淡江河泵閘安全性態分析

梁景奇

(上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201707)

1 工程概況

淡江河泵閘，又名李巷泵閘，位于嘉定區真新街道，泵閘所在河道為淡江河，外河為新槎浦，泵閘室距離新槎浦約40.0 m，主要功能為防洪、排澇及水資源調度[1]。

淡江河泵閘于2015年竣工，工程為Ⅲ等工程，主要建筑物為3級，結構型式為“泵室+閘室”，泵站設計流量6 m3/s，配備雙向運行潛水貫流泵，單泵設計流量為3 m3/s，配套電機功率160 kW，總裝機功率320 kW。閘門為4.0 m寬平面鋼閘門，采用卷揚式啟閉機[1]。泵閘順水流方向長度依次為：內河防沖槽5.0 m、內河海漫段12.0 m、內河消力池9.0 m、泵閘室15.0 m、外河消力池10.0 m、外河海漫段15.0 m、外河防沖槽5.0 m，總長度71.0 m。泵閘垂直水流方向寬度12.9 m，其中節制閘閘孔凈寬4.0 m，邊墩及與泵室之間隔墩均寬0.80 m；泵室凈寬5.4 m，邊墩厚0.8 m。閘室采用低堰底板，堰頂高程0.5 m，與內河河底齊平，堰頂寬3.0 m，兩側以坡度1∶3.0至-0.3 m高程，堰高0.8 m，閘底板底高程-1.5 m。泵室底板頂高程-0.7 m，底板底高程-1.5 m，泵室內底板厚0.8 m，泵室外底板與閘室底板保持一致，厚1.2 m。

淡江河泵閘自2015年建成投入運行，為保證該泵閘能夠安全運行，繼續發揮工程效益，有必要分析研究其安全狀態情況，確定其安全類別[2-3]，為管理單位安全運行提供科學依據。

2 土建結構安全分析

2.1 混凝土抗壓強度分析

為了準確評價泵閘部位混凝土結構安全狀態，本次采用回彈兼取芯修正的方法對內河翼墻、閘墩、泵室側墻、控制室柱混凝土抗壓強度進行檢測[4]。本次混凝土結構檢測成果見表1。

表1 混凝土構件抗壓強度檢測

由表1可知，采用回彈兼取芯修正的方法測得南側排架柱、北側排架柱、泵室西側墻、南側閘墩、南側消力池擋墻、泵室東側墻、北側閘墩、工作橋梁的混凝土抗壓強度推定值分別為32.7 MPa、32.4 MPa、32.3 MPa、33.1 MPa、32.9 MPa、32.5 MPa、36.8 MPa、31.1 MPa。所測構件部位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》(SL 191—2008)有關混凝土最低強度等級要求[5]。

2.2 混凝土保護層厚度及鋼筋間距分析

混凝土保護層厚度采用鋼筋定位儀進行檢測，現場檢測時依據《混凝土中鋼筋檢測技術標準》(JGJ/T 152—2019)中混凝土保護層厚度的測試方法進行，利用鋼筋定位儀直接量測混凝土中的鋼筋保護層厚度，并做好標記，采用鋼卷尺量測鋼筋間距。本次混凝土結構保護層厚度及鋼筋間距檢測成果見表2。

表2 混凝土結構保護層厚度及鋼筋間距檢測成果

由上述檢測成果、泵閘竣工圖及有關規范可知，抽檢部位的混凝土保護層厚度和豎向鋼筋間距基本上都符合設計及規范要求，只有泵閘閘墩鋼筋保護層厚度不滿足規范的要求。

2.3 混凝土碳化深度分析

采用沖擊電鉆，在抽測部位打一個深度約15 mm的小孔，清除孔洞中的粉末和碎屑，并立即用濃度為1%的酚酞酒精溶液噴灑在孔洞內壁，然后用游標卡尺測量表面至深層不變色、有代表性的交界處的距離即為混凝土碳化深度。

由檢測成果可知，抽檢的外河側消力池擋墻、排架柱、閘室、閘墩、工作橋混凝土碳化深度均小于混凝土保護層厚度，鋼筋處于混凝土的堿性保護之中，不易銹蝕；電位-200～-350 mV。現場對排架柱、閘室、閘墩、工作橋鋼筋剝開驗證，鋼筋未發現銹蝕。

2.4 土建結構病害分析

采用目測、尺量等方法檢測混凝土結構及砌體結構的質量狀況，檢測結果如下。

(1)外河側翼墻。南、北兩側翼墻為鋼筋混凝土結構，經檢查未發現較明顯的缺棱掉角、蜂窩、孔洞、裂縫等質量缺陷，兩側翼墻與流道分縫內止水材料未發現破損脫落現象。

(2)閘站段。兩側排架柱未發現混凝土有破損及露筋現象；南、北兩側閘墩表面未發現有混凝土破損及露筋現象；工作橋內、外河側板表面及板底均未發現混凝土有破損及露筋現象，護欄完好；控制室地面鋪設地板磚，表面及板底均未發現有破損，墻體未發現有裂縫及滲水現象。

