王太國，林立廷，姬脈云

（臨朐縣冶源水庫管理局，山東 臨朐 262605)

1 樞紐工程概況

冶源水庫位于山東省臨朐縣境內(nèi)的沂山北麓，是彌河干流上唯一的一座大型控制性水利樞紐工程，控制流域面積 786km2，總庫容 2.03億 m3，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、城市供水、發(fā)電、養(yǎng)魚、旅游等綜合運用的大（Ⅱ）型山谷水庫。

該水庫于1958年5月動工興建，1959年9月建成蓄水。樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道（閘）、放水洞、電站等幾部分組成。水庫現(xiàn)狀防洪標準為千年一遇。

水庫以下彌河流經(jīng)濰坊市的臨朐、青州、壽光、濱海4個縣（市、區(qū)）的幾十個鎮(zhèn)（街道），總計居民人口在120萬以上，防洪保護范圍面積達1100 km2，膠濟、益羊、青臨三條鐵路和309國道、東紅、王濰、濰九等6條公路干線及濟青高速公路均與彌河交匯，東營至黃島的輸油管道和膠東調(diào)水干渠也跨越彌河，沿河兩岸還建有眾多的、關(guān)系國計民生的國有大中型企業(yè)，它們都直接受冶源水庫的防洪保護，地理位置十分重要。

2 溢洪閘基本情況及建設(shè)沿革

溢洪閘始建于1964年，位于副壩樁號1+175處，設(shè)10×8.34m弧型鋼閘門10扇，總寬110.8m，泄流凈寬100m，閘下為寬頂堰，頂高程129.0m，設(shè)計最大泄洪流量7240m3/s。安裝有啟閉力40T的手搖、電動兩用啟閉機10臺。閘墩上面的交通橋橋面寬7.5m，設(shè)計荷載13T。

1979年對溢洪閘工程進行改建，在閘底板設(shè)子堰一道，堰頂高程達到130.0m，上游面以 1∶1斜坡和圓弧段同底板相接，下游面以正圓弧段和反圓弧段同底板銜接，同時增設(shè)啟閉機房，并在機房兩側(cè)修建了樓式橋頭堡。

3 改建的必要性和重要性

3.1 金屬結(jié)構(gòu)超期服役

1964年溢洪閘建設(shè)時，受當(dāng)時歷史條件和經(jīng)濟條件影響，安裝的閘門是黃河治理時從王旺莊樞紐拆遷而來，配備的啟閉機是洛口閘淘汰的。按照《水利建設(shè)項目經(jīng)濟評價規(guī)范》（SL72-94）的規(guī)定，中、小型閘門和啟閉機的折舊年限為20年，即使不包括原來在黃河上的運行年限，到目前也已運行了45年，超期服役至少25年。

3.2 金屬設(shè)備主要構(gòu)件腐蝕嚴重，已達強制報廢條件

限于當(dāng)時制作工藝水平，不僅閘門的設(shè)計不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，而且其原材料質(zhì)量、焊接質(zhì)量、組裝質(zhì)量都比較差，制作工藝低下，本身屬于較嚴重的不合格產(chǎn)品。加之多年的運行，設(shè)備主要構(gòu)件腐蝕嚴重。2007年3月，水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗測試中心對溢洪閘及附屬建筑物進行全面安全檢測，并對安全性進行評估。

3.3 安全檢測評價

溢洪閘位于大壩樁號1+175處，為開敞式溢洪道，弧形鋼閘門控制，由上游連接段、閘室段、泄槽段和泄水渠組成。針對工程的運行特點和常見病害，依據(jù)現(xiàn)場檢測項目的數(shù)據(jù)與指標，對工程老化、病害程度評估分析：

3.3.1 上游連接段

上游連接段為80#漿砌石護坡和80#漿砌石扭面與閘室相連，底部為鋼筋混凝土鋪蓋護底。

連接段檢測項目包括：砂漿強度、砂漿剝蝕。

（1）在兩岸各抽取50個測區(qū)，檢測了漿砌石砂漿強度。經(jīng)檢測，連接段砂漿強度平均值fcu=7.5MPa，離散系數(shù) Cv=0.14，砂漿強度推定值 fcu,e=7.5MPa，砂漿強度偏低。檢測結(jié)果見表1。

表1 上游連接段砂漿強度檢測成果表

（2）經(jīng)多年運行，受庫水凍融等各種因素相互作用，上游連接段護坡表面砂漿剝蝕嚴重，相對剝蝕面積40%，剝蝕深度8mm，剝蝕損壞等級為D級。綜合評價成果見表2。

