东平湖水库涵闸工程老化的现状及对策（陈丕虎）提要东平湖水库自 1958 年大水后,为充分发挥东平湖水库的防洪等综合效益,修建石洼、林辛、十里堡、徐庄、耿山口进湖闸；清河门、陈山口出湖闸以及及司垓、码头、流长河等水闸用以兴利的十多座引水闸，共有闸站、涵 30余座。这些水工建筑物随着运行时间延长，工程出现了等级化、退化的问题，部分工程老化发展较为迅速，个别的涵闸工程已达报废阶段，不能正常发挥工程效益，亟待改建加固，采取必要的防洪措施。以延长涵闸工程的寿命，更好地发挥涵闸工程的效益。一、东平湖水库涵闸工程1958 黄河大水后，为充分发挥东平湖水库防洪等综合效益，达到控制运用之目的。先后于 60 年代和 70 年代兴建 30 多座闸、涵闸、站水工建筑物。60 年代修建石洼、林辛、十里堡 3 座进湖闸已于 70 年代进行了加固改建尚有徐庄、耿山口进湖闸未进行改建，以上 5 座进湖闸的能力设计为 1134m3/s。随着工程老化、退化现进湖能力约为9600m3/s。陈山口、清河门两座出湖闸原设计泄水能为2500m3/s。随着下游引河及黄河河床抬高，现泄水能力仅有 870m3/s。为低水排入运河，于 1963 年和 1973 年修建流长河、码头两座排水闸，80 年代末增修了司垓排水闸，设计排水能力 1100m3/s。此外为了兴利，于 60 年代和 70 年代兴建了一批排灌引水工程。湖堤上修有林辛、宋金河、八里湾、刘口、辘吊、马口、张坝口、陈堤、卧牛、堂子、陈山口等灌排闸站 11 座，总排灌能力 151.3m3/s。黄堤修有陈垓、国那里、马山头、子路、郑沃、班店等排灌闸涵，总排灌能力 99.1m3/s(见表 1)。发挥了巨大的作用，同时也促进了库区及周边的工农业、渔业的生产，发挥了很好的经济效益。随着工程设施运行年限的增长，工程老化退化不断发展，而且愈来愈快，亟待对工程老化问题加以调查研究，搞清老化的原因，加以防治，杜绝较大事故的发生。二、东平湖水库涵闸工程老化的现状东平湖水库涵闸工程多系 60 年代和 70 年代兴建的，经过二三十年的运行，通过对五座进湖闸、二座出湖闸、三座泄水闸和一座排水闸的调查，发现随着时间推移，在自然力和人力的作用下，部分工程已趋于老化报废，工程效益降低和构件材料老化强度降低。严重威胁着工程的安全社会的稳定。必须引起我们的普遍关注，探讨解决的办法。涵闸工程老化的概念涵闸工程也和人一样有由儿童到青年到老年到死亡的过程。这是不依人们意志为转移的客观规律。涵闸工程在竣工运行后，有自然和人为因素的作用下，随着运行年限的增长，其设功能和综合效益逐渐衰减，以至最终完全丧失的过程。若能及时寿命，反之则寿命缩短，工程运行不几年就需报废重建给构复杂，使用的材料种类类多，加之不同部位条件相差悬殊往往出现构件老化不同，多数是由一、二个构件老化较严重直致坏，造成涵闸工程的破坏、报废。评价涵闸工程老化的标准一般通过材料强度、富余功能、残值量三个指标。综合评定可分为一般老化、严重老化和报废三个等级。一般老化阶段：材料强无明显降低，残值量大于 90%；严重老化阶段：安全系数基本不降低小于15%，实际安全系统大于 1.0,残值量大于 60%;报废阶段:材料强度降低大于 15%,安全系数小于或等于 1.0 残值量小于60%。、涵闸工程老化情况的调查为了摸清涵闸工程老化的情况，正确评估涵闸工程老化程度，以确定维修、加固、改建方案，我们于 1993 年汛前对东平湖水库涵闸进行了全面调查。涵闸老化情况的评定通过对石洼、林辛、十里堡、徐庄、耿山口进湖闸，陈山口、清河门出湖闸，司垓、流长河、码头泄水闸，国那里、陈垓引黄闸和王台排水闸的调查分析，依据涵闸工程老化评价标准进行综合评价。认为徐庄、耿山口进湖闸和陈山口、清河门出湖闸已达报废阶段，需改建。