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3.5 水闸安全评估指标参数的获取及处理

本书提出的水闸安全评估指标体系基于水闸安全评估工作具体内容,其初始参数的获取可以通过现状调查、安全检测和安全复核三部分工作获取。

3.5.1 现状调查

水闸现状调查是在以往定期检查、不定期检查、特别检查、安全鉴定和观测资料等相关技术资料收集、分析的基础上,对水闸现状进行的全面检查,进而对水闸存在问题和缺陷的原因及其影响进行初步分析,提出需要进一步安全监测和安全复核的项目。现状调查内容包括工程技术资料收集、现场检查和现状调查分析。

水闸现场检查是进行水闸安全评估的重要依据,根据资料整理和分析结果,分部位、分部件全面调查分析。调查人员以水闸运行管理人员或具有一定工作经验者为主,调查方法以目测为主,并借助卷尺、照相器材等简单工具,调查结果尽可能准确地记录和描述。水闸现场检查的重点是水闸的薄弱部位和隐蔽部位,主要内容包括以下三个方面。

3.5.1.1 土建工程

水闸土建工程主要包括土方工程、砌石工程及混凝土工程。

土方工程主要调查内容包括:①雨淋沟、塌陷、裂缝、渗漏、滑坡和白蚁、害兽情况;②排水系统、导渗及减压设施损坏、堵塞、失效情况;③闸室与堤防连接段渗漏情况。

砌石工程主要调查内容包括:①块石护坡是否塌陷、松动、隆起、底部淘空,垫层是否散失;②墩、墙等是否倾斜、滑动,勾缝是否脱落,是否有裂缝;③排水设施是否堵塞、损坏等。

混凝土工程主要包括闸室段钢筋混凝土闸墩、岸墙(边墩)、底板、胸墙、工作桥、交通桥、闸门(对于采用混凝土闸门的工程)及上下游连接段的混凝土构件等。混凝土结构的常见病害有混凝土建筑物裂缝、腐蚀、磨损、剥蚀、露筋(网)、钢筋锈蚀及冻融损伤、伸缩缝止水损坏漏水或填充物流失等。调查时,应结合平时的运行管理记录,首先对混凝土结构进行全面的查勘,然后重点检查病害部位。主要检查内容包括:①裂缝、腐蚀、磨损、剥蚀、露筋(网)、钢筋锈蚀及冻融损伤情况;②伸缩缝止水损坏、漏水及填充物流失情况。

3.5.1.2 金属结构及电气设备

金属结构及电气设备主要包括闸门、启闭机及电气设备。

闸门主要有钢闸门、钢丝网水泥闸门、钢筋混凝土闸门及小型木闸门等。检查时,应结合平时的运行管理记录,首先对闸门进行全面查勘,然后重点检查病害部位。闸门的检查主要以钢闸门为主,钢筋混凝土闸门的检查可参照混凝土结构的检查方法,小型木闸门的检查以目测为主。闸门现场调查内容主要包括:①闸门是否完好,门体有无锈蚀、变形与损坏;②支承行走机构运转灵活性;③止水装置完好性;④闸门是否振动。

启闭机型式大致可分为固定卷扬式启闭机、移动式启闭机、螺杆启闭机和液压启闭机四类。启闭机常见病害有启闭机机械运转异常、制动失灵、腐蚀和异常声响,钢丝绳断丝、磨损、锈蚀、接头不牢、变形,零部件缺损、裂纹、磨损及螺杆弯曲变形,油路不畅、油量油质不合规定,保护装置缺损等。启闭机主要调查内容包括:①启闭是否灵活;②是否存在机械运转异常,制动失灵,异常声响和腐蚀;③钢丝绳是否断丝、磨损、锈蚀,接头是否牢固、变形;④零部件是否缺损、裂纹、磨损、弯曲变形等;⑤油路是否通畅,油量和油质是否符合规定;⑥保护装置是否缺损;⑦启闭机是否振动。

电气设备主要包括变配电设备、电动机、操作设备、配电线路、自备电源、建筑物的防雷设施及变压器,其中变压器应按供电部门规定的要求执行。主要调查内容包括:①电气设备和操作设备是否完好,型号是否已淘汰,操作、安全保护装置是否准确可靠,备用电源是否完好等;②配电线路是否老化、正常;③建筑物的防雷设施是否完备、安全,接地是否可靠、符合规定等;④自动化设施运行是否安全可靠。

