影响三四类水闸判定的关键因素及对策

李娜 汪自力 郭博文 常芳芳

摘 要：针对三类、四类水闸判定中人为因素较大，直接影响除险加固效果等问题，分析了影响三、四类闸划分的关键技术、经济、政策等因素，主要包括钢筋锈蚀、土石接合部隐患、结构使用寿命、引水能力、应急处置预案编制、技术经济比选及政策导向等。提出了修改完善现行水闸安全评价导则、尽快出台水闸降等报废利用技术标准、加强病险水闸非工程措施管理、适时修订水闸安全鉴定管理办法及建立病险水闸除险加固经费正常投入机制等具体建议。

关键词：水闸;安全评价;除险加固

中图分类号：TV66;TV698 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.10.023

引用格式：李娜，汪自力，郭博文，等.影响三四类水闸判定的关键因素及对策[J].人民黄河，2021，43（10）：119-122.

Abstract：Aiming at the issues that the factitious of the dangerous sluices has a large human impact directly on the danger-reinforcement effect， the key technology， economics， and policies affecting the division of the dangerous sluices were analyzed. The effects of corrosion in reinforcement， hidden danger of earth rock combination， longevity， diversion capacity， preparation of an emergency response plan， technical and economic comparison and policy guidance were mainly considered. Then， some suggestions were proposed， such as revising and perfecting the current guidelines for sluice safety evaluation，issuing technical standards for abandoned use of sluice as soon as possible， strengthening the management of non engineering measures of dangerous sluice， timely revising the management method of sluice safety appraisal， and establishing the normal investment mechanism of funds for danger removal and reinforcement of dangerous sluices.

Key words： sluice; safety evaluation; reinforcement

水闸是防洪保安全、水资源调控、蓄水灌溉的重要公共基础设施。我国大部分水闸建于20世纪80年代以前，受当时经济社会和技术条件的限制，普遍存在防洪标准和建设标准偏低、配套设备落后等“先天不足”问题[1-2]。随着使用年限的增加，水闸结构及设备老化等诸多安全隐患不断显现。此外，为满足经济社会发展的需要，随意增设的交通等功能加重了水闸工程病险。

水闸安全评价、判定水闸病险状况依据的主要规范为《水闸安全评价导则》（SL 214—2015）[3]（以下简称《导则》），该导则明确三类险闸需除险加固，四类险闸需降低标准运用或报废重建。受技术水平、投资政策等方面因素影响，对病险水闸处理方式的不同致使在对三类闸与四类闸的判别上存在较大的人为因素，给后续的除险加固工作带来了一系列问题[4]。这些问题在已开展的病险水闸安全鉴定和病险水闸除险加固中均已有所体现，如将本该拆除重建的四类闸误定为三类闸，导致病险处理不彻底、工程维护成本高、运行安全风险大等，甚至需要二次加固，造成投资浪费，且影响工程效益发挥;而将本可通过局部修复加固即可除险的三类闸误定为四类闸，除大幅增大投资、造成浪费外，局部重建还可能导致因新旧接合部位处理不到位而造成新的安全隐患。笔者围绕制约评价结论的关键技术、经济和政策问题分析了影响三、四类闸判定的主要因素，并提出现行《导则》及相关管理办法的修改完善建议。建议尽快出台水闸降等报废利用技术标准、加强病险水闸非工程措施管理及建立病险水闸除险加固经费正常投入机制，在三类、四类闸分类概念中不再涉及拆除重建等具体处理措施。

1 关键技术制約

1.1 隐蔽部位病险检测与评价

水闸安全评价工作主要包括现状调查、安全检测、安全复核和安全评价，其中：现状调查是最基础的工作，明确工程安全问题、隐患和疑点，提出需进一步检测和复核的内容与要求;安全检测为安全复核提供重点复核部位及与计算有关的荷载和参数，现场检测工作的深度直接影响后续安全复核结果及安全类别评定;安全复核是根据水闸现场的检测结果和复核计算的内容要求，对水闸的防洪标准、渗流安全、结构安全、抗震安全、金属结构安全和机电设备安全等进行复核;安全评价在现状调查、安全检测和安全复核的基础上进行。水闸安全类别根据工程质量安全复核结果综合判定。但在具体评价工作中，隐蔽部位缺陷难以精准检测，加上现有复核计算方法对缺陷也难以模拟，致使现场检测与安全复核未能紧密结合，安全评价结果并未真实反映工程的病险情况。

