金 澤

（北京市城市河湖管理處，北京 100089）

1 研究背景

水閘是一種低水頭水工建筑物，主要修建在河道、灌渠，水閘可以啟閉，從而擋水、泄水控制水流，在城鎮(zhèn)灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、水產(chǎn)、環(huán)保、工業(yè)和生活用水等方面發(fā)揮著重要作用。北京市現(xiàn)有水閘工程1000余座，早期這些水閘工程在防洪、排澇、引水等方面發(fā)揮了重要作用，隨著北京經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，水閘工程運(yùn)行服務(wù)年限加長(zhǎng)，致使許多水閘存在安全隱患。為消除水閘工程病害，保證水閘安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)全面開(kāi)展水閘加固、修補(bǔ)工作，而安全評(píng)價(jià)正是水閘消隱工作的重要一環(huán)。

《水閘安全鑒定管理辦法》要求，水閘工程要進(jìn)行定期的安全評(píng)價(jià)，以保證水閘工程安全運(yùn)行。第一次安全評(píng)價(jià)必須在竣工驗(yàn)收五年內(nèi)進(jìn)行，以后應(yīng)每隔10年均需進(jìn)行1次安全評(píng)價(jià)。如果水閘在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)影響安全的異?，F(xiàn)象，如較強(qiáng)地震、超標(biāo)準(zhǔn)洪水、重大事故等，也應(yīng)及時(shí)組織安全評(píng)價(jià)。

2 水閘安全評(píng)價(jià)現(xiàn)行的主要內(nèi)容

根據(jù)水利部現(xiàn)行SL214-2015《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》規(guī)定，水閘的安全評(píng)價(jià)工作主要包括：工程現(xiàn)狀調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)、復(fù)核計(jì)算、安全評(píng)價(jià)四個(gè)方面。

2.1 現(xiàn)狀調(diào)查

工程現(xiàn)狀調(diào)查是水閘安全評(píng)價(jià)工作重要的一環(huán)，主要包括工程技術(shù)資料收集整理、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及工程現(xiàn)狀分析。工程技術(shù)資料的收集應(yīng)參照?qǐng)D1。

圖1 工程技術(shù)資料收集體系圖

工程技術(shù)資料收集齊備后，應(yīng)對(duì)工程薄弱部位、隱蔽部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要根據(jù)實(shí)際分析其影響，結(jié)合工程技術(shù)資料對(duì)工程運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行初步分析。

最后，需針對(duì)以下三個(gè)方面進(jìn)行安全管理評(píng)價(jià)：①工程管理范圍是否明確，技術(shù)人員定崗定編是否明確，是否滿足當(dāng)下運(yùn)行管理要求；②規(guī)章、制度是否齊全，控制運(yùn)用是否合理；③工程設(shè)施是否有效維護(hù)，安全監(jiān)測(cè)、管理設(shè)施等是否滿足運(yùn)行要求等。

2.2 安全檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)的項(xiàng)目需要根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告，結(jié)合工程運(yùn)行實(shí)際情況等綜合研究確定，一般包括以下內(nèi)容：①地基土、回填土的工程性質(zhì)。②消能防沖、防滲、導(dǎo)滲等相關(guān)設(shè)施的完整性、有效性。③混凝土和鋼筋混凝土的耐久性。④金屬結(jié)構(gòu)的安全性。⑤機(jī)電設(shè)備的可靠性。⑥監(jiān)測(cè)設(shè)施的有效性。⑦其他有關(guān)設(shè)施的檢測(cè)。

2.3 安全復(fù)核計(jì)算

安全復(fù)核計(jì)算是對(duì)水閘的安全運(yùn)行狀況的計(jì)算論證工作，它是結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)查、安全檢測(cè)等資料進(jìn)行的接近于最終結(jié)論總結(jié)的一項(xiàng)工作，根據(jù)SL214-2015《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，復(fù)核計(jì)算應(yīng)包括防洪標(biāo)準(zhǔn)、滲流安全、結(jié)構(gòu)安全、抗震安全、金屬結(jié)構(gòu)安全、機(jī)電設(shè)備安全等內(nèi)容。

2.4 安全評(píng)價(jià)

安全復(fù)核計(jì)算完成后，應(yīng)按照工程概況、現(xiàn)狀調(diào)查情況、安全檢測(cè)、復(fù)核計(jì)算成果分析等內(nèi)容進(jìn)行水閘安全評(píng)價(jià)報(bào)告的編寫(xiě)，并根據(jù)《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》規(guī)定對(duì)水閘進(jìn)行初步評(píng)定分類，共四類。其中，一類閘情況最優(yōu)，只需要常規(guī)養(yǎng)護(hù)；四類閘情況最差，需要降低運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)或報(bào)廢重建；二類閘需要進(jìn)行大修；三類閘需要及時(shí)進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

