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综合检测技术在水闸安全鉴定中的运用

发布来源:发布时间:2018/07/17点击量:1248

综合检测技术在水闸安全鉴定中的运用

陆 恒

(上海勘测设计研究院有限公司,上海 200434)


摘  要:为了了解某水闸使用一段时期后的状态,正确评价水闸的安全类别,加强对水闸的安全管理,将多种综合检测技术应用于苏州某水闸安全鉴定中,现场检测水闸的钢筋混凝土结构、钢闸门和启闭机安全性、消能防冲和防渗设施、观测设施的有效性、河道断面、通信、广播、照明和信号系统等,并结合安全复核计算,科学、有效地评价水闸的安全类别,为帮助水闸管理单位科学制定水闸养护、维修、加固、改建或重建措施提供重要的依据和参考。

关键词:水闸;安全鉴定;安全复核;综合检测

中图分类号:TV698.1+8              文献标识码:A        DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2018.14.037


    根据水利部《水闸安全鉴定管理办法》(水建管〔2008〕214号)文件的要求,水闸首次安全鉴定应在竣工验收后5年内进行,以后应每隔10年进行一次全面安全评价[1]。安全鉴定是对水闸结构的安全检查和安全类别评价,是水闸工程进行维修、加固、改建或重建的决策依据[2]。水闸现场检测是安全鉴定中的一项重要工作,现场检测结果不仅是评价水闸的重要依据,也是复核计算的基础。因此,检测技术的运用以及检测结果的正确与否在一定程度上影响水闸的最后评定等级。

1  水闸安全鉴定检测项目及方法

1.1  钢筋混凝土结构检测

钢筋混凝土结构检测包括外观质量、强度、耐久性、层面高程和钢筋锈蚀检测。外观质量检查主要采用目测,并辅助以必要的量测仪器进行检查,通过检查水闸有无异常情况,附属设施设备是否完善以及有效等评价其对水闸运行的影响[3]。混凝土强度采用超声回弹综合法检测混凝土抗压强度,并用钻芯法进行修正。混凝土结构耐久性采用碳化深度检测结果与混凝土保护层厚度检测结果对比判定的方法。钢筋锈蚀状态的无损检测采用半电池电位法检测。层面高程采用三角高程法检测,测量部位包括闸室挡墙、翼墙等。

1.2  钢闸门和启闭机安全检测

钢闸门和启闭机安全检测包括巡视检查、外观检测、腐蚀检测、涂层厚度检测、焊缝外观检测及无损探伤、启闭机性能状态检测、启闭机房噪声检测[4]。外观检测主要包括对门体、止水等零部件、斜拉杆和锁定装置等的破损、变形、老化和腐蚀等情况的检查和定量。腐蚀检测主要是对水闸钢闸门的面板、主梁、竖梁、边梁等构件进行腐蚀检测。涂层厚度检测一般采用十点法对闸门面板、主梁等部位的涂层厚度进行抽检。焊缝外观检测及无损探伤是先通过目测检查的方式对接焊缝的外观情况进行检测,再用超声波探伤方法对闸门主要受力焊缝(一、二类焊缝)的内部缺陷进行检测[5]

启闭机性能状态检测主要是检测启闭机状况、性能等,并进行空载、带载运行试验,采用视听法检查。启闭机房噪声检测主要是用来评定噪声的影响状态,根据《旋转电机噪声测定方法及限值(第1部分:旋转电机噪声测定方法)》规范要求,检测采用半圆法,即在电动机的上部、轴向延长线和水平向两侧共4个点进行声压测量,各测点距离电动机外表面垂直距离为1 m,取平均值即为声压级。

1.3  消能防冲、防渗设施检查

水闸安全鉴定根据工程情况还应包括“消能防冲、防渗设施检查”。对水下部分进行检测,便于掌握水下部分消能防冲、防渗设施的有效性和完整性,同时,结合河道断面测量,分析上、下游河道断面的现状,为水闸整体稳定性评价提供依据。

