李樓節制閘安全性態分析研究

任小飛

（中工武大設計研究有限公司安徽分公司 合肥 230001）

1 工程概況

李樓節制閘座落于江蘇省徐州市豐縣常店鎮李樓自然村東，始建于1971年，原設計15 孔閘門，每孔凈寬5m，在省、市有關部門的大力支持幫助下，2003年省計委、省水利廳批準李樓節制閘在原址拆除重建，工程于2003年10月動工，2004年6月12日通過市級組織的水下部分驗收，2007年12月竣工。重建后的節制閘7 孔，每孔凈寬8m，閘門采用鋼閘門，配2×10t 卷揚式啟閉機。閘底板高程33.0m，閘門頂高程37.5m。工程按10年一遇設計，設計流量605m3/s，相應閘上水位37.70m，閘下水位37.55m；20年一遇校核，流量820 m3/s，相應閘上水位39.24m，閘下水位39.04m。

李樓節制閘已運行多年，為了維持水閘的正常運行并發揮工程效益，有必要分析研究其安全性態，根據水利部標準《水閘安全鑒定規定》（SL214-98），確定水閘安全類別，為管理單位安全運行提供科學依據。

2 土建結構安全性態分析

2.1 混凝土結構強度

為了準確評價水閘部位混凝土結構安全性能，此次采用回彈法、鉆芯法對混凝土結構進行檢測。混凝土結構檢測成果見表1。

由表1可知：采用回彈法、鉆芯法測得閘墩、排架、交通橋面板、上游翼墻、下游翼墻的混凝土強度分別為25.2MPa、25.1MPa、30.0MPa、25.0MPa、25.6MPa。所測構件的混凝土強度滿足設計要求，也滿足《水工混凝土結構設計規范》（SL191-2008）有關混凝土最低強度等級要求。

表1 混凝土構件強度檢測表

2.2 混凝土碳化深度

采用沖擊電鉆，在構件表面垂直打一直徑約15mm 左右的孔，深度略超過碳化深度，用橡皮吹氣球除去鉆孔中的碎屑及粉末，用砂紙及軟布擦去孔壁粉末，然后立即用濃度為1%的酚酞酒精溶液均勻地噴灑在孔洞內壁，當已碳化與未碳化界線清楚時，再用碳化深度測量儀或其他深度測量器具測量已碳化與末碳化混凝土交界面至混凝土表面的垂直距離多次，取其平均值，該距離即為該測區的碳化深度值，每次讀數精確至0.5mm。

由檢測成果可知：該工程各構件混凝土的碳化深度不均勻。閘墩的碳化深度較小，其值在7.0～14.0mm之間，最大值出現在3#孔左閘墩，其值達14.0mm；排架的碳化深度較大，其值在14.0～37.0mm 之間，最大值出現在2#孔右排架，其值達37.0mm；交通橋面板的碳化深度不均勻，其值在8.0～18.0mm 之間，最大值出現在6#孔交通橋面板，其值達18.0mm；上游翼墻的碳化深度不均勻，其值在7.0～21.0mm 之間，最大值出現在上游左側翼墻，其值達21.0mm；下游翼墻的碳化深度較小，其值在4.0～13.0mm 之間。

2.3 混凝土保護層厚度

對每個構件，根據受力主筋的走向，選擇五個點，用瑞士PROCEQ 公司制造的SCONLOG-B 型鋼筋位置測定儀測定混凝土保護層厚度。

李樓節制閘混凝土保護層測值和碳化深度分布見圖1。

圖1 李樓節制閘混凝土保護層測值和碳化深度分布圖

由檢測結果可知：閘墩的實測混凝土保護層厚度大于最大碳化深度，大于《水工混凝土結構設計規范》（SL 191-2008）規定的最小保護層厚度，部分閘墩的實測混凝土保護層厚度小于原設計要求；排架的實測混凝土保護層厚度小于最大碳化深度，也小于《水工混凝土結構設計規范》（SL 191-2008）規定的最小保護層厚度及原設計值；交通橋面板的實測混凝土保護層厚度大于最大碳化深度，也大于《水工混凝土結構設計規范》（SL 191-2008）規定的最小保護層厚度及原設計值；上游翼墻的實測混凝土保護層厚度大于最大碳化深度，也大于《水工混凝土結構設計規范》（SL 191-2008）規定的最小保護層厚度及原設計值；下游翼墻的實測混凝土保護層厚度大于最大碳化深度，也大于《水工混凝土結構設計規范》（SL 191－2008）規定的最小保護層厚度及原設計值。