水閘安全評(píng)價(jià)的最終結(jié)論需要由水閘安全評(píng)價(jià)專家組給出，專家組主要針對(duì)現(xiàn)狀調(diào)查情況、安全檢測(cè)、復(fù)核計(jì)算成果所列數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性；檢測(cè)和計(jì)算方法是否符合現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等方面論證分析評(píng)價(jià)是否準(zhǔn)確，并給出水閘安全評(píng)價(jià)的最終結(jié)論。

3 水閘安全檢測(cè)技術(shù)分析

由以上章節(jié)可知，水閘現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)主要包括七個(gè)方面，其中混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)最為重要，以下主要針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行具體分析。

混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)一般包括：外觀缺陷、強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度、碳化深度、內(nèi)部質(zhì)量、等檢查檢測(cè)。

3.1 混凝土外觀缺陷檢查及內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)

混凝土結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量缺陷主要包括表面裂縫、剝蝕、露筋、表面侵蝕、凍融破壞、蜂窩麻面等；內(nèi)部缺陷主要包括內(nèi)部裂縫、孔洞等。

目前，混凝土外觀缺陷檢查主要是人工目視檢查，配合測(cè)量工具測(cè)定缺陷的特征數(shù)值及發(fā)展趨勢(shì)。內(nèi)部缺陷檢測(cè)中常使用超聲波法，探地雷達(dá)法、沖擊回波法。

（1）超聲波法。超聲波法亦是應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)方法之一，超聲波法原理是當(dāng)聲波在超波路徑上遇到缺陷時(shí)，聲波會(huì)產(chǎn)生反射、繞射作用，會(huì)使波的幅度和傳播時(shí)間產(chǎn)生變化，根據(jù)這些變化可探知混凝土內(nèi)部質(zhì)量情況。通常應(yīng)用于測(cè)量裂縫深度、內(nèi)部孔洞等。

（2）電磁波法。電磁波法主要原理是發(fā)射和接收電磁波，然后把接收的電磁反射波形成圖像，不同介質(zhì)間的電性差異會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射波，通過(guò)圖像中的反射波圖像判斷介質(zhì)中的異常情況。在水閘安全評(píng)價(jià)中，電磁波法常用于混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)、混凝土內(nèi)部鋼筋數(shù)量及保護(hù)層厚度。

（3）沖擊回波法。沖擊回波的原理是利用低頻應(yīng)力波（短時(shí)錘擊）傳播到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，物體內(nèi)部由于介質(zhì)的不同會(huì)對(duì)機(jī)械波進(jìn)行反射，反射波被接收裝置收集處理形成圖像，通過(guò)對(duì)圖像的處理分析，判別物體內(nèi)部的情況。

3.2 混凝土強(qiáng)度及混凝土碳化深度檢測(cè)

水閘的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)一般指對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)?；炷两Y(jié)構(gòu)受力性能主要是由于混凝土的抗壓強(qiáng)度影響，混凝土抗壓強(qiáng)度是其力學(xué)性能的綜合體現(xiàn)，是混凝土強(qiáng)度的最基礎(chǔ)指標(biāo)。在水閘現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛的是回彈法、鉆芯法。

（1）回彈法。回彈法是利用回彈儀里的彈簧推動(dòng)重錘，通過(guò)彈擊桿沖擊混凝土表面，由于混凝土表面的強(qiáng)度會(huì)使重錘被反彈，所以可以通過(guò)重錘被反彈的距離與彈簧原本長(zhǎng)度的比例來(lái)推定混凝土的強(qiáng)度。由于回彈法簡(jiǎn)單快捷、受環(huán)境影響較小，目前已成為混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中最常見(jiàn)、應(yīng)用最廣泛的一種無(wú)損檢測(cè)方法。

（2）鉆芯法。鉆芯法是混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)中最直接的一種方法，鉆芯法是利用專業(yè)混凝土鉆芯機(jī)器從被檢測(cè)混凝土中取樣，并進(jìn)行混凝土壓力測(cè)試，是一種半破壞的檢測(cè)方法，常常與其他無(wú)損檢測(cè)方法一起使用。

4 水閘安全復(fù)核計(jì)算

水閘的安全復(fù)核計(jì)算是依據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等基本數(shù)據(jù)和資料，按照國(guó)家規(guī)范計(jì)算論證水閘的各部分指標(biāo)，是水閘安全評(píng)價(jià)重要的一部分。安全復(fù)核計(jì)算主要包括：防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核、閘室穩(wěn)定復(fù)核、抗?jié)B穩(wěn)定性復(fù)核、消能防沖復(fù)核、混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度復(fù)核計(jì)算。

