基于FMECA法章江水閘安全評(píng)價(jià)

潘純

（遼寧水利土木工程咨詢(xún)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

水閘工程建設(shè)有利于改善防洪、蓄水條件，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)環(huán)境發(fā)展、建設(shè)具有十分重要的作用[1，2]。新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)修建了較多數(shù)量的水閘工程，取得了良好的效益。但是，早期修建的水閘在當(dāng)時(shí)的歷史條件限制下，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，現(xiàn)已出現(xiàn)了或多或少的破損，一些破壞嚴(yán)重的水閘已經(jīng)對(duì)下游居民的安全造成威脅[3，4]。因此，針對(duì)水閘工程的安全情況進(jìn)行全面地分析評(píng)價(jià)尤為重要。有較多的因素影響水閘安全，評(píng)價(jià)指標(biāo)選取應(yīng)當(dāng)全面、客觀，方可保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性[5，6]。

1 FMECA法原理

FMECA法是通過(guò)考慮不同的影響指標(biāo)導(dǎo)致評(píng)價(jià)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題及嚴(yán)重程度、概率問(wèn)題，對(duì)造成的故障類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，從而獲得危害性情況[7，8]。FMECA是量化分析和危害評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法。定量分析主要采用風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)計(jì)算，計(jì)算方法：

RPN=ESR·OPR·DDR （1）式中：RPN為風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)；ESR為故障影響程度，可分為無(wú)影響、輕微影響、一般影響、功能中斷、重大影響，從小到大評(píng)分為1～5分；OPR為故障概率，可分為極低、較低、中等、高、極高，從低到高評(píng)分為1～5分；DDR為檢測(cè)難度，可分為觀察可發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)可發(fā)現(xiàn)、仔細(xì)檢測(cè)可查、儀器檢測(cè)、無(wú)法查明，從易到難評(píng)分為1～5分。

2 章江水閘現(xiàn)狀

章江水閘位于章江上，水閘最大下泄流量為5 930 m3/s，設(shè)計(jì)灌溉面積約3 300 hm2，日供水量為30萬(wàn)m3；水電站總裝機(jī)容量為5 000 kW，是一座大（1）型水閘工程。現(xiàn)狀水閘布置4孔泄水閘，泄水閘軸線(xiàn)總長(zhǎng)200 m。

北岸泄洪閘建筑物位于章江左岸，閘體長(zhǎng)20.0 m，頂寬3.0 m，閘體為“包餃子”結(jié)構(gòu)，外殼主要為混凝土，內(nèi)部主要由一層砌石體一層混凝土相互疊置砌筑組成。閘體上部為0.8 m厚粗骨料混凝土，水泥砂漿膠結(jié)物蜂窩孔洞發(fā)育，膠結(jié)質(zhì)量一般；中部砌石體厚5.1 m左右，主要為干砌塊石，所砌筑的塊石成分為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖，強(qiáng)～弱風(fēng)化狀，局部可見(jiàn)水泥砂漿痕跡和少量砂漿塊，砌筑不緊密；底部見(jiàn)薄層混凝土墊層，厚0.1 m左右，膠結(jié)質(zhì)量較差，老化明顯。閘體未見(jiàn)明顯裂縫，下游設(shè)有簡(jiǎn)易消力池，底板及漿砌石邊墻基本被毀壞。

南岸泄洪閘閘體閘室漿砌石體大部膠結(jié)較差，砌筑不緊密，粉砂巖埋石質(zhì)量差，表面有2條貫通性橫向裂縫，縫寬0.5～1.0 cm，建筑物總體質(zhì)量差。

