病險水閘除險加固效果評價指標體系研究

王少偉，蘇懷智，付啟民

(1.河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇 南京 210098；2.常州大學環境與安全工程學院，江蘇 常州 213164)

我國水閘主要修建于20世紀50～70年代，受當時國內客觀條件的限制，此階段修建的水閘普遍存在建設標準低、工程質量差、建成后缺乏有效管理和維修養護等問題，經過幾十年運行，工程老化、破壞嚴重，其服役性態成為社會關注的焦點[1]。對病險水閘除險加固是恢復水閘設計功能、促進社會經濟發展等迫切需要解決的問題[2]。近年來，在對病險水閘安全鑒定的基礎上，針對水閘防洪標準、滲透穩定性、抗滑穩定性、抗震安全性、地基承載力、消能防沖、建筑結構及閘門老化、閘室淤積等各類病險問題，采取拆除重建、擴建或其他專項補強措施等方案進行除險加固，其中江蘇省擬拆除重建和加固的大、中型水閘分別為83座和33座，廣東省為147座和18座[3-4]。但如何對這些病險水閘除險加固工程所取得的實際效果進行定量或定性的綜合評價，是一項非常復雜但又急需解決的問題。

根據工程經驗，綜合評價的開展需要具備指標體系和方法體系兩個方面，即評價應考慮的影響因素以及采取的綜合度量方法[5-6]。針對水閘工程，目前的綜合評價指標體系主要用于其服役狀態分析，以綜合評定病險水閘的安全等級，從而確定是否需要開展除險加固工作[7]。而對于病險水閘除險加固治理效果的評價，目前主要是針對工程安全性、經濟效益、工程影響等方面中的某一項或幾項指標，基于數值分析、理論計算、定性判斷等來對比加固前后該項指標的變化情況，以此評價該次除險加固工程的理論預期效果，而較少對工程實際效果進行綜合評價[8-9]。與病險水閘相類似，服役齡期較長的病險水庫也必須進行除險加固，而針對病險水庫除險加固治理效果的綜合評價也同樣處于起步探索階段，現有綜合評價方法主要用于水庫大壩安全鑒定，且重視社會經濟效益而忽略環境、生態等影響[10-11]。對此，翁月嬌等[12]從技術、經濟、社會、環境和管理5個方面建立了水利加固改造工程的后評價體系，并以加固改造前后綜合評分的增量作為項目實施效果；阮建清等[13]從效果可靠性、經濟合理性、技術可行性和施工便利性4個方面建立了病險水庫除險加固方案優選的評價指標體系；徐光磊等[14]從前期工作、建設質量和建設資金3個方面來綜合評價病險水庫除險加固工程質量；綦中躍等[15]從工程效益、經濟效益和社會效益3個方面對密云水庫除險加固工程的綜合效益進行了評價；吳煥新[16]從除險加固方案、加固治理功能指標康復程度和除險加固治理影響3個方面建立了病險水庫加固工程評價指標體系；盧欣[17]從前期工作、施工過程、加固后運行性態和工程效益來對病險水庫加固工程進行后評價。

水閘病險種類多，除險加固涉及面廣，而目前水閘、水庫等病險水利工程除險加固效果的量化研究尚處于起步階段，評價指標體系的選取還不夠完善，除工程安全性和經濟效益外，還需要綜合考慮安全鑒定、加固方案、施工質量、社會環境影響和可持續發展能力等多方面的內容。因此，需要結合我國水閘病險種類，在病險水閘單一加固效能評價的基礎上，挖掘病險水閘除險加固效果的影響因素，建立具有層次結構的病險水閘除險加固效果評價指標體系，并對指標內涵進行解釋。