3.5.1.3 管理设施

管理设施主要包括管理房、通信设施、交通道路及交通工具、工程安全观测设施等。主要调查内容包括:①管理房是否完好,能否安全使用;②有无通信设施及汛期应急通信设施;③防汛交通道路是否完好;④工程观测包括测压管的有效性、基准高程点的可靠性、河床变形观测断面桩的完好性、各种观测标点的完好性;⑤各种观测记录是否完整。

3.5.2 安全检测

3.5.2.1 土建工程

水闸安全评估中土建工程的主要检测项目一般包括:地基土、填料土的基本工程性质,防渗、导渗与消能防冲设施的有效性和完整性,砌石结构的完整性,混凝土结构的强度、变形和耐久性等。

(1)地基及填土。主要检测地基土和填料土的抗剪强度、压缩模量等基本工程性质指标,可采用野外鉴别、标准贯入试验、轻便触探试验等方法按相应规范规程确定。

(2)防渗和导渗及消能防冲设施。检测内容主要包括是否存在止水失效,结构断裂,基土流失,冲坑和塌陷,海漫、消力池冲刷及裂缝等,还包括判断水闸地基是否发生渗流等内容。伸缩缝止水失效主要观察止水有无损坏、渗水和其他渗出物等情况。水闸止水失效主要观察闸门是否渗水、止水带是否有弹性;同时要判断其危害程度。结构断裂主要观察裂缝处有无渗水现象及水流浑浊程度,判断有无土体流失。基土流失主要观察排水孔、减压井排出水流的浑浊程度,判断有无土体流失。冲坑和塌陷主要测量其发生部位、面积及深度,检查有无渗流。海漫、消力池主要观察有无淤积、冲刷破坏和裂缝等情况,判断是否发生渗流现象。

(3)砌石结构。检测内容一般包括外观质量与缺陷检测、砌石尺寸和平整度检测、变形与损伤检测。当水闸闸室段为土石结构并需要进行复核计算时,还应检测砌筑砂浆的抗压强度和砌体的强度。砌筑块材和砂浆的强度可参照GB/T 50344—2004《建筑结构检测技术标准》执行。

(4)水闸混凝土结构。检测内容一般包括混凝土构件外观质量与缺陷检测、混凝土抗压强度检测、变形与损伤检测及钢筋的配置与锈蚀检测。对于承重结构荷载超过原设计荷载而产生明显变形的,有条件的情况下,应检测结构的应力和变形值;结构因受侵蚀性介质作用而发生腐蚀的,应测定侵蚀性介质的成分、含量和结构的腐蚀程度。

混凝土结构构件的外观质量与缺陷检测主要包括:①裂缝,包括非受力裂缝和受力裂缝;②剥落、露筋、掉棱、缺角、蜂窝、麻面、表面侵蚀、冻融破坏等;③内部空洞、离析、结合面质量等内部缺陷。

混凝土强度是现场安全检测的主要内容之一。混凝土强度检测方法可分为无损检测和有损检测两类。无损检测方法有回弹法、超声回弹综合法等;有损检测方法有钻孔取芯法、拔出法等。

变形检测主要包括构件的挠度、结构的倾斜和基础不均匀沉降等。混凝土构件的挠度可用水准仪或百分表测量。结构的倾斜可用经纬仪、全站仪或吊锤测量。基础的不均匀沉降,可用水准仪检测,当需要确定基础沉降的发展情况时,应在混凝土结构上布置固定观测点进行观测,基础的累计沉降可依照基准高程点测量推算,观测操作应遵守JGJ 8—2016《建筑变形测量规范》的规定。

损伤检测内容主要包括环境侵蚀损伤、灾害损伤、人为损伤、混凝土有害元素造成的损伤检测。

钢筋的配置与锈蚀检测内容主要包括钢筋间距和保护层厚度、钢筋直径及钢筋锈蚀性状检测。钢筋间距和保护层厚度,可利用地质雷达或钢筋探测仪进行检测,必要时凿开混凝土进行验证。钢筋直径利用钢筋探测仪进行检测。钢筋锈蚀情况可采用剔凿法、电化学测定法和综合分析法检测。

3.5.2.2 金属结构及电气设备

闸门和启闭机主要检测外观质量、材料材性、焊缝质量、闸门启闭力、应力等,主要依据SL 101—2014《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》的相关规定进行。按SL 226—1998《水利水电工程金属结构报废标准》中相关规定,可以确定报废的钢闸门和启闭机不再进行检测。

