于严重锈蚀状态，并出现锈胀裂缝，不能满足正常使用要求；闸门、上游立柱等构件受检混凝土强度不满足规范要求，混凝土剥落、破损严重，钢筋裸露并严重锈蚀，保护层厚度不满足规范要求，部分混凝土碳化深度超过实际钢筋保护层厚度值，结构强度不能满足现行规范要求，构件不能继续使用.

(4)水闸的运行、保养与操作方面存在安全欠缺：金属结构、机电设备超期服役；闸门止水老化破损、漏水严重，支承轨道破损、运行中出现卡阻现象；启闭控制箱箱面按钮和指示灯无标识，启闭机未装设上下限限位开关；启闭机机墩与地面脱空，存在安全隐患.

(5)水闸无观测设施，无法实现对水闸安全运行状况进行监控.

安全鉴定分析认为：鹿山闸工程作为皇天畈区域的重要防洪排涝设施，承担着灌区的防洪、排涝、灌溉等任务.水闸防洪标准不符合规划和现行规范要求；消力池池深、底板厚度及海漫长度不能满足消能防冲要求；水闸右侧存在严重绕渗问题；闸门、上游立柱、启闭机大梁等主要构件混凝土强度不满足规范要求；部分构件混凝土剥落、破损严重，钢筋裸露并严重锈蚀，混凝土碳化深度超过保护层厚度，不能满足正常使用要求；金属结构、机电设备超期服役；闸门止水老化破损、漏水严重，支承轨道破损；启闭控制箱箱面按钮和指示灯无标识，启闭机未装设上下限限位开关；启闭机机墩与地面脱空，存在安全隐患；水闸无观测设施，无正常运行管理用房.综上所述,认为目前该闸安全级别为四类闸，即运用指标无法达到设计标准，工程存在严重的安全问题，需降低标准运用或拆除重建.

[1] 郑 雷.灌区渡槽安全综合评价的实施[J].浙江水利水电学院学报，2017,29(1):50-53.

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[6] 金初阳,李寿星,柯敏勇.朱家站水闸安全检测与评估分析[J].水利水运工程学报,2003,12(4):31-36.

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[8] 褚益清.水闸安全鉴定应注意的问题[J].水利技术监督,2016,24(1):12-14.

Comprehensive Evaluation of Engineering Safety of Lushan Sluice

SHUAI Wei1, SHUAI He-fang2

(1.Fuyang Water Conservancy and Hydropower Bureau, Fuyang 311400, China;2.Fuyang Territorial Resources Bureau, Fuyang 311400, China)

The sluice is a hydraulic structure with the functions of sluicing and water retaining., as well as other important roles in flood control, shipping, power generation, drainage, ecological environmental protection, and so on. However, because of the environmental effects, long-term load and inadequate management, there are lots of serious potential safety hazards for the sluices to a large extent. In order to recovery the original designed functions of the sluices and eliminate sluice diseases, a lot of sluice reinforcement projects have been conducted in recent years. As the basic and important technical aspects, the safety evaluation of the sluices has been paid more attention nationwide. This paper analyzes and evaluates the safety status of Lushan Sluice from the aspects of engineering investigation, site inspection and calculation, which provides important technical support for sluice reinforcement.

sluice; safety status; evaluation

TV66

A

1008-536X(2017)03-0024-05

2016-11-23

帅 伟(1985-)，男，浙江临安人，硕士，工程师，主要从事水利水电工程规划与建设管理工作.