2.4 混凝土結構病害

鋼筋混凝土結構病害的檢測主要是從裂縫寬度、長度、走向、位置、表面特征，混凝土是否膨脹、剝落，鋼筋是否銹蝕等幾個方面來進行檢測并綜合判斷。該工程各組成部分病害較少， 3#孔左排架根部混凝土脹裂，鋼筋銹蝕。

2.5 檢測結果分析

鑒于以上結論，李樓節制閘混凝土結構均較為完好，建議進一步加強對該工程維修養護。

3 閘門及啟閉機安全性態分析

（1）抽檢2#、3#鋼閘門焊縫探傷、涂層厚度、鋼板腐蝕、鋼板厚度均符合要求，主要構件無折斷、損傷。

（2）啟閉機及其附屬設施完整，啟閉機主要零部件無損傷、裂紋、變形，動力系統工作正常，均符合要求。

經對李樓節制閘閘門、啟閉機檢測分析，啟閉機性能狀態符合要求；閘門外觀總體符合要求，焊縫探傷、涂層厚度、鋼板腐蝕、鋼板厚度均符合要求。

4 安全復核計算分析

4.1 復核計算工況及荷載組合

此次安全性態分析計算主要包括：節制閘過流能力安全性態計算、消能及防沖設施安全性態計算、防滲設施安全性態計算、穩定安全性態計算、結構安全性態計算。

此次消能及防沖設施安全性態計算、防滲設施安全性態計算考慮設計、校核兩種工況；而穩定及結構計算考慮設計、校核、檢修、地震四種工況。此次復核計算水位及流量組合見表2。

表2 復核計算水位表

計算考慮的荷載為結構自重、水重、水壓力、揚壓力、地震荷載等。

揚壓力為滲透壓力和浮托力之和，滲透壓力值采用前述滲流計算成果，浮托力考慮下游水位的影響。上游水壓力計算時考慮止水的影響，止水以上按靜水壓力考慮，止水以下按揚壓力計算。

該閘所處場地區動反應譜特征周期為0.40s，地震動峰值加速度處于為0.05g，相當于地震基本烈度處于6 度。

4.2 安全性態分析內容

防滲設施計算主要驗算閘基的防滲長度，同時采用改進阻力系數法計算滲流出口處坡降及水平坡降。

穩定計算主要包括閘室穩定、翼墻的穩定計算，主要計算在各工況下的抗滑穩定安全系數、地基承載力、地基應力不均勻系數。

結構計算主要包括閘室結構、翼墻結構、閘門結構、工作橋結構、交通橋結構的計算，主要計算在各工況下的結構強度。此次借助ABAQUS 三維有限元軟件進行計算。

4.3 安全性態分析結果

（1）各工況下該閘過流能力均能滿足要求。

（2）各工況下消力池長度、厚度、海漫長度均能滿足要求。

（3）出口坡降滿足要求，水平段的水平坡降全滿足要求，因此，地基滲流穩定滿足要求。

（4）在各種計算工況下，閘室抗滑穩定安全系數、地基承載力均滿足要求，設計工況下地基應力不均勻系數基本滿足規范要求，其他工況地基應力不均勻系數均滿足要求。

（5）上下游翼墻地基承載力、地基應力不均勻系數、抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。

（6）閘室底板面層、底層、閘墩、排架的配筋均滿足要求。

（7）鋼閘門面板、主梁強度均滿足要求，選擇QPQ2×100 的啟閉機滿足要求。

（8）工作橋橫梁、縱梁正截面強度、斜截面抗剪強度均滿足要求。

（9）交通橋橋板抗彎強度、抗剪強度、裂縫寬度也滿足要求。

5 結論與建議

（1）李樓節制閘運行至今，檢測表明結構外觀完整、無明顯缺陷，總體安全度基本滿足設計、規范要求；復核計算表明過流能力、消能防沖、抗滲穩定、閘室穩定、翼墻穩定、混凝土結構承載能力、鋼閘門性能等均能滿足規范要求。

（2）根據以上李樓節制閘的安全性評估和適用性評估，現場檢測結構物基本完好，復核計算指標滿足規范要求，建議李樓節制閘評為一類閘、運用指標能達到設計標準，無影響正常運行的缺陷，按常規維修養護即可保證正常運行。

（3）根據安全評價結論，李樓節制閘的閘室主體主要子項目符合國家現行規范要求，建議進一步加強對工程的維護■