电气设备检测内容主要包括配套电动机的电气性能、输电线路和备用电源的完好性、防雷接地设施和安全保护装置的可靠性、动力成套配电(控制)柜的操作灵敏性。电气设备检测方法主要按照相关规程规范进行。

3.5.2.3 管理设施

管理设施的管理房、防汛交通道路等可按上述土建及混凝土工程相关指标进行检测。观测设施重点检测基准高程点的可靠性(是否损坏、是否满足要求),测压管的有效性(是否失效、灵敏度),河床变形观测断面桩的完好性,以及各种标点的完好性。

3.5.3 安全复核

水闸安全复核与分析主要包括4个主要方面,即防洪安全、结构安全、渗流安全和金属结构及电气设备安全。

3.5.3.1 防洪安全复核

水闸防洪安全复核是依据最新的水文、规划成果,按照现行的规范、规程对现状水闸的过流能力、闸顶及门顶高程和消能防冲进行复核计算,以验证水闸是否满足防洪安全。

1.水文、规划复核

对于无水文站控制流量资料的地区,水闸设计洪水复核计算采用长系列雨量资料和流域各省区水利工程水文计算方法。对于有水文站控制流量资料的地区,水闸按照延长年限后的河道流量资料推求过闸设计流量。

根据复核的设计洪水成果与原设计成果进行对比,提出水闸安全评估采用的设计洪水成果。

2.闸顶及门顶高程复核

水闸闸顶高程根据挡水和泄水工况的不同,按照SL 265—2016《水闸设计规范》相关公式进行复核计算,取其中的较大值,对于位于防洪(挡潮)堤上的水闸,其闸顶高程不得低于防洪(挡潮)堤堤顶。露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上有0.3~0.5m的超高;涵洞式、胸墙式水闸的闸门顶止水应与顶部门楣可靠水封。

3.过流能力复核

根据水文规划确定的流量及其相应水位复核现状水闸的过流能力,计算一般分为设计洪水和校核洪水两种工况,对有排涝要求的水闸,还应计算其排涝工况。对于设计流量发生较大变化的大型水闸,可按照规范要求进行水工模型试验验证过流能力;有实测过流记录的,也可根据实际过流能力复核过闸流量;对于挡潮闸,还应考虑海潮对过流能力的影响。

4.消能防冲复核

消能复核计算应根据水力设计、水工模型试验以及批准的闸门控制运用办法确定闸门开度,根据下游水位流量关系查取不同流量时的下游水深,按相关规范复核消力池深度、长度和底板厚度。

防冲能力复核计算包括海漫长度及防冲槽深度。海漫长度及防冲槽深度应考虑可能出现的不利水位、流量组合情况根据SL 265—2016《水闸设计规范》附录公式复核计算。

3.5.3.2 结构安全复核

1.结构稳定复核

水闸结构稳定复核一般包括闸室基底应力及不均匀系数、抗滑(倾)和抗浮稳定复核,岸墙、翼墙基底应力及不均匀系数、抗滑和抗倾稳定复核。水闸结构稳定计算采用单一安全系数法,荷载采用标准值。

遭遇地震情况下水闸沿基础底面抗滑稳定计算可在确定地震作用效应后,按照SL 203—1997《水工建筑物抗震设计规范》和SL 265—2016《水闸设计规范》的公式进行计算。

2.结构强度复核

水闸结构强度应根据结构受力条件及工程地质条件进行复核。水闸结构应力分析应根据各分部结构布置型式、尺寸及受力条件等进行。闸室的结构应力复核时可按平面问题分别计算各分部结构。涵洞式、双层式或胸墙与闸墩固支连接的胸墙式水闸,其闸室结构应力可按弹性地基上的整体框架结构进行计算。受力条件复杂的大型水闸闸室结构宜视为整体结构,采用空间有限单元法进行应力分析。

水闸钢筋混凝土结构构件的抗震验算,应按照SL 191—2008《水工混凝土结构设计规范》进行截面承载力抗震验算。

3.结构变形复核

土基尤其是软土地基上的水闸,其沉降往往不均匀且沉降值较大时,可能造成闸室倾斜、底板开裂,严重影响水闸的安全运用。软土地基上的水闸应进行沉降复核计算。地基沉降计算,一般只计算最终沉降量,地基最终沉降量通常采用分层总和法计算。