1.4  观测设施有效性检测

观测设备和设施所测得的数据是判断水闸运行状态是否正常的重要指标,其有效性关系到能否对水闸工程的安全进行监视及充分发挥水闸的作用。在水闸安全鉴定中,对观测设施的有效性进行检测,检测内容和方法直接关系到安全评价的准确性。根据水闸的实际情况,一般观测设施有效性检测主要包括沉降测点是否完好,测点编号是否清晰,沉降观测工作基点高程数据是否有效,上、下河有无设置水位计、水尺,有无扬压力等必要的观测设施。

1.5  河道断面测量

河道断面测量主要是测量水闸内外河河道、闸室、消力池等横断面,了解河床淤积或冲刷情况,采用测深仪进行连续测量。

1.6  通信、广播、照明及信号系统检查

为了便于执行水闸运行管理等工作,应配置一套广播系统、照明、信号灯等设施,因此,通信、广播、照明和信号系统检查也应出现在水闸安全鉴定中。在现场检测时,采用向管理人员了解和目测法逐一检查,查看相关设备是否损坏。

2  水闸的安全复核计算

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[6],并根据复核计算成果作出评价。

2.1  防洪标准复核

根据《水闸安全评价导则》,防洪标准复核包括洪(潮)水标准、闸顶与堤顶高程、过流能力复核。

2.2  渗流安全复核

根据《水闸安全评价导则》,水闸渗流安全复核包括水闸基底渗流稳定、侧向渗流稳定复核。

2.3  结构安全复核

根据《水闸安全评价导则》,结构安全复核包括闸室、岸墙、翼墙的稳定与结构应力复核,以及消能防冲复核。工程运用条件、结构尺寸和物理力学参数等均未发生变化且运行正常的建筑物,可不进行结构复核。

2.4  金属结构安全复核

根据《水闸安全评价导则》,金属结构安全复核包括闸门安全复核和启闭机安全复核。

2.5  机电设备安全复核

机电设备安全复核主要复核套闸机电设备放入使用年限是否超过规范年限,有无防雷接地措施。

3  某水闸检测的工程概况及安全鉴定结论

3.1  工程概况

苏州市某套闸投入运行至今已30余年,未进行过安全鉴定工作,根据水利部水闸管理相关文件要求,为了保证该闸能够安全运行,继续发挥工程效益,有必要对新开路套闸进行安全鉴定工作。该套闸主要作用是通航、防洪、挡水、泄洪等。其主要有外闸首1孔,净宽5 m,闸底高程0.40 m,底板长8 m,底板为200#混凝土反拱底板,闸墙为80#水泥砂浆挡墙结构;内闸首1孔,净宽5 m,闸底高程0.40 m,底板长5 m,底板为200#混凝土反拱底板,闸墙为80#水泥砂浆挡墙结构;闸室长40 m,宽8 m。外闸首设置交通桥一座,桥梁梁底标高为7.3 m,净宽4 m。

3.2  水闸检测结果

3.2.1  混凝土结构

3.2.1.1  结构外观质量

外河挡墙为浆砌块石护坡,基本完好,未见明显破损;混凝土老化,局部有破损;闸室左侧中间位置底部混凝土破损;消力池上方有混凝土护栏,防止行人坠水;右侧消力池伸缩缝有明显破损;两侧闸室段翼墙墙后有较深空洞;左闸墩处有明显露筋长约7 cm;内河挡墙为浆砌块石护坡,混凝土压顶、内河右侧挡墙混凝土压顶开裂,开度约1 cm;内河右侧圆弧翼墙伸缩缝轻微错位,约0.4 cm;内河左侧挡墙部分位置止水橡胶老化、破损;内河左侧护岸坍陷严;交通桥外观良好,未见明显破损;桥护轮槛有数处露筋,最长露筋长度为7 cm;桥后混凝土路面破损。