（1）钢筋锈蚀检测及其对构件承载力的影响。钢筋锈蚀对钢筋和混凝土的影响主要有3个方面：钢筋材料力学性能退化，钢筋与混凝土间的黏结滑移性能改变，产生锈胀作用。这几个方面共同作用，会降低水闸钢筋混凝土结构的承载能力和耐久性，严重影响水闸建筑物的安全稳定运行。钢筋锈胀力的存在使得混凝土产生裂缝，甚至导致混凝土保护层剥落，使构件截面有效面积减小，更重要的是使钢筋与混凝土间黏结性能退化;同时钢筋锈损，其截面面积减小，延性降低，力学性能退化，使构件受到不同程度的损伤、承载力下降。因此，安全评价工作应重视混凝土内部钢筋锈蚀的检测及其对构件承载力的折减，并应根据水闸混凝土梁式构件、偏心受压构件及墙板构件不同部位的受力特点，弥补目前水闸结构承载力复核计算中未考虑钢筋锈蚀影响的不足，建立考虑钢筋锈蚀情况下裂缝间距、裂缝宽度及承载力的现行规范修正公式，使安全评价结果真实反映工程病险状态。

（2）隐蔽部位病险检测。水闸隐蔽及关键部位主要是指水闸与土堤接合部、止水等。穿堤涵闸与堤防土石接合部历来是堤防防洪的薄弱环节，常发生接触冲刷渗透破坏而引起堤闸险情，止水破坏、渗水、上游高水位等也加剧了这一破坏进程，且这种破坏初始过程大都隐于工程内部，险情一旦发生，可能会迅速导致工程破坏，难以补救，具有隐蔽性、突发性和灾难性，素有“一处涵闸一处险工”之说[5]。而止水根据其布设位置主要作用为延长渗径、防止土体流失等，止水失效将对闸基渗流和侧向绕渗稳定性及结构安全造成影响，严重威胁水闸工程的安全运行。渗流破坏和止水失效之间会相互影响，形成恶性循环。目前许多水闸存在侧壁渗水、底板脱空、止水老化等病险问题。但现行《导则》对水闸土石接合部、止水等部位的检测内容及检测方法未作出具体要求。鉴于工程的隐蔽性及受现有检测、探测手段的限制，土石接合部的隐患排查及止水检测工作大多靠人工探视，较易出现漏查、漏报的情况，对其病险程度检测得不深入、不彻底影响安全复核的针对性及水闸三、四类的判定，也关乎后续除险加固工作的针对性开展。

因此，安全评价工作应对土石接合部的填土质量、缺陷、渗流稳定性以及止水的有效性进行检测和复核评价。对于土石接合部安全评价重点应为出现脱空、开裂、渗漏的接合部位，止水安全评价重点应为出现渗水及老化部位。其中：土石接合部缺陷检测应视现场检查情况进行，检测方法可采用物探方法，即探地雷达法、聚束电法、超声CT法等;止水必要时可进行硬度、拉伸强度、橡胶与金属的黏合等检测。

1.2 结构寿命预测

根据工程类别和等别，现行规程规范对水利水电工程的合理使用年限进行了相应规定。但随着水闸服役年限的增长，混凝土结构会遭受不同程度的侵蚀损伤，钢筋锈蚀、碳化、冻融及海水环境下氯离子侵蚀等病害均会影响水闸结构的使用寿命，致使结构性能衰退，实际服役寿命低于设计使用年限。然而，在水闸安全评价工作中，往往忽视了病害对混凝土结构寿命的影响，未进行水闸结构各阶段的服役寿命预测。安全类别判定应在运行环境及混凝土结构缺陷实测数据基础上，对水闸剩余使用寿命进行评估，考虑结构尚可安全运行的年限，再综合考虑采取报废或采取加固措施的必要性，以增加类别判定的科学性和合理性。

