韩庄泵站安全检测分析与研究

韩业庆，吕晓理，任思涛

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109；2.水发养护工程（山东）集团有限公司，山东 济南 250100）

南水北调工程是我国加强水资源优化配置，解决北方地区水资源短缺的重大战略性工程。韩庄泵站作为南水北调东线第九级梯级泵站，设计流量125 m3/s，设计净扬程4.15 m，安装5 台后置式灯泡贯流泵，总装机容量9 000 kW。泵站引水闸工程于2011 年6 月20 日建成，位于主厂房上游55 m 处，连接引水渠与泵站前池，具有引水、拦污、检修、连接两岸交通等综合功能。

1 安全检测内容

1.1 钢筋保护层厚度检测

采用钢筋位置测定仪对引水闸排架柱及闸墩钢筋保护层厚度进行检测，保护层设计值30 mm，经检测发现保护层较小值均发生在混凝土裂缝处。钢筋保护层厚度检测数据见图1、图2。

图1 排架柱钢筋保护层厚度检测数据

图2 闸墩钢筋保护层厚度检测数据

1.2 碳化深度检测

对排架柱和闸墩混凝土碳化深度进行抽检测量，每个测点按规范要求取3 个测值，准确至0.1 mm，取其平均值，即作为该测点的混凝土碳化深度值，碳化深度值见图3。

图3 排架柱和闸墩混凝土碳化深度数据

1.3 混凝土强度检测

采用回弹法抽检排架柱及闸墩混凝土抗压强度，排架柱混凝土设计强度等级C30，闸墩的混凝土设计强度等级C25，从检测数据可以看出，所抽检结构混凝土强度的推定值均满足原设计要求，同时亦满足《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）关于混凝土耐久性的要求。

2 结构安全复核计算

2.1 排架柱结构安全复核计算

按照《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）对排架柱进行结构复核，计算工况及荷载组合考虑最不利工况，按清污机运行时计算，荷载组合为自重+地震力+清污机重+轨道重。排架柱各位置内力、配筋计算结果，见表1。

表1 排架柱各位置内力、配筋计算结果

经复核计算得出结论，排架柱和梁配筋均满足规范要求。

2.2 闸墩结构安全复核计算

根据《水闸设计规范》（SL265-2016）的要求，该水闸属于开敞式水闸，平面闸门闸墩应力分析可采用材料力学方法。当闸门挡水时，闸墩主要承受上游水压力、闸墩及上部结构自重，应验算闸墩底截面上下游端的应力是否在闸墩底材料的允许强度范围内。闸墩应力按材料力学偏心受压构件计算其接触正应力。荷载计算中的力矩均为各荷载对墩底截面垂直于水流方向形心轴的力矩。采用地震工况计算，主要承受荷载为上游水压力、闸墩自重、上部结构自重、地震荷载等，验算闸墩底截面的应力是否在闸墩底材料的允许强度范围内，荷载计算汇总见表2。

表2 荷载计算汇总

经计算，地震工况下最大压应力5.91 MPa，最小压应力为1.26 MPa，未出现拉应力，闸墩强度满足要求。

2.3 引水闸稳定复核计算

引水闸工程为1 级建筑物，抗震烈度为7 度0.1 g，闸底板与岩基的摩擦系数为0.4，地基承载力为310 kPa，结构部件素混凝土容重24 kN/m3，钢筋混凝土容重25 kN/m3，墩后填土湿容重19 kN/m3，抗滑稳定及闸基应力复核计算时取右联闸室为复核对象。

根据《水闸设计规范》（SL265-2016），岩基闸室稳定应满足下列要求：在各种计算工况下，闸室最大基底应力Pmax小于地基允许承载力[R]；非地震情况下，闸室基底不出现拉应力；地震情况下，基底拉应力小于100 kPa；沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数大于规定的允许值。

基底应力及抗滑稳定安全系数均根据《水闸设计规范》（SL265-2016）计算。荷载计算种类主要有自重、水重、渗透压力、水压力（含风压力及波浪压力）、地震力。

2.3.1 基底应力

1）当结构布置及受力情况对称时，按下式计算：

式中：Pmax/min为闸室基底压力的最大值或最小值，kN/m2；∑G 为作用在闸室上的全部竖向荷载，kN；∑M 为作用在闸室上的全部竖向荷载和水平荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩，kN·m；A 为闸室基础底面面积，m2；W 为闸室基础底面对于垂直水流方向的形心轴的截面矩，m3。

