病險水閘安全監測方式探討與分析

高衛喜

（鹽城市新洋港閘管理所，江蘇 鹽城 224049）

1 概 況

某閘是蘇北里下河地區排澇擋潮控制工程之一。工程于1971年11月動工興建，1972年6月竣工放水。設計排水流域面積865 km2，設計日平均排澇流量200 m3/s。最大流量1 418 m3/s，為大（2）型擋潮閘。全閘共16孔，其中15 孔為排水孔，北岸第一孔為通航孔，全閘總寬96.6 m。閘底板采用反拱型式，全閘16 孔底板與閘墩座連成整體不分縫，成為十六跨連拱結構。閘室下游設公路橋1 座，工作橋采用鋼筋混凝土T 型簡支梁。閘上游設寬1.5 m工作便橋1座。投入運行50年以來，累計開閘2萬余潮次，排除澇水600億m3，為保障里下河地區人民生產生活的穩定和經濟持續發展發揮了良好的工程效益和社會效益。

為保障水閘、大壩等水利工程安全可靠運行，要定期且準確觀測和分析水工建筑物的沉降、裂縫、滲壓等情況［1］。水閘安全監測是作為保證水工建筑物安全的重要手段，有助于及時發現異常情況，為管理單位及時、高效、經濟和高質量地解決水閘工程存在的實際問題提供決策依據。監測應采用固定周期頻次與日常不間斷監測相結合方式進行，定期對監測數據進行評估分析。

2 安全鑒定

經多年頻繁運行，在復雜的自然條件和外力作用下，水閘材料性能和受力狀態不斷變化，工程病害險情不斷發生，功能下降。建閘以來該閘共進行了4 次較大規模的維修加固。經過安全鑒定發現反拱底板多孔出現裂縫，底板面層局部麻面或粗糙，閘門南北側底部混凝土結構多孔損壞導致漏水現象，兩側邊孔排架均出現橫向裂縫等眾多較大安全隱患。2017 年8 月被江蘇省水利廳評定為四類水閘。

3 監測及數據分析

主要監測內容為沉陷監測、河道斷面監測、裂縫監測、水平位移監測、揚壓力監測等［2］，其中沉陷、水平位移監測每周進行1 次，河道斷面監測每季度1 次，其余項目都實現自動化全天候監測。

3.1 底板裂縫監測

2017年先后3次通過水下潛水檢查對閘底板裂縫進行監測拍照，整個上下游底板共有14 條縫，本文選取2017年5月、2021年3月、2021年12月的4條縫進行對比，見表1。

表1 水下檢測底板裂縫情況

由表1 可知，該閘在2017 年鑒定為四類閘后，在采取公路橋禁止車輛通行、通航孔禁止船舶通航等一系列安全應急措施后，反拱底板裂縫數量、長度、寬度不斷增加，表明反拱底板裂縫仍在發展。

3.2 排架裂縫監測

2013 年發現北側通航孔邊墩排架存在上下兩道水平裂縫，裂縫基本處于排架變截面處，裂縫深度較深，基本貫穿，裂縫寬度為0.1~0.5 mm。2014年4 月對裂縫修補采用化學壓力注漿碳纖素補強。2016發現表面碳纖素補強又出現裂縫損壞，位置還在原有裂縫處且16 號排水孔南邊墩排架也出現裂縫，裂縫均出現在排架距地面0.6 m和3.3 m處的變截面處，距地面3.3 m 處有1 條四周交圈水平裂縫，并已貫穿。

為對南、北側排架裂縫進行觀測，2018 年底在南北側排架4 條裂縫寬度較大處各安裝3 支振弦式測縫計，將測縫計接入自動化監測系統對裂縫寬度進行實時動態觀測［3］。根據南、北排架裂縫動態監測數據，對2021年1月至2022年1月時間段每半個月北側排架監測點的最大裂縫開合度進行整理，主要成果見表2和圖1。

圖1 北側排架裂縫開合度趨勢

表2 北側排架裂縫開合度

對上述監測數據進行分析，從裂縫開合度表和裂縫開合度趨勢來看，剔除個別數據，排架裂縫寬度均超出規范允許值，但裂縫寬度基本維持不變。

3.3 水平位移監測

為了實時監測閘室水平位移的情況，在閘墩外側安裝了10 處水平位移監測設施，其中上游5 處，下游5 處，利用全站儀每半月開展1 次監測。本次選取2021年7月1日至2022年2月間各測點數據進行分析，垂直水流方向位移過程線見圖2，各測點順水流方向位移過程線見圖3。

圖2 垂直水流方向位移過程線

圖3 順水流方向位移過程線

根據圖2、圖3 可以看出：排除水平位移曲線呈現較大的“抖動”現象，由于水平位移監測設施需要校正，各測點垂直水流方向位移數值基本在零線附近，垂直位移比較??；大部分測點順水流方向位移呈緩慢上升趨勢，反映大部分測點存在向下游位移的趨勢。

3.4 揚壓力監測

水閘閘底板混凝土裂縫等缺陷誘發的滲流會產生揚壓力，直接影響水閘閘基的穩定性，一旦超過允許值，就會威脅水閘的安全。滲透壓力是滲流監測的基本測試項目，通過閘基滲壓力監測，可以實時掌握閘基的滲流狀態，判明變化趨勢，及時發現問題并采取處理措施，以保障水閘的安全運行。

因建閘時布置的測壓管淤堵，基本失去使用功能。2021年在3#、10#閘墩上、下游重新埋設2個測點，并配置專業的振弦式滲壓計進行自動化監測。本文選取了2022 年1 月31 日每15 min 的揚壓力實時數據進行分析，經整理3#墩揚壓力監測歷時曲線見圖4，10#墩揚壓力監測歷時曲線見圖5。

圖4 3#墩揚壓力監測歷時曲線

圖5 10#墩揚壓力監測歷時曲線

根據圖4、圖5可知，閘底板揚壓力與上、下游水位符合閘底滲透規律，表明閘室底板在每組測壓管附近不存在透水的裂縫。

4 結 語

對該閘開展了裂縫監測、水平位移監測、揚壓力監測，底板裂縫數量、長度、寬度不斷增加，表明反拱底板裂縫仍在發展；位移監測表明大部分測點存在向下游位移的趨勢；閘底板揚壓力與上、下游水位符合閘底滲透規律，表明閘室底板在每組測壓管附近不存在透水的裂縫。因此，該閘在被評定為四類水閘后，為了工程安全，應拆除重建。重建之前，根據“四類閘”處置要求，加強工程監測，通過對工程沉降、裂縫、位移、揚壓力等監測數據的統計分析，及時掌握工程危險狀態，為“五落實”方案和應急預案提供技術支撐。