3.2.1.2  混凝土强度及结构耐久性

本次共检测4个部位的混凝土强度,超声回弹4个部位,所检测部位均处于二类环境。检测结果表明,4个抽检部位实测混凝土强度值在23.8~35.7 MPa之间,右排架、左侧闸墩、左侧翼墙满足现行《水工混凝土结构设计规范》(SL 191—2008)中不低于C25的要求,右侧闸室翼墙不满足现行《水工混凝土结构设计规范》(SL 191—2008)中不低于C25的要求。

对于结构耐久性,本次共抽检4个部位,包括右排架、左侧闸墩、右侧翼墙、左侧翼墙。碳化深度值小于保护层厚度实测值,表示钢筋仍在混凝土保护层范围内,未发生锈蚀。对于钢筋锈蚀检测,检测结果显示,各检测部位半电池电位测值介于-156~-142 mV之间。根据《水工混凝土试验规程》(SL 352—2006),全部检测部位为发生锈蚀概率小于10%.根据现场外观检查,各检测部位钢筋未发生锈蚀。

3.2.1.3  层面高程

根据有关规定,天然土质地基上水闸地基最大沉降量不宜超过15 cm,相邻部位的最大沉降差不宜超过5 cm[7]

水闸所测伸缩缝两侧相对沉降差在0~56 mm之间,除了闸室右侧翼墙外,其余各部位均小于规范要求5 cm。这表明,闸基础未发生明显相对沉降。

本次测量闸室墙顶高程分别为5.476 m、5.485 m、

5.491 m、5.435 m、5.480 m、5.491 m,与设计高程相比,沉降量在8.4~10.3 cm之间,内河侧翼墙高程在4.228~

4.686 m之间,沉降量在4.1~11.0 cm之间。本次测量相对于设计值,沉降量在2.7~15.1 cm,其中,闸室侧翼墙沉降量相对较大,为8.4~10.3 cm,其余各部位高程相对稳定。

3.2.2  钢闸门和启闭机

3.2.2.1  闸门检测结果

闸门部分地方腐蚀严重,运行正常。闸门底部和门边有明显锈蚀,闸门面板背部有被船撞过的痕迹,暂不影响正常使用。面板对接焊缝部分不饱满,角焊缝有少许飞溅,吊钩和吊轮有松动倾斜,存在轻微锈蚀现象。闸门左侧止水橡胶压板部分螺栓缺失,搁门器正常工作,未见异常,闸门两侧止水橡胶老化脱落。

3.2.2.2  启闭机检测结果

启闭机工作正常,当其运行时,上下闸首启闭闸门时间差异1 min。在运行时,闸门上升或下降过程中噪声超过

85 dB,运行后噪声相对稳定,无异常现象。启闭机手摇摇臂未设置安全防护,存在隐患。

3.2.3  电气设备

电气设备使用年限超过规范年限应及时更换,无防雷接地措施。

3.2.4  消能防冲、防渗设施

闸底槛平整,无破损,门槽有锈蚀。消力池侧墙与圆弧翼墙各接缝填料局部老化脱落,无破损。闸室东侧墙与消力池侧墙接缝宽约2 cm,未发现明显掏空现象。内外河消力池和海漫段底板均平整、干净,未发现破损。内外河河道两侧均有少量浮泥淤积。防冲槽良好,未见破损。

3.2.5  观测设施有效性

水闸设有沉降观测点,但未做长期有效沉降监测;附近有水准基点T65,与国家水准观测网相连,高程数据有效;无水位计与水位尺;无扬压力观测设施,因水闸建成于20世纪80年代,增设不便,建议维持现状。