1 病險水閘除險加固效果評價指標體系的構建

1.1 指標體系建立的依據

病險水閘除險加固效果評價本質上屬于工程項目后評價，將加固治理所達到的實際效果與加固前工程狀態和加固治理預期目標進行對比分析，以便評價加固治理方案的可行性、有效性和經濟性，并對其補充、完善，從而總結經驗教訓，形成良性項目決策機制。對此，病險水閘除險加固效果評價指標體系的建立可參照國家發展和改革委員會于2014年頒布的《中央政府投資項目后評價管理辦法》中的相關規定，即項目單位的自我總結評價報告中應包含項目效果評價和項目目標評價，且主要從項目技術水平、財務及經濟效益、社會效益、資源利用效率、環境影響、可持續能力、目標實現程度、差距及原因等方面進行。而對于病險水閘除險加固工程，其較新建工程還需要增加前期安全鑒定這一程序，因此水閘安全鑒定結論的準確性也是影響除險加固治理效果的關鍵因素[18]。

綜上，在論述分析已有研究成果中單指標或多指標評價因素的基礎上，依據《中央政府投資項目后評價管理辦法》，并結合除險加固工程的特點，建立如表1所示的病險水閘除險加固效果評價指標體系。

1.2 一級評價指標

病險水閘除險加固效果評價指標體系包含5個一級評價指標，見表1。

表1 病險水閘除險加固效果評價指標體系

1.3 二級評價指標

二級評價指標總共有21個，分定性評價指標和定量評價指標兩種。鑒于目前常用的綜合評價等級確定方法主要是基于加權綜合評分值法和最大等級隸屬度法兩類，且兩類方法對于基礎層指標的評價處理方式不同，因此，當采用加權綜合評分值法時，二級指標中的定性評價指標可參照一定的滿分機制，采用專家打分法；定量評價指標則按效益型、成本型、固定型、區間型、偏離型等不同的指標類型，采用線性函數或非線性函數對其進行標準化處理。而當采用最大等級隸屬度法時，對于定性評價指標，通常采用等級比重法，即將某二級指標評判為某等級的人數在全部評判人數中的比重；定量評價指標則需要事先對每一個基礎層評價指標進行等級取值范圍的劃分，再根據選取的隸屬函數計算其等級隸屬度。

2 評價指標的內涵

2.1 病險水閘安全鑒定結論的準確性

安全鑒定結論直接決定病險水閘是否需要除險加固以及加固部位等，進而直接指導除險加固設計。同時，加固前的安全鑒定結論是水閘服役性態的客觀描述，也是評價加固治理效果的基礎。因此，病險水閘安全鑒定結論的準確性是除險加固工程治理效果的決定性因素。

a. 安全鑒定前期資料的可靠性。水閘安全鑒定時，專家組主要依據工程現狀調查分析報告、現場安全檢測報告和工程復核計算分析報告等3項成果進行[19]，此類前期資料中數據來源的可靠性、檢測核算的規范性和分析評價的合理性，直接影響水閘安全鑒定結論的準確性。

b. 鑒定專家組的權威性。水閘安全鑒定專家組人數為5～11人，在分析上述前期資料的基礎上，專家組成員根據其知識、經驗而形成安全鑒定結論。因此，表征專家權威性的專家資歷、學術水平、工程經驗、對待評估工程的了解程度等因素，將直接影響其評判結果的合理性與可信程度。

c. 鑒定程序的規范性。水閘安全鑒定中各項工作均需依照規范開展，工程現狀調查中病險問題總結的全面性、現場檢測項目和復核計算項目擬定的合理性等，將直接影響水閘安全鑒定的深度。

2.2 除險加固設計方案

a. 除險加固設計方案對恢復水閘設計功能的有效性。在排除施工質量影響因素外，除險加固設計方案有效性的后評價，主要是檢查水閘原設計功能是否得到最大程度的恢復，且是否為最優方案。

