水闸工程安全检测及评估标准分析

唐 飞

（山西省小浪底引黄工程建设管理局，山西 垣曲 043700）

1 水闸安全检测

我国水闸大多建成于1950—1970年之间，水闸整体使用年限接近或超过设计年限，由于技术水平及其他因素，不少水闸存在设计标准偏低、质量缺陷严重、养护不到位、管理水平低下、周边设施不达标、后期运行机制不良等一系列问题，水闸安全隐患严重，病险水闸数量庞大。因此，水闸安全检测及评估标准问题十分重要。

1.1 水闸安全检测内容

1.1.1 混凝土结构检测

一要检测包括混凝土、砂浆和钢筋的强度；二看混凝土表面是否有风化、蜂窝、冲蚀、麻面、剥落等可以肉眼看见的缺陷；三是检测混凝土内部结构，看是否有疏松、狗洞、夹杂物、漏振等缺陷；四是对于水闸的水上部分，看其碳化程度，分布在腐蚀性水质地区的水闸，主要检测化学侵蚀深度；五检测钢筋网的配置情况和钢筋锈蚀率；六看构件是否损伤，主要针对混凝土裂缝情况调查，如裂缝的分布，长度、宽度和深度等；七检测混凝土的保护层厚度；八检测混凝土结构缝（伸缩缝和沉降缝），看是否有错动、开合及止水能否工作，缝内充填物是否可有效工作。

1.1.2 金属结构检测

金属结构检测主要检查结构的锈蚀情况，看外形尺寸是否有变形，金属结构容易磨损，变形后的挠度也要注意；金属结构焊接处要检查有无断裂，零部件有没有缺陷；电机部分要看它的转速是否正常，电压、电阻、电流是否在正常范围内，温度是否达标；液压系统有没有渗漏；钢丝绳是否有断裂，磨损是否严重，检查金属结构状况和运行情况，保证其传动性能、润滑性能，使连接件能够正常运行。

1.1.3 基础工程检测

基础工程的检测，要看基础是否有变形，挤压，错位等；金结与之相连的地方有没有缝隙，有无漏水的情况；岸坡位置有没有土体松动，有没有裂缝、绕流渗水和水土流失等情况；排水设施能否满足现有要求，扬压力是否超标等；消能防冲设施功能是否完好，尾水渠有无淤积；沉降观测。

1.1.4 专项试验

专项试验，一是对金属结构的试验，如钢闸门，根据闸门的动力特性，在上设置高速水流和冲击荷载，记录其每次振动的数据，分析其特征；二是通过试验记录地基、结构和构件的承载力；三是对材料的特性进行试验，如混凝土的动荷载和金属的疲劳强度试验、骨料的碱活性试验等；四是结构受力特性检测，如启闭机的启闭力试验；五是测定水质环境介质。

1.1.5 电气设备的检测

对电气设备的检测，主要集中在配套电动机，输电线路和备用电源的检测，防雷接地设施是否有效，安全保护装置是否可靠，配电柜的操作是否灵敏。

1.2 水闸安全复核与室内补充分析

水闸安全复核的标准：《水闸设计规范（试行）》（SD133-84）、《水工建筑物荷载规范》（DL 5077-1977）及《水工混凝土结构设计规范》（SL/T 191-96）、《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50199-94）、《水工建筑物抗震设计规范》（SL 203-97）。

水闸复核计算的内容：一是水闸中最重要的是过水能力，对其复核主要是计算在不同水位下水闸能承载的水流大小，消能防冲的能力，主要是看在运行水位、设计水位和校核水位下，水流通过消力池、海漫时，消力池与海漫能否消掉水流能量，达到设计与安全运行的要求；二是对于闸基而言，主要复核抗渗稳定性，通过计算求得闸基的防渗长度，基底的渗透水压力等参数来测算水闸的整体抗渗透能力；三是水闸的整体稳定性，主要看水闸组成部分的稳定性；四是地基是水闸稳定性测算的重要指标，所以测算水闸的地基应力必不可少；五是结构构件承载能力复核，是对水闸的构成物进行应力计算，分析建筑物或构件承载能力。

室内补充分析：造成水闸构件破损的原因有很多，主要从以下几个方面进行分析。一是水闸的材料构成，不同材料的使用寿命，折旧程度、磨损程度都会造成构件破损。二是水闸的施工过程，施工过程也会对水闸造成一定的损伤。三是水闸的使用环境，水质差异、荷载大小，都会造成水闸的一些损伤。四是水闸的结构，应该从多方面多层次综合分析水闸损伤原因，混凝土结构耐久性主要是通过信息反馈，通过混凝土检测的数据以及维修过后的状况来评定；结构的可靠性评估，一般依靠经验法来对其可靠度进行评估。五是建筑物的超载可行性分析。

1.3 水闸安全检测要求

1.3.1 水闸安全鉴定标准

《水闸技术管理规程》（SL75-94）、《水闸安全鉴定规定》（SL214-1998）。

1.3.2 水闸安全鉴定的范围

闸室，上、下游连接段，闸门，启闭机，电气设备，水闸管理范围的上、下游河道。

1.3.3 水闸安全鉴定的周期

一般水闸的全面鉴定，在水闸投入运行后15～20年，以后以此类推；当某一单项工程达到折旧年限，也应适时鉴定；对水闸安全运行有影响的单项工程必须及时进行安全鉴定。

1.3.4 水闸安全鉴定基本程序

工程现状的调查分析、现场安全检测、工程复核计算、水闸安全评估、水闸安全鉴定工作总结。

1.3.5 水闸安全鉴定的要求

水闸安全鉴定类别判别如表1。

表1 水闸安全鉴定类别判别表

2 水闸评估标准

2.1 水闸整体评估标准

2.1.1 防洪评估标准

《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000）、《水闸设计规范》（SL 265-2001）、2000年《中华人民共和国工程建设标准强制性条文》（水利工程部分）。