防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核是國(guó)家強(qiáng)制性內(nèi)容，是水閘工程安全運(yùn)行的最重要指標(biāo)；由于在水的作用下，水閘常會(huì)發(fā)生滲透破壞，所以抗?jié)B穩(wěn)定性也是最典型的復(fù)核計(jì)算內(nèi)容，以下針對(duì)這兩項(xiàng)復(fù)核計(jì)算進(jìn)行研究分析。

4.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核計(jì)算

防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核計(jì)算內(nèi)容分為設(shè)防水位、閘門門頂高程確定兩個(gè)步驟。

設(shè)防水位是根據(jù)水閘過(guò)流能力擬定，屬于水閘設(shè)計(jì)時(shí)的重要運(yùn)行指標(biāo)；水閘閘頂高程確定以擋水、泄水兩種情況分別計(jì)算。在擋水情況下，水閘最高擋水位加波浪高度加安全超高應(yīng)小于等于閘門門頂高程；在泄水情況下，設(shè)計(jì)（校核）洪水位加相應(yīng)安全超高應(yīng)小于閘門門頂高程。

4.2 抗?jié)B穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算

水閘的抗滑穩(wěn)定計(jì)算常用直線比例法（又稱勃萊系數(shù)法）和改進(jìn)阻力系數(shù)法。其中改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算更加精確，以下僅討論改進(jìn)阻力系數(shù)法。

改進(jìn)阻力系數(shù)法的計(jì)算原理：用改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算滲流問(wèn)題，必須明確邊界條件，故閘址的地層巖性情況要明確。作為滲流的邊界條件，應(yīng)要最先明確不透水層的埋深、滲流場(chǎng)有效深度兩者之間的關(guān)系，根據(jù)地下不透水部分的幾何形狀，將滲流場(chǎng)劃分為幾個(gè)分段，求出分段的阻力系數(shù)，最后算出各段的滲透水頭。

5 北京城市河道水閘安全評(píng)價(jià)成果研究

2020年北京市城市河道重點(diǎn)的12座水閘進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)工作，包括三家店攔河閘、三家店進(jìn)水閘、高碑店節(jié)制閘、玉淵潭進(jìn)水閘、玉淵潭泄水閘、二熱閘、西便門分水閘、龍?zhí)堕l、普濟(jì)閘、東直門閘、城龍進(jìn)水閘、城龍新閘。其中高碑店節(jié)制閘、玉淵潭泄水閘、普濟(jì)閘、東直門閘、城龍進(jìn)水閘、城龍新閘被評(píng)定為三類閘，其余水閘均被評(píng)為二類閘。具體分項(xiàng)評(píng)價(jià)如表1。

表1 12座水閘工程安全評(píng)價(jià)分項(xiàng)評(píng)價(jià)表

由此表可以看出，6座三類閘主要由于金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)為C類，故綜合安全評(píng)價(jià)被評(píng)定為三類閘，主要原因是由于閘門缺焊、銹蝕，啟閉機(jī)使用年限較長(zhǎng)，已無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

6 水閘安全評(píng)價(jià)的技術(shù)要點(diǎn)及思考

（1）安全評(píng)價(jià)實(shí)施單位應(yīng)最大程度收集水閘勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工及竣工資料，同時(shí)結(jié)合管理單位相關(guān)資料，提取出水閘運(yùn)行大事記，根據(jù)基礎(chǔ)資料和大事記指出水閘運(yùn)行和管理中存在的主要問(wèn)題，并計(jì)劃好現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)及復(fù)核計(jì)算的相關(guān)項(xiàng)目。

（2）現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)和復(fù)核計(jì)算成果數(shù)據(jù)應(yīng)客觀詳實(shí)，方法、原理應(yīng)明確，同時(shí)對(duì)水閘存在的問(wèn)題提出相關(guān)處理措施和建議。

（3）水閘安全評(píng)價(jià)是要綜合現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)報(bào)告、復(fù)核計(jì)算報(bào)告得出最終結(jié)論，上述三部分內(nèi)容應(yīng)保持一致，不能出現(xiàn)相互沖突、矛盾的情況。

（4）北京城市河湖的水閘工程在日常運(yùn)行管理中，應(yīng)著重關(guān)注金屬結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，對(duì)閘門要及時(shí)進(jìn)行閘門防腐除銹和焊縫探傷等工作，對(duì)使用年限超長(zhǎng)和非標(biāo)的啟閉設(shè)備應(yīng)及時(shí)更換或大修。

（5）管理單位應(yīng)和實(shí)施單位協(xié)調(diào)配合，管理單位要加強(qiáng)水閘運(yùn)行管理，做好日常設(shè)施設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，落實(shí)水閘安全監(jiān)測(cè)任務(wù)，完善水閘運(yùn)行大事記，為下一階段水閘安全評(píng)價(jià)工作做好充足資料、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。