1.3 引水能力不足处理

在实际安全评价工作中，《导则》将过流能力复核归属于防洪标准，但引水能力因缺乏评判标准，故目前仍参照过流能力评价执行。笔者统计了黄河流域已进行过安全评价的112座水闸相关资料[6]，发现防洪标准不满足现行规范的主要原因是水闸引水能力不足，评价时仅对其引水流量进行了复核，大多未明确是否可通过工程措施进行处理而直接定为四类闸。但实际上，引水能力不足大多是外部引水条件变化造成的，就黄河下游水闸来说，引黄涵闸引水能力变化的主要原因有[7-8]：一是渠道淤积严重;二是河势变化，造成引水口门脱离主流;三是河床下切，同流量条件下大河水位下降;四是灌区渠道与引黄涵闸引水能力不匹配。对黄河下游91处引黄涵闸引水现状分析可知：由渠道淤积影响引水的涵闸占59.34%，由河势变化影响引水的涵闸占14.29%。这些引水能力不足问题并未对水闸自身安全造成影响，工程自身也并不存在影响其安全运行的重大病险或隐患，若据此将水闸安全类别定为四类未免显得“量刑过重”。《导则》类别的划分标准更偏重于水闸自身安全性评价，忽略了水闸自身功能发挥，对于引水能力不足的水闸，应对其引水能力的变化原因进行具体分析，并提出提高引水能力的具体对策和建议，分析结论应明确能否通过工程措施解决其问题[9]。

1.4 应急预案编制

根据《水闸安全鉴定管理办法》（水建管[2008]214号）的相关要求：水闸主管部门及管理单位对鉴定为三、四类的水闸应采取除险加固、降低标准运用或报废等相应处理措施，在此之前必须制定保闸安全应急措施，并限制运用，确保工程安全。《导则》对此要求更加严格，增加了二类闸应急措施的要求。因自身存在诸多问题的病险水闸在运行和管理过程中存在很大的安全风险，故在对病险水闸采取相应处理措施之前，如何解决其正常功能发挥与安全之间的矛盾，如何确保工程安全运用，如何对其进行安全管理，如何有效控制风险等一系列问题应被高度关注并亟待解决。

但目前尚缺乏相应的技术标准，此项工作并未深入有效开展，未编制实质性的应急管理预案。造成这一问题的原因主要有：一是经费问题，很多病险水闸并未采取或落实应急管理措施，工程管护不到位，导致工程带病运行增加了风险;二是目前应急处置预案编制尚无相应的技术标准，管理单位对此心有余悸，担心追责，又反过来影响三、四类闸的判定。实际上，险闸在除险加固前的安全控制措施不仅可使工程充分发挥余热，而且可兼顾工程安全运行。例如黄河下游白马泉引黄涵闸因消能防冲、洞身段结构承载力及抗震能力均不满足现行规范要求而被评定为四类闸[10]，该闸也丧失了引水能力，但为解决下游供水及拆除重建费用问题，最终在原闸上铺设引水管道引水，在风险可控范围内对险闸控制运用，用较低费用既解决了四类闸降低标准运用问题，又保证了险闸的安全运用及效益发挥，且施工便捷。

2 技术经济比选

目前，人们普遍认为三类闸要采取相应的除险加固措施，四类闸大多要拆除重建，因此在三、四类闸判定时，也大多考虑除险加固措施实施的影响。但三、四类闸与具体的除险加固措施在概念上并不完全对应，四类闸不一定要拆除重建。当三、四类闸难以界定时，应根据水闸重要性及特点、加固改建的可能性及经济性等多因素综合考虑判定。