水闸的防洪标准以闸顶或胸墙高程来评估，闸顶或胸墙高程满足上述规定要求，则证明防洪安全，不满足要求则说明水闸不能安全防洪。

2.1.2 抗滑抗渗稳定性评估标准

对于水闸的抗滑和抗渗稳定性的评估，应根据《水闸设计规范》（SL 265-2001）来判定。做抗滑稳定性评估时，首先要对闸室、基岩上岸墙、翼墙做抗滑稳定性复核计算，然后按照相关稳定安全系数评估。做水闸抗渗稳定性评估时，需要渗径长度和渗透坡降与规范要求进行评估。

2.1.3 过水能力的安全评估

“水闸过水能力按照《水闸设计规范》（SL 265-2001）提供的计算方法，比较实际过流能力和设计（或规划）指标，若大于指标，则满足过水能力满足安全运行要求；否则，不满足运行要求，处于不安全状态。”

2.1.4 水闸的消能防冲的安全评估

用结构实际尺寸和根据《水闸设计规范》（SL 265-2001）计算结果来比较，若实际尺寸大于计算结果，则满足要求；否则不满足要求。但由于水流冲刷破坏的原因不同，破坏情况也不尽相同。消力池的长度或者深度不够时，容易生成远距离的水跃，水跃过大时会冲刷渠道造成冲刷坑。一般而言，冲刷坑离闸室远而且不影响海漫时，不会对闸室造成威胁，但当冲刷坑离闸室比较近，破坏了海漫和护坦，影响海漫和护坦发挥作用时，闸室的稳定性就会遭到威胁。

2.1.5 水闸抗震能力评估

对处于地震设防区的水闸，水闸抗震能力应按《水工建筑物抗震设计规范》（SL 203-97）、《水闸设计规范》（SL 265-2001）和《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-95）等有关规定进行评估。

水闸抗震能力的安全性评估内容包括场地、地基基础、水闸抗震措施和水闸结构抗震计算结果。

2.2 水闸局部评估标准

2.2.1 混凝土结构的安全评估标准

《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-1996）、《钢一混凝土结构设计规范》（DL/T5085-1999）、《水闸设计规范》（SL265-2001）。

水闸混凝土结构安全评估依其所处的不同工况给出相应标准。工况一，室内正常环境；工况二，非室内环境，长期处于地下或水下；工况三，处于水位变动区或有具有侵蚀作用的地下水中；工况四，在海水波浪冲刷区和盐雾作用区，环境不仅潮湿并有严重侵蚀性。

水闸混凝土/钢筋混凝土结构缺陷、外观缺陷评定目前尚无规范，仅由有经验的水闸管理者或专家以目视调查作出定性评价，其评估标准见表2。

表2 水闸混凝土/钢筋混凝土结构缺陷外观定性评估标准

水闸混凝土/钢筋混凝土强度主要评估标准，首先要满足水闸结构功能及耐久性，然后分别按所处工况环境以及混凝土类别，提出“最低强度等级”作为评估底线标准，详见表3。

表3 水闸混凝土最低强度等级要求标准

依照水闸混凝土结构/构件与工况环境条件，其保护层厚度评估标准，以最小厚度为限（见表4），大于最小厚度，表示安全；反之不安全。

表4 一般水闸混凝土保护层最小厚度要求标准 单位：mm

依照水闸混凝土结构/构件与工况环境条件，其最大裂缝允许值评估标准见表5。

混凝土碳化安全评估目前尚无规范可循，通常以混凝土碳化深度是否达到主筋表面来判断混凝土中钢筋是否全面发生腐蚀。另外还有一种方法，为碳化深度类比法，用28 d后混凝土碳化深度不大于25 mm与涂有抗碳化防护涂料后50年的碳化深度不大于2.5 mm的比值来评估水闸混凝土碳化速率。现阶段，按表6对水闸钢筋混凝土内部钢筋锈蚀程度进行评估。

表5 水闸钢筋混凝土结构构件裂缝标准 单位：mm

表6 水闸混凝土内钢筋锈蚀等级评定标准

对于钢筋而言，主筋直径不大于10 mm，影响结构安全的情况就是钢筋全面腐蚀；当主筋直径大于10 mm，钢筋锈蚀率超过10%就会影响结构的安全，锈蚀率小于或等于5%时，只需要考虑其对结构安全的影响或者不予考虑也可。

2.2.2 水闸电气设备评估

因其所占份额较小，只需依据《水闸技术管理规程》（SL 75-94）和电力行业相关标准，常规检测即可。

2.2.3 闸门、启闭机安全评估

《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》（SL 101-94），《水利水电工程金属结构报废标准》（SL 226-98），《水利水电工程闸门及启闭机、升船机设备管理等级评定标准》（SL 240-1999）。

2.2.4 水闸观测设施安全评估

根据《水闸设计规范》，检测其有效性即可。

3 结论

定性安全检测，是安全评价的前提与基础，为水利工程安全性、可靠程度判断提供了第一手和预警性的依据。对水闸检测后，要进行安全评价，有了水利工程可靠性评估方法，对水闸结构是否达到破坏极限状态和水闸老化程度的判断就会更科学、更严谨。