(3)內河側翼墻。內河兩側翼墻混凝土表面未發現有破損及露筋現象。兩側翼墻與流道側分縫處止水材料未發現有破損及脫落現象。

2.5 土建檢測結果分析

綜合上述檢測成果可知，淡江河泵閘混凝土結構及內外側翼墻均較為完好，未發現質量缺陷，現狀滿足運行要求。

3 金屬結構及機電安全檢測分析

(1)水閘鋼閘門安全復核為基本安全，閘門整體外觀良好，表面涂層基本完好；閘門面板側水下部分局部可見輕微銹蝕；滑輪局部可見涂層起殼脫落，滾輪外觀一般，表面可見老化銹蝕，運行時滾輪均無法正常轉動；閘門側止水壓板螺栓表面有輕微銹蝕現象，兩側及底部止水橡皮可見老化龜裂；閘門表面涂層基本完好，水下部分局部可見少量銹斑；閘門門體的防腐層總厚度不滿足規范及設計要求；焊縫外觀及焊縫內部質量抽檢結果均符合相關規范要求。

(2)水閘為單路永久供電，無備用電源；水閘工作閘門啟閉機電動機的絕緣電阻、運行時三相電流均符合規范要求，運行噪聲偏大，不符合規范要求；泵站啟閉機的絕緣電阻、直流電阻及吸收比均符合相關規范的技術要求；所有線路均接線可靠，無亂拉亂接，超荷載工作等現象；泵閘無自動控制系統，未設置監控設備。

經對淡江河泵閘閘門、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、鋼板厚度均符合要求，但閘門門體的防腐層總厚度不滿足規范及設計要求。

4 安全復核計算分析

本次淡江河泵閘安全復核計算主要包括：防洪標準復核、滲流安全復核、結構安全復核及抗震安全復核[6]。

4.1 復核計算依據

根據特征水位，淡江河泵閘室穩定計算水位組合見表3。

表3 泵閘室整體穩定復核計算水位組合

泵閘室防滲計算水位組合取整體穩定計算水位組合中水頭差最大的組合。滲流計算水位組合見表4。

表4 泵閘室滲流穩定計算水位組合 m

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。

該泵閘所處地區動反應譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度為0.1 g，相當于地震基本烈度取7度。

4.2 安全復核分析成果

(1)防洪標準復核分析。淡江河泵閘為Ⅲ等工程，主要水工建筑物為3級。主要水工建筑物防洪高程復核如表5。

表5 淡江河泵閘閘頂高程和堤頂計算成果

根據表5可知，淡江河泵閘內外河側翼墻、閘門頂高程、堤頂高程均滿足規范要求。

(2)滲流安全復核分析。本次泵閘滲流穩定復核采用改進阻力系數法計算，各滲流段阻力系數計算參數、阻力系數計算值及各段水力坡降如表6。

表6 淡江河泵閘地下滲流段阻力系數計算參數及阻力系數

淡江河泵閘基底位于③層的淤泥質粉質黏土，塑性指標<17，根據《水閘設計規范》(SL 265—2016)6.0.4條規定[7]：水平段允許滲透坡降為0.25～0.35，出口段允許滲透坡降為0.50～0.60。由計算結果可以看出，水平段和出口段滲透坡降均滿足規范要求。

(3)結構安全復核分析。根據《水閘安全評價導則》(SL 214—2015)，結構安全復核包括穩定與結構應力復核，以及消能防沖復核。穩定計算成果如表7。

表7 泵閘穩定計算成果匯總

根據竣工圖及地勘報告，淡江河泵閘基底位于③層的淤泥質粉質黏土，地基承載力特征值為55.00 kPa，采用水泥攪拌樁(φ600 mm，L=7 m，間距1.2 m)對地基進行了處理，采用復合地基對地基承載力進行計算。經計算，處理后地基承載力特征值為101.35 kPa。綜上所述，該泵閘平均基底應力、最大基底應力、基底不均勻系數、抗滑穩定及抗浮穩定均滿足規范要求。泵閘消能防沖復核成果見表8。

表8 泵閘消能防沖復核成果

根據表8可知，外河側的最大消能工長度為8.48 m，內河側最大消能工長度為7.32 m，最大消力池底板厚度為0.29 m、最大沖刷深度為0.76 m。因實際外河側消力池長10.0 m，內河側消力池長9.0 m，內外河側消力池厚度0.7 m、防沖槽深度1.0 m，故消能防沖能力滿足要求。

本次泵閘結構應力復核運用ABAQUS三維有限元軟件進行分析，計算模型見圖1～圖2。泵閘承載能力復核計算成果如表9。

圖1 泵閘室三維簡化模型圖

圖2 泵閘室三維有限元模型圖

表9 泵閘承載能力復核計算成果

根據表9查知，泵閘底板和閘墩配筋滿足規范要求。

5 結 語

(1)根據《水閘安全評定導則》、《水閘安全鑒定管理辦法》相關規定，結合上述分析結果知，淡江河泵閘運用指標基本達到設計標準，工程存在一定損壞，經大修后，可達到正常運行，故評定該泵閘為二類閘。

(2)根據上述安全評價分析結論，建議對混凝土結構進行防碳化處理；對鋼閘門進行重新防腐，對攔污柵進行防腐處理；對節制閘啟閉機進行維修；建議配備備用電源，對機電設備進行更新改造。