现行《导则》对安全类别的划分考虑了运行指标、病险程度、恢复措施等，但未考虑恢复运行指标及除险加固措施的技术经济性。虽然《水闸设计规范》（SL 265—2016）[11]中明确水闸加固设计方案应经技术经济比较确定，但强调更多的是在加固设计阶段对加固方案的多方案比选，且未明确经济比选具体内容。而笔者所述技术经济比选的目的是在考虑水闸可修复性基础上根据水闸主要病险问题对其加固与重建措施进行初判，从而更科学合理地判定三、四类险闸及节约资金。在加固和拆除重建方案均能保证水闸的安全时，应从经济方面着手：对于拟定为三类的水闸，在判定前应对其除险加固成本、运行管理成本进行估算;对于拟定为四类的水闸，应研究其拆除成本、拆除措施对环境的影响等，分析各方案的合理性和可行性。此外，還应考虑使用寿命、加固前后的风险、新老工程接合部隐患处理措施、是否具有文化价值等因素。例如，鉴于滞洪区的改变，豆腐窝分洪闸不再承担分滞洪任务而导致分洪功能丧失，在除险加固必要性及技术经济比选基础上，最终采用原闸保留、闸前复堤加固方案，原闸作为河道防洪安全的第二道防线。该方案不仅节约了投资，而且保护了已形成的良好的水环境，原有砌石工程和闸室可作为文物见证治黄史。由此看来，对各加固方案与重建方案的技术经济比较是很有必要的。

3 政策法规导向

由《导则》条文说明可知：对不符合流域规划控制要求的水闸，不管安全分级如何，均为四类闸政策导向影响较大。在水闸安全评价工作中发现，常因规划改变而使得待报废水闸仍具有较高利用价值，包括工程价值、文化价值、生态价值等，例如上述豆腐窝分洪闸。此外，因水闸降等报废缺乏相应技术标准而难以执行，某些管理单位为保证水闸供水功能的不间断发挥，即使水闸本身为四类闸也有意将其划分为三类闸，直接影响最终安全类别的判定。三、四类闸判定受国家投资偏好影响，部分水闸管理单位为尽可能多地争取国家资金，对可三类可四类的水闸建议定为四类闸拆除重建。另外，受地方政府资金配套能力、到位情况影响也很大。应尽快修改《导则》，并从投资计划、配套资金管理等方面完善相关管理办法。

4 结论与建议

（1）修改完善水闸安全评价导则相关内容。《导则》规范了水闸安全评价工作，但随着水闸除险加固工作的全面开展，暴露出安全评价深度不足、类别评定不合理、后续管护措施跟不上等问题。而安全评价、初步设计、除险加固的具体实施及工程安全管理等工作环环相扣，安全评价工作的准确性直接影响了后续工作的有效开展。建议尽快对《导则》进行修改完善，增加引水条件能力分析具体内容，增加水闸与土堤及地基土石接合部、止水设施等隐蔽部位的安全评价内容及分级标准，对三类和四类水闸的划分重点增加恢复设计指标功能的经济性评价、除险加固措施的技术经济指标、结构寿命预测等判别标准，增加技术经济比选的主要内容，并提出病险水闸除险加固前应急预案的编制要求等。

（2）尽快出台水闸降等报废技术标准。目前，各地有很多面临降等使用或报废的水闸，然而水闸的降等与报废，须经过论证、审批等程序后方可实施，但相应规程规范、技术标准和善后处理程序、经费等方面的管理办法尚未出台，使管理单位在控制运用时无章可循，持观望态度，即使有些已在控制运用，但名不正、言不顺且不能降等使用。水闸该降等而实际按照原设计等级运用、该报废而仍在降等或按原设计等级运用，均增加了安全运行风险。建议尽快制定出台水闸降等报废技术标准，并颁布可实际操作的规定或办法。

（3）加强病险水闸非工程措施管理。对于未采取除险加固措施的病险水闸，除险加固前应制定保闸安全运行应急措施，加强日常检查与观测（监测），加强工程安全管理，并尽快上报该闸的除险加固规划设计，以降低病险闸的安全运行风险。

（4）考虑目前水闸鉴定经费和时间的限制，建议适时修订《水闸安全鉴定管理办法》，在三类、四类闸分类概念中不再涉及拆除重建等具体处理措施，或不再区分三、四类闸。对判定为病险水闸的处置，具体采取何种除险加固措施（如局部修复、整体拆除重建、降等报废再利用），改为初步设计阶段在综合考虑技术经济性、生态环境保护、工程文化传承等因素后确定。

（5）建立病险水闸除险加固经费正常投入机制，避免集中进行除险加固，以保证安全评价与除险加固工作的科学性和有效性。

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【责任编辑 张华岩】