2）当结构布置及受力情况不对称时，按下式计算：

式中：∑Mx、∑My分别为作用在闸室上的全部竖向荷载和水平荷载对于基础底面形心轴x、y的力矩，kN·m；Wx、Wy分别为闸室基础底面对于形心轴x、y 的截面矩，m3。

2.3.2 抗滑稳定安全系数

式中：K 为抗滑稳定安全系数；f 为基础底面与地基土之间的摩擦系数；∑H 为作用在闸室上的全部水平荷载，kN；∑G 为作用在闸室上的全部竖向荷载，kN。

《水闸设计规范》（SL 265-2016）中岩基上沿闸室基底面抗滑稳定安全系数的允许值：1 级水闸，基本组合为1.10，特殊组合I 为1.05，特殊组合II 为1.00。

2.3.3 计算工况及荷载组合

1）基本组合。正常蓄水位为上游设计挡水水位，下游无水；荷载组合为自重+水重+水压力+浪压力+渗透压力。

2）特殊组合。地震工况为抗震烈度为7 度，顺水流向0.1 g；荷载组合为自重+水重+水压力+浪压力+渗透压力+地震力。

2.3.4 计算结果

1）抗滑稳定安全系数。设计挡水位安全系数计算值2.02 大于标准值1.10，满足要求。地震安全系数计算值1.69 大于标准值1.00，满足要求。

2）基底反力。设计挡水位最大基底反力97.97 kPa，最小基底反力16.33 kPa。地震最大基底反力105.97 kPa，最小基底反力8.33 kPa。

在设计挡水位和地震工况条件下，闸室抗滑稳定安全系数和基底反力均满足规范要求。

3 安全检测及数据分析

通过对排架柱、闸墩及闸室进行安全检测和数据计算分析，排架柱混凝土整体外观质量较好，局部存在竖向裂缝，裂缝处钢筋轻微锈蚀；排架柱钢筋保护层厚度大部分满足原设计和现行规范要求，局部较小处不满足要求；排架柱混凝土抗压强度满足原设计和现行规范要求；排架梁、柱配筋满足规范要求。闸墩混凝土整体外观质量较好，局部存在竖向裂缝，裂缝处钢筋轻微锈蚀；混凝土闸墩钢筋保护层厚度大部分满足原设计和现行规范要求，局部较小处不满足要求；闸墩混凝土抗压强度满足原设计和现行规范要求；在设计挡水位和地震工况条件下，闸室抗滑稳定安全系数和基底反力满足规范要求；闸墩强度满足规范要求。

4 安全检测问题处理

针对排架柱和闸墩存在竖向裂缝、裂缝处钢筋轻微锈蚀及混凝土碳化等问题，拟定以下初步修复方案。

4.1 钢筋锈蚀及混凝土表面裂缝修复

沿裂缝走向对两侧各100 mm 范围内的混凝土表面用砂轮机打磨平整，直至露出坚实的集料新面。用水枪去除混凝土粉末和灰尘，确保无油渍、污迹后用风枪清理干净。按照使用说明调配封缝胶后，立即骑缝涂刷。封缝胶在固化过程中，胶液流淌或浸润后应及时补刷，保证封缝胶固化后胶膜覆盖封闭裂缝。

4.2 混凝土碳化处理

对碳化部位混凝土剔凿，用高压水枪将基层冲洗干净。根据多项工程混凝土修复实践，用低压喷涂柔性材料RMO 底涂，增加原混凝土面层与新修复层的粘结力。RMO 修补砂浆分3 层施工，每层厚度不超过10 mm。喷雾养护，保持表面湿润，养护7～10 d。

5 结语

为保证水利工程安全运行，除做好工程巡查和养护外，还要定期委托专业单位进行安全检测和鉴定，根据检测鉴定结果制定切实可行的维修加固方案，并组织实施。