b. 經濟合理性。除險加固治理實際費用與設計方案預期費用、同類工程其他加固方案實際費用的對比分析。

c. 技術先進性。通常而言，技術越先進，加固治理效果越好。此評價指標主要考察除險加固治理各環節采用的技術是否為同類較成熟技術中最新的。

2.3 服役性能提升程度

提升水閘防洪能力、安全性、穩定性和耐久性等服役性能指標是除險加固的根本目的。參照水閘病險種類，除險加固工程針對水閘服役性能提升可主要歸納為7個方面：①防洪標準，以水閘過流能力評價。②滲流安全性，從滲透坡降、滲流量和測壓管水位等方面進行評價。③結構安全性，校核閘室結構的應力、沉降、裂縫開度等在加固治理后是否符合規范要求。④結構穩定性，主要為閘室及上下游翼墻的抗滑、抗傾穩定性。⑤結構耐久性，以原結構碳化、磨蝕、鋼筋銹蝕等老化狀況的改善程度評價。⑥抗震安全性，提高抗震設防標準后，水閘震陷、液化、構件破壞等方面的減弱程度。⑦金屬結構及機電設備安全性，主要是閘門銹蝕、啟閉設施和電氣設施老化等方面的改善狀況。

水閘服役性能指標提升程度的評價可基于指標實際值與預期值之間的偏差程度來進行，參照工程后評價經驗，五級評價制通常所采用的標準為[20]：完全成功、較成功、基本成功、不成功所允許的指標偏差程度依次為0%、0%～15%、15%～25%、25%～35%，而當偏差度超多35%時，則明顯不符合要求，本次除險加固工程對該服役性能指標而言是失敗的。

2.4 除險加固經濟效益

a. 直接經濟效益。水閘加固治理采用的提高閘上設計水位、閘前河道清淤等措施，將增加興利庫容，進而增加灌溉、供水、發電等方面的直接經濟效益。

b. 間接經濟效益。防洪標準低是大部分水閘面臨的一個主要病險問題，主要表現為水閘過流能力或閘室頂高程不足，進而導致宣泄洪水時的上游淹沒，因此病險水閘除險加固將在防洪、排澇等方面產生明顯的間接經濟效益。

c. 潛在風險規避效益。病險水利工程一旦失事，將導致巨大的經濟、生命損失及社會、環境影響，因而除險加固治理帶來的不僅是直接和間接工程效益的增加，由此規避的潛在風險損失同樣需要考慮。

2.5 除險加固可持續發展效應

a. 除險加固工程施工質量。施工質量的好壞，在影響服役性能指標提升程度的同時，也直接決定病險水閘后期能否持續發揮工程效益。因此，本文將施工質量作為二級評價指標，并規整到可持續發展效應一級指標下。參見新建工程施工質量評價方法，除險加固工程施工質量評價同樣從單元工程合格率、分部工程優良率、施工與設計要求的偏差狀況、施工質量缺陷整治及遺留狀況等方面進行。

b. 運行管理現代化提升程度。水利工程管理現代化是當前國家現代化建設的重要組成部分，其建設進程分初步實現階段、基本實現階段和全面實現階段，各階段所要求的綜合實現指數分別為90%、93%和95%[21]。因此，除險加固中水閘管理、監測等設施的改造，將顯著提高其運行管理現代化程度，從而確保工程效益的長效性。

c. 資源可持續利用程度。水閘除險加固中涉及大量的混凝土結構拆除重建工程，若將廢棄混凝土塊制備成再生骨料，部分或全部代替天然骨料而形成再生骨料混凝土，既能解決天然骨料資源緊缺問題，又能解決廢棄混凝土的堆放、占地和環境污染等問題[22]。其他方面，如原結構體系在新結構體系中的繼續利用程度、臨時占地的復耕程度、節能效果等也需考慮在內。

d. 工程后期的可治理性。為實現工程的超長期服役，需要視工程老化情況開展加固治理工作，該加固治理將對后期加固治理工作產生影響，因此需對工程后期加固治理的經濟和技術可能性進行評價。

e. 除險加固工程環境影響。主要包括對自然環境、社會環境和生態環境的可恢復性和不可恢復性影響。

3 結 語

依照《中央政府投資項目后評價管理辦法》，并結合我國水閘主要病險問題，構建了病險水閘除險加固效果評價指標體系。這些研究有助于解決當前病險水閘除險加固主要依靠單一效

能指標進行評價的缺陷，提高除險加固效果評價的系統性和精確性。然而，水閘病險成因復雜、種類多，導致各工程的加固治理目標、效益和影響具有一定的差異性，在實際使用本文建立的評價指標體系時，需要結合工程病險問題，對指標體系中的二級評價指標有所取舍。

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