国那里引黄，流长河泄水闸、码头泄水闸王台排水闸已达严重老化阶段，需大修。石洼、林辛、十里堡进湖闸和陈垓引黄为一般老化阶段，需维修。司垓泄水闸只有轻微老化现象需局部修理。三、涵闸工程老化的原因产生东平湖水库涵闸工程老化的原因是多方面的，复杂的。即有先天的不足，又有后天的不足；即有自然因素，也有人为因素。经过调查分析，笔者认为：东平湖水库涵闸工程老化的原因主要有：自然因素1钢筋混凝土碳化，加速了构件强度降低混凝土暴露在空气中的部分，使混凝土中主要成分Ca(OH)与空气中的 CO 作用,生成 Ca(OH),不断减少 Ca(OH)含量。PH 值降低，当 PH 值降低。当 PH 小于 10 小时，钢筋表面纯化膜破坏，在水和氧的共同作用下，发生电化学反应，加速了钢筋的锈蚀后的钢筋体积扩大 3 倍以上，导致混凝土表面顺筋裂缝，裂缝又加速了钢筋锈蚀的速度，当钢筋锈蚀到一定程度时保护层脱落，构件强度大幅度地降低，危及工程的安全。如徐庄闸机架桥、工作桥大梁裂缝以及石洼、林辛、十里堡老闸的栏杆板裂缝均系混凝土碳化引起钢筋锈蚀而产生的顺筋裂缝，降低了构件材料的强度。徐庄闸工作桥大梁处理时发现钢筋锈蚀损失率达到20%-30%，构件材料强度降低了 35%。2冻融循环影响构件材料强度，造成混凝土表面剥蚀东平湖地区为温带大陆性气候，光照充足，四季分明，夏季炎热多雨，气温高达 100d。冬季寒冷干燥，最低气温-15.5 度,冰冻期长达 100d。冬季白天阳光直射气温增高转正，混凝土表面水层融化，夜间气温下降，融化冰层又结成冰层，表面在水位变化区、有渗水、积雪、积雨水地方混凝土表面部分结冰膨胀，巯松剥蚀。据调查冻融剥蚀多发生在开敞式涵闸上，涵墩式闸冻融剥蚀危害较少，如石洼消力坎、林辛、徐庄、耿山口、清河口、陈山口等闸切就是在水位变化区因冻融而产生了混凝土表面剥蚀现象的。3温度骤降使混凝土表面产生裂缝夏季受热温度升高，混凝土膨胀，突受阵雨袭击，温度骤降，混凝土突然收缩产生应力，混凝土表面产生不规则的裂缝再受其他有害物质的侵蚀，加速了裂缝的发展，即需而产生混凝土表面剥蚀。徐庄、耿山口曾机架桥面混凝土剥蚀现象即是这样产生的。4河床淤积抬升，降低了工程效益，加速了工程老化进度黄河为多沙河流，河床不断淤积抬高，使工程效益降低。如陈山口、清河门闸由于出湖河道的淤积和黄河河床的抬高使原设计的 2500m3/s 流量减退到 87m3/s，仅占原设计 35%，净减效益 65%、使工程提前老化报废。人为因素1设计时按规范设计，选用设计设计方案不当设计时选择水灰比过大，考虑混凝土级配不合理，选用水泥品种不适应，水泥质量差。设计时未对耐久性、抗冻性提出要求指标。钢筋保护层、设计不够。设计时混凝土要求强度低，甚至利用混凝土后期强度做好设计依据。如徐庄、耿山口闸十里堡，老闸部分构件由于当时建材缺乏，特别是水泥更缺，利用了 60d 的强度作为设计依据。再选择方案不当，如徐庄、耿山口闸址考虑岩基建闸，而忽失了引河过度长，引河长 2300 多 m 且位滩区，漫滩之水淤积于引河内，造成了富余功能降低。原设计过流量为2840m3/s,现实际过流仅有 1100m3/s。原设计反吐入黄，现已完全失去了这一功能，使之旱的进报废阶段。2施工中不注重工程质量，形成建筑物许多弱点施工单位纯追究产利润，赶进度，抢工期，勿失了工程量的管理。不按设计、规范计量，取得较好的和易性，扩大水灰比。钢筋不注意其位置保护层过小，振捣工具较差，密实度较低。出现过多的蜂窝麻面，而不及时修补，掺加不合适的外加剂，这样都易给工程造成先天的不足，加速老化的进程。如涵闸栏杆多出现顺筋裂缝是由人捣实，密度差，受碳化较快，钢筋锈蚀产生裂缝。加速了栏杆的老化破坏。3工程管理不着，涵闸构件失修“失修”主要是由于经费不足，该维修的而得不及时维修，便小病变成了大病再修已晚了。