表2 上游連接段綜合評價成果表

3.3.2 閘室段

閘址出露基巖為火山角礫巖，地基承載力滿足建閘要求。閘底板為大底板結(jié)構(gòu)，中間分縫，縫間設(shè)止水，閘墩座落在大底板承臺上。

（1）裂縫：閘底板未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫。但底板中間設(shè)伸縮縫，縫間填充的瀝青杉板老化、脫落，伸縮縫漏水，止水損壞。等級評定為C級。

（2）混凝土碳化:底板鋼筋保護層厚度為 50mm，抽檢4個測點，檢測混凝土碳化深度值，檢測結(jié)果見表3。

表3 混凝土碳化檢測成果表

（3）混凝土強度：鋼筋保護層厚度不均勻，平均為28.6mm，測得鋼筋銹蝕平均自然電位水平為-160mv，處于輕微銹蝕狀態(tài)，其等級評定為B級。閘底板混凝土強度檢測成果見表4。

表4 混凝土強度檢測成果表

（4）受水流凍融作用，閘底板表層混凝土破壞嚴重，厚度約2.5cm的混凝土表層變酥，松散脫落，降低了混凝土的抗沖刷能力，其等級評定為D級。

（5）排水管檢測：現(xiàn)場抽檢20支排水管進行檢測，有12支有效，4支基本有效，4支完全失效，失效率達20%；另外，有5支排水管的反濾設(shè)施已損壞，排水中攜帶有細小砂粒。其等級評定為D級。閘底板綜合評估見表 5。

表5 閘底板等級綜合評估成果表

3.3.3 閘墩（與機架橋墩一體）、機架橋與交通橋

檢測項目：裂縫、混凝土碳化、混凝土強度、鋼筋銹蝕、混凝土剝落。

（1）裂縫：7座閘墩存在垂直水流方向的縱向裂縫，裂縫長約 5.0～10.0m，縫寬 0.5～1.6mm，分布于閘墩兩側(cè)，牛腿上游3.0～5.0m處，裂縫多為貫通性裂縫，在其中一座閘墩的兩側(cè)相同位置分布，大大降低了混凝土閘墩的整體性，系牛腿上游輻射筋配筋不足，閘墩被拉裂的表現(xiàn)。其等級評定為D級。

（2）混凝土碳化:閘墩設(shè)計鋼筋保護層厚度為50mm，檢測表明保護層控制不均勻，平均約38mm，抽檢6個測點檢測混凝土碳化深度值，檢測結(jié)果見表6。

表6 閘墩砼碳化檢測成果表

（3）混凝土強度：檢測表明，鋼筋保護層厚度不均勻，平均為38mm，測得鋼筋銹蝕平均自然電位水平為-110mv，處于輕微銹蝕狀態(tài)；但裂縫處平均自然電位水平為-265mv，處于較嚴重銹蝕狀態(tài)。其等級評定為C級。閘墩混凝土強度檢測成果見表7。

表7 閘墩混凝土強度檢測成果表

（4）其它構(gòu)件：經(jīng)多年運行，除混凝土碳化、耐久性降低外，構(gòu)件本身亦有若干處混凝土剝落、鋼筋裸露、銹蝕，其等級均評定為C級。

綜上，閘室段混凝土構(gòu)件綜合評估見表8。

表8 閘室段混凝土構(gòu)件綜合評估成果表

3.3.4 橋頭堡

閘室兩側(cè)設(shè)橋頭堡，為四層磚混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為混凝土樁基?，F(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)東、西橋頭堡基礎(chǔ)均發(fā)生沉陷，墻體向外側(cè)傾斜，與邊墩連接位置出現(xiàn)裂縫。

根據(jù)測壓管資料，西邊墩I～5管水位始終高于庫水位，最多達3m，繞閘滲流較為嚴重。橋頭堡的不均勻沉陷有可能與溢洪閘繞滲有關(guān)。

3.3.5 下游連接段

閘室下游為溢洪道泄槽，全長655m，共分三段：0+000～0+127段總寬 110.8m，縱向底坡 1%，鋼筋混凝土護坦襯砌，兩側(cè)為漿砌石護坡；0+127～0+245段泄槽總寬110.8漸變?yōu)?0.0m，縱向底坡1%漸變至2.5%，原基巖開挖，巖石裸露，未作襯砌；0+245～0+655段泄槽總寬80.0m，縱向底坡2.5%，未襯砌。泄槽末端無消能防沖設(shè)施。

（1）溢洪道兩岸為漿砌石擋土墻，砂漿相對剝蝕長度15%，平均剝蝕深度6mm，老化剝蝕系數(shù)0.9，其等級評定為B級。

（2）漿砌石砂漿強度檢測見表9。

表9 溢洪道漿砌石擋土墻砂漿強度檢測成果表

（3）護坦混凝土強度檢測成果見表10。

表10 溢洪道護坦砼強度檢測成果表

（4）溢洪道泄槽底板有 127.0m長混凝土襯砌，受水流凍融及沖刷作用，下游護坦破壞嚴重，大面積的表層混凝土剝蝕、脫落，護坦的抗沖刷能力降低；護坦的末端為裸露的巖石，斷面平整，未作消能設(shè)施。泄槽末端的出水渠為一左拐的直角彎道，下泄洪水有可能溢出河槽，威脅壩腳安全。其等級評定為D級。