3.2.6  其他专项检测

3.2.6.1  河道断面测量

外河河道(距消力池100 m)处有明显冲刷现象,冲刷深度约为1 m。外河河道(距消力池50 m)处河道右侧边坡略微有淤积现象,深度为0.2~0.4 m。

外河圆弧翼墙左边坡略微有淤积,深0.2~0.3 m。内河圆弧翼墙断面两侧边坡有明显淤积,淤积深度约为0.5 m。

内外河消力池、闸室断面基本与设计断面相符,底部少量浮泥,未见明显冲刷或淤积现象。                                                                                                                                                                               

内河河道(距消力池20 m)处两侧边坡有轻微淤积,淤积深度为0.2~0.4 m。内河河道(距消力池40 m)底板实测与设计基本相符,两侧护坡有明显冲刷现象。

3.2.6.2  水闸监控系统

该水闸无监控系统,不能远程操作闸门启闭。

3.2.6.3  通信、广播、照明和信号系统

该水闸通信、照明能正常工作,信号系统和广播不能正常工作。

3.3  水闸安全复核计算

该套闸工程等别与原设计不同,有变化;新开路套闸洪水标准与原设计不同,有变化;虽然外河侧堤防、外河翼墙高程、外闸首闸墩高程、内河侧堤防高程不满足近期规划要求,但可以通过对其进行加高加固或者局部拆除重建的方式达到近期规划要求;新开路套闸的设计流量为25 m3/s。计算结果表明,水闸最大过流能力满足设计要求,防洪标准安全复核综合评定为B级。

基底渗流和侧向渗流均满足标准要求,但水闸的反拱底板与两侧闸墩之间未设置止水,存在结构缺陷,易形成渗流通道。根据《水闸安全评价导则》,渗流安全满足标准要求,防渗设施存在质量缺陷尚不影响总体安全。渗流安全复核综合评定为B级。

内外闸首稳定复核不满足规范要求,结构应力不满足规范要求;内、外河翼墙抗滑稳定系数均不满足规范要求;堤防护坡整体稳定复核满足规范要求;外侧消能防冲设施不满足规范和设计要求。但是,考虑到冲刷对邻近水工建筑物安全影响不大,结构安全复核综合评定为C级。

闸门面板厚度、主梁应力、启闭力均满足规范要求,内外闸首启闭机手摇摇臂未设置安全防护,闸门两侧滚轮锈蚀严重,存在隐患。金属结构安全复核综合评定为B级。

内外闸首机电设备使用年限超过规范年限,无防雷接地措施。机电设备安全复核综合评定为C级。

3.4  安全评价和建议

目前,水闸投入运行已33年,工程等别、内外河规划水位、规模等均发生改变。根据《水闸安全评价导则》(SL 214—2015),工程质量与抗震、金属结构、机电设备三项安全性分级中有一项为C级,可评定为三类闸;防洪标准、渗流、结构安全性分级中有一项为C级,可评定为四类闸。经安全复核,水闸的结构安全复核、机电设备安全复核均为C级,建议将水闸评定为四类闸,将其拆除重建或降级使用,在除险加固前应尽快采取应急措施。

参考文献:

[1]中华人民共和国水利部,水建管〔2008〕214号.水闸安全鉴定管理办法[S].2008-06-18.

[2]邬旭东,王康,李志雯.淤黄河挡潮闸安全鉴定简述[J].水利科技与经济,2016,22(11):94-98.

[3]曹宏泰,郑永来,严妍,等.出海泵闸耐久性损伤及加固措施——以江镇河泵闸为例[J].工程质量,2017, 35(9):89-92.

[4]中国水利水电科学研究院.DL 5073—2000 水工建筑物抗震设计规范[S].北京:中国电力出版社,2001.

[5]赵守义.淮河流域水闸工程金属结构竣工验收质量检测方法探析[J].治淮,2012(2):26-28.

[6]施伯兴,徐光磊.高质量地完成水库安全状况普查工作[J].中国水利,2007(6):5-6.

[7]水利部水利水电规划设计总院.《水闸设计规范》SL 265—2001实施指南[M].北京:中国水利水电出版社,2004.

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作者简介:陆恒(1989—),男,研究方向为水利工程检测。

〔编辑:白洁〕

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本文已公开发表在《科技与创新》杂志2018年第14期

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