再者管理制度不落实，该检查的不检查或不按规范要求检查，不能及时发现问题处理。观测制度不健全，不能定时观测或不能按规范观测，无法收集必要的资料，以了解涵闸的运行状态。就和人一样得了病还不知什么时候得的呢。如何诊治？如有的涵闸测压管都已堵塞还不知道，如何能正常观测？这样就必然造成失修。其他因素也能加速工程的老化如生物的生长、树根、草根往往把防渗反滤系统破坏了，危及工程的安全。动物的活动。如獾洞穴就能影响异堤挡水，还能破防渗层的粘土。四、东平湖水库涵闸老化的对策通过以上调查分析，东平湖水库涵闸工程经过三四十年的运行，部分涵闸老化已达报废阶段和严重老化阶段，急需改建和大修。对一般老化阶段的涵闸也采取必要维修和防护措施，以延长工程寿命。已达报废阶段的涵闸应及早安排投资进行改建加固。已达严重老化阶段的涵闸应进行大修，防止老化程度的加剧。首先应对涵闸进行全面细致的检查，及时发现老化问题，抓紧处理。对混凝土碳化严重的构件，钢筋产生锈蚀，保护层脱落。首先应消除碳化层，钢筋除锈补强后，再刷上钢筋保护层，可刷二遍环氧树酯水泥浆。用高压水枪冲洗干净，晾干后，再新浇高标号的混凝土保护层，保护层混凝土应采用膨胀水泥或掺外加剂以提高混凝土强度，利于新旧混凝土接触。对于混凝土表面有剥蚀构件，应除掉老化层，高压水枪冲冼晾干后，抹高标号的水泥沙浆或新浇一层混凝土。对构件已有裂缝发生的，应采用丙乳沙浆进行处理。在裂缝处凿深 10-15mm，宽 20mm，没裂缝混凝土造毛，清水冲刷晾干，先刷一遍丙乳净浆再抹第二遍净浆，然后把槽用丙乳浆填平压实压光,湿养 7d,最后再刷两遍丙乳净浆。对已处理过的构件或没发现老化的构件要整体刷环氧树脂水泥浆处理。先用酒精身刷洗混凝土表面干刷一层环氧树脂水泥浆环氧：树脂：二丁脂：二甲苯：乙二胺：水泥=100：15：15：8：50，晾干后刷一层环氧脂水泥浆。也可使用江苏水利厅研究的 H-S 环氧厚浆涂料。以隔绝有害物质的侵蚀，延长工程寿命。一般老化阶段涵闸要加强维修和管理，对一般老化阶段的涵闸要逐部位、逐件检查后，采取防护措施。可刷环氧树脂水泥浆，加以保护。同时要加强管理，防止有害工程的活动，如禁止在闸下炸鱼、毒负等。冬季及时清除积雪积水防止冻融破坏等。五、减缓涵闸工程老化的方法和途径涵闸工程工程老化是一种自然规律，是由涵闸工程自身因素和外界条件所决定的。若能加强自身抗老化的能力，加强管理，减少有害物质和气候条件的侵蚀，减缓涵闸工程老化程度，延长工程的寿命是可以到的。提高涵闸工程自身抗老化的能力提高涵闸工程的设计水平，根据当地的自然、地理、气候条件选择合理的设计方案。提出耐久性的要求，留足混凝土保护层，尽可能提高混凝土强度，选择抗老化的水泥品种，选择较小的水质比和较合理配合比，掺加有有利于混凝土耐久性，提高混凝土强度的外加剂。选择合理的施工方案，严格按设计和规范施工，定加水及其他料物，充分拌和，浇筑时要振捣密度，防止钢件移位及蜂窝麻面。浇完后一定要按规定湿养，使之充分水化，确定混凝土密实性。只有这样才能提高自身抗老化能力。减缓外界有害物质的侵蚀加强工程管理努力提高管理水平，首先要建立严格管理制度，严密的岗位责任制，制订管理规范和要求，健全观测制度，定时观测，了解涵闸运行情况。及时发现构件老化现象，及时加一处理。加强涵闸维修资金的投入，防止工程“失修” 。及时清除积水，铁件件及时除刷漆，钢丝绳、变速箱及时上油加油，确保良好运行状态，从而延长工程寿命。每一座新闸建成后都要刷一层保护层可用环氧树脂水泥浆，沥青等抗老化的物质，防止有害物质的侵蚀，从而提高涵闸工程抗老化的能力。努力探索使用新材料混凝土使用合适的外加剂，提高混凝土的强和耐久性，以延长涵闸工程的奉命。作者简介:陈丕虎(1962-)男，山东梁山人，高级工程师，主要从事工程建设管理与防洪治水河方面的研究。