溢洪道下游連接段綜合等級評定見表11。

表11 溢洪道下游連接段等級綜合評定表

綜上所述，溢洪道等級評定為三級。

4 溢洪閘改造方案分析

根據(jù)溢洪閘存在的問題和檢測情況，初步按兩個方案進行分析。

4.1 方案一：溢洪閘加固改造

因溢洪閘邊墩、機架橋為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，邊墩根部厚度達到2.0m，機架橋墩厚度也達到1.2m，且混凝土本身即可滿足受力要求，雖然配筋率不足，但不存在結(jié)構(gòu)破壞問題，故設(shè)計時認為邊墩、機架橋墩強度滿足要求，不再單獨針對其采取加固措施。

溢洪閘結(jié)構(gòu)受力方面存在的主要問題是牛腿處閘墩的抗裂不滿足要求，閘墩受拉區(qū)扇形受拉鋼筋配筋不足，但如果考慮增配扇形受拉筋和拆除重建牛腿，一方面會將閘墩嚴重破壞，另一方新老混凝土結(jié)合受力效果不一定比原來好。因此擬在底板增設(shè)駝峰堰，降低閘門擋水高度，從而減少傳遞到牛腿的水推力，使結(jié)構(gòu)滿足受力要求。經(jīng)計算，駝峰堰高度為1.0m。

現(xiàn)狀溢洪閘無檢修門，不利于工程管理和運行，本次設(shè)計增設(shè)檢修門和啟閉設(shè)備，因閘室上游無空間布置檢修門，故將閘室向上游側(cè)接長，根據(jù)溢洪閘上游混凝土鋪蓋段的分縫特點，閘室向上接長5.0m，底板直接設(shè)置在原混凝土鋪蓋上部，厚度1.0m，頂高程130.0m，同時將原溢洪閘子堰上游側(cè)閘底板高程由129.0m提高到130.0m。

工作閘門、啟閉機報廢重建，新設(shè)啟閉機的外形尺寸與原啟閉機不同，機架橋橋板結(jié)構(gòu)不滿足啟閉機支座的安裝要求，加之混凝土碳化、漏筋嚴重，設(shè)計將機架橋及啟閉機機房拆除重建。

閘后交通橋于1979年改建，考慮到交通橋本身的老化和本次除險加固工程，交通橋?qū)⒊袚?dān)較多的施工車輛通行，故將原交通橋拆除重建。

橋頭堡因地基沉陷傾斜，與閘室裂縫達10cm以上，內(nèi)部空間也不滿足新機電設(shè)備布置要求，予以拆除重建。

閘墩表面碳化嚴重，多個閘墩已出現(xiàn)裂縫，為避免鋼筋銹蝕而引起結(jié)構(gòu)破壞，對閘墩表面進行碳化處理，閘墩裂縫采用灌漿處理。

該方案建筑工程需投資841萬元，金屬結(jié)構(gòu)工程需投資906萬元，共計投資1747萬元。

4.2 方案二：溢洪閘拆除重建

將原閘室拆除，在原址重建，新建閘室結(jié)構(gòu)形式基本相同，因增設(shè)檢修門，閘室長度由18.0m延長到21.0m，閘底板高程129.2m，上部設(shè)子堰，高 0.8m；溢洪閘共設(shè)10孔，單孔凈寬10.0m；閘墩頂部設(shè)機架橋墩，采用鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)；上部布置啟閉機房，寬4.7m；閘后設(shè)交通橋，凈寬7.0m。

該方案建筑工程需投資918萬元，金屬結(jié)構(gòu)工程需投資998萬元，共計投資1916萬元。

4.3 方案比選

兩個方案的主要優(yōu)缺點如下：

方案一：優(yōu)點是投資省，溢洪閘施工期間交通橋可以繼續(xù)使用，不需另修便道；缺點是原結(jié)構(gòu)拆除時會對保留部分造成負面影響，新老混凝土結(jié)合部分，工程質(zhì)量保證程度相對較低，施工程序較復(fù)雜。

方案二：優(yōu)點徹底消除工程隱患，施工程序簡單；缺點是投資大。

綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，設(shè)計采用方案一，保留溢洪閘閘室主體，對不滿足設(shè)計要求的工程部位進行加固改造，既達到了消除工程隱患的目的，又節(jié)省了工程投資。