4.闸基抗震安全性复核

根据SL 203—1997《水工建筑物抗震设计规范》规定,对设计地震烈度超过6度的水工建筑物,应进行抗震设计。对烈度在9度以上的工程还应进行专门的抗震安全研究。水闸地震作用效应计算可采用动力法或拟静力法,设计烈度为8、9度的1、2级水闸或地基为可液化土的1、2级水闸,应采用动力法进行抗震复核计算。

5.闸基处理复核

闸基处理根据工程具体采用的地基处理方式,结合闸的实际沉降变形情况,采用相关规范进行复核。

3.5.3.3 渗流安全复核

水闸渗流安全复核主要包括闸基渗流计算复核和闸室侧向绕渗计算复核,同时需复核工程的防渗与反滤排水设施完好性,核查工程运行中是否发生渗流异常现象,分析对工程安全运行的影响。

1.渗流复核计算

闸基渗流计算复核应根据地质条件和水闸上、下游水位差等因素,结合闸室、消能防冲和两岸连接布置进行综合分析计算。复核计算常用的方法有渗径系数法、改进阻力系数法和流网法。闸室侧向绕渗可用流网法进行复核计算。

2.防渗排水设施完好性

水闸防渗措施主要有水平铺盖和垂直截渗两大类,排水设施主要有水平排水沟槽和排水减压井两大类。防渗排水设施完好性的复核需结合现场检查资料、运行监测资料和勘探试验资料等进行综合分析。

3.渗流异常情况

水闸渗流异常主要出现在工程运行过程中,渗流异常情况对水闸的影响应结合工程运行观测资料综合分析,主要分析以下内容:①渗透压力和渗漏量的观测资料;②下游渗漏水是否出现浑浊或可疑物质;③闸址区是否存在严重冒水翻砂、松软隆起或塌陷;④下游岸坡或岸墙、翼墙后填土是否出现塌陷或出水;⑤其他渗流异常情况。

3.5.3.4 金属结构及电气设备安全复核

1.金属结构复核

金属结构复核内容主要包括闸门、埋件及启闭机的复核。

闸门安全复核内容包括强度、刚度和稳定性复核。平面钢闸门重点复核面板、主梁、边梁、主支承和吊耳等主要构件。弧形钢闸门重点复核面板、主框架(主梁和支臂)、支铰和吊耳等主要构件。铸铁闸门重点复核面板、主梁和吊耳等主要构件。埋件按SL 74—2013《水利水电工程钢闸门设计规范》附录公式复核计算。对埋件发生严重锈蚀或磨损的,应按实际截面进行强度复核。

启闭机主要对启闭设备容量和重要的零部件进行安全复核。启闭设备容量按SL 74—2013《水利水电工程钢闸门设计规范》规定的启闭力和启闭机公式计算。滑块、滚轮和支铰轴套摩擦系数可视工程情况分别按照规范规定数值和根据安全检测结果或重新试验确定数值分别计算。卷扬式启闭机需重点对发生腐蚀的主要承重构件进行结构应力计算和钢丝绳应力复核。螺杆启闭机重点复核螺杆稳定性,液压启闭机重点复核活塞杆稳定性。

2.电气设备复核

电气设备安全复核应根据相关规范重点复核水闸供电电源、通信设施、电气设备、防雷接地装置等是否满足水闸安全可靠运行的要求。

供电电源根据SL 265—2016《水闸设计规范》要求复核供电电源及事故备用电源是否符合规范要求并安全可靠。对于具有泄洪、挡洪功能的水闸应配备柴油发电机组作为备用电源。通信设施根据SL 265—2016《水闸设计规范》的要求复核通信设施是否符合规范要求并安全可靠。一般大型水闸和重要的中型水闸,特别是分蓄洪区的水闸,必须具有两种以上的通信方式,并应具备有线与无线的转接功能。电气设备根据闸门控制运用方式,复核变压器(柴油发电机组)容量。计算机监控系统参照DL/T 822—2012《水电厂计算机监控系统试验验收规程》的要求复核计算机监控系统是否符合规程要求并安全可靠。防雷接地装置应现场检测其完好程度及可靠性,复核接地电阻是否符合设计及规范要求。 rbuch0yjOjs2UIkyH++wU6INoNnJXZVqZLDkh4ijTRrm3wBh1ZkVHpweYN7TDOeF

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