章江泄水閘堰體混凝土局部見(jiàn)細(xì)小蜂窩孔洞，未見(jiàn)明顯裂縫，僅混凝土溢流表面存在沖刷現(xiàn)象，粗骨料裸露，總體質(zhì)量尚可。閘墩澆筑質(zhì)量較好，未見(jiàn)明顯裂縫，局部存在沖刷現(xiàn)象，粗骨料裸露，總體質(zhì)量尚可。筏道擋墻和底板混凝土表面均老化嚴(yán)重，粗骨料裸露，見(jiàn)多條橫向裂縫。消力池沖刷較嚴(yán)重，粗骨料裸露，局部存在露筋現(xiàn)象。消力池間導(dǎo)墻局部地段澆筑質(zhì)量較差，存在侵蝕現(xiàn)象。消力池與筏道間導(dǎo)墻粗骨料裸露，存在裂縫，導(dǎo)墻質(zhì)量較差，消力檻與鋼筋籠拋石接觸處侵蝕較嚴(yán)重?；炷梁Ｂ_刷較嚴(yán)重，粗骨料裸露，局部裂縫，總體質(zhì)量較差。混凝土海漫與鋼筋籠拋石接觸處掏蝕較嚴(yán)重，鋼筋籠拋石總體質(zhì)量尚可，閘壩左岸上下游護(hù)岸擋墻質(zhì)量尚可。閘壩右岸上游護(hù)岸土堤具中等透水，存在滲透破壞隱患；閘壩右岸下游護(hù)岸擋墻下游段塊石風(fēng)化強(qiáng)烈，砌筑質(zhì)量差，墻腳掏蝕較嚴(yán)重，墻體局部存在破損，倒塌等。

該閘混凝土標(biāo)號(hào)較低，出現(xiàn)表層剝落現(xiàn)象。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，部分混凝土保護(hù)層厚度不滿(mǎn)足要求。閘門(mén)銹蝕面積較大，銹坑較深；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)不靈便、異響、絲繩直徑較細(xì)，存在斷絲現(xiàn)象；主次梁及各構(gòu)件焊接接縫銹蝕較為嚴(yán)重等情況。工程觀測(cè)設(shè)施不完善，進(jìn)場(chǎng)公路等管理設(shè)施簡(jiǎn)陋。

根據(jù)工程資料，章江水閘上、下游水位及組合見(jiàn)表1。

表1 安全復(fù)核水位組合

校核工況下水閘過(guò)水能力不足，閘頂、右岸防護(hù)堤頂高程不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；閘基抗?jié)B、閘室抗滑穩(wěn)定及地基應(yīng)力條件滿(mǎn)足要求，但高水位條件下右岸防護(hù)堤發(fā)生滲透破壞，不滿(mǎn)足要求；消力池滿(mǎn)足抗浮穩(wěn)定要求，池深及池長(zhǎng)不滿(mǎn)足要求，消能防沖不滿(mǎn)足要求。

3 FMECA分析

采用FMECA法分析，章江水閘目前主要故障見(jiàn)表2。

表2 入沭閘FMECA分析

4 章江水閘安全評(píng)價(jià)

根據(jù)安全調(diào)查和復(fù)核計(jì)算結(jié)果，章江水閘在受力、防洪、防滲、啟閉等方面存在較大故障，在輔助方面故障較輕微。

為了彌補(bǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)偏少的缺陷，建立模糊評(píng)價(jià)模型。模糊評(píng)價(jià)法在水利、巖土等眾多行業(yè)得到了廣泛的使用，關(guān)于模糊計(jì)算法的原理，不再贅述[9，10]。以啟閉系統(tǒng)為例，對(duì)FMECA法的應(yīng)用進(jìn)行介紹。閘門(mén)、啟閉機(jī)權(quán)重均為0.50。ESR，OPR，DDR分別由R1，R2，R3表示。

啟閉系統(tǒng)安全模糊評(píng)價(jià)矩陣為：

水閘啟閉系統(tǒng)二級(jí)權(quán)向量為W=（0.155 0，0.557 8，0.287 2），評(píng)價(jià)結(jié)果B2=W·R=（0.088 7，0.130 6，0.280 1，0.234 3，0.221 0），其中R為R1，R2，R3組成的矩陣。

按照下式進(jìn)行清晰化（u′)處理：

式中：u(ui)為系數(shù)；ui為評(píng)價(jià)結(jié)果。

啟閉系統(tǒng)結(jié)果為0.783 4。根據(jù)表3可知，評(píng)價(jià)結(jié)果為A級(jí)。

表3 分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

同理，章江水閘防洪、受力、輔助、防滲安全分別為B級(jí)、C級(jí)、B級(jí)、C級(jí)，因此水閘質(zhì)量等級(jí)為C級(jí)。

5 結(jié)語(yǔ)

水閘工程安全評(píng)價(jià)是為了快速獲取水閘安全等級(jí)，為水閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)提供參考。通過(guò)FMECA法對(duì)章江水閘故障進(jìn)行分析，水閘在受力、防洪、防滲、啟閉等方面存在較大的缺陷，無(wú)法保證防洪工程安全。為了保證水庫(kù)防洪效益，采取除險(xiǎn)加固治理措施是十分必要的。