小型水庫閘門破壞型式及解決對(duì)策

鄒雙七

（婁底市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 婁底市 417000）

婁底市位于湘中丘陵湘江和資江分水嶺地帶，轄婁星區(qū)和新化縣、雙峰縣及漣源市、冷水江市，總面積8117 km2，總?cè)丝?20萬，現(xiàn)有水庫732座（含電站類水庫），其中大（ⅠⅠ）型水庫1座，中型11座，?。á瘢┬?08座，?。á瘢┬?12座。這些水庫大多建于20世紀(jì)60～70年代，病險(xiǎn)問題十分突出。

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，小型水庫中金屬結(jié)構(gòu)部分由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平、材料和資金限制，土石壩大部分采用臥管取水，閘門為懸臂鑄鐵閘門，采用手搖絞車啟閉，漿砌石壩多采用平板鑄鐵閘門，采用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行啟閉。由于建成運(yùn)行多年，管理維護(hù)不善，這些閘門存在各種不同型式的病險(xiǎn)，在汛期閘門無法開啟，不能降低庫水位，導(dǎo)致大壩潰壩事件偶有發(fā)生，因此閘門的病險(xiǎn)問題嚴(yán)重影響水庫安全及效益。

1 小型水庫閘門破壞型式

現(xiàn)根據(jù)近幾年婁底市小型水庫進(jìn)行安全鑒定和除險(xiǎn)加固過程中閘門的應(yīng)用情況，對(duì)閘門的破壞型式進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，閘門的破壞型式存在以下幾種。

1.1 閘門無法正常開啟

閘門在啟閉過程中，除門重G外，還有支承的摩擦阻力Tzd、止水摩擦阻力Tzs、門底的上托力Pt、下吸力Px、門頂?shù)乃豔s或加重塊Gj，其中持住力FT、啟門力FQ。

計(jì)算公式如下：

根據(jù)公式及婁底市小型水庫的運(yùn)行情況，知道閘門在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)下列幾種情況使啟閉力增大，超過啟閉設(shè)施的啟閉極限，使閘門無法正常開啟或在啟閉過程中拉斷鋼絲繩，而使閘門損壞或無法開啟。

（1）懸臂閘門使用多年后，往往會(huì)引起閘門的絞支座老化及磨損，引起支承摩擦系數(shù)增大，20世紀(jì)60～70年代建的水庫，其絞支座材料使用年限短，采取的防銹措施不滿足運(yùn)行要求，導(dǎo)致摩擦阻力增大。

（2）懸臂閘門的止水（一般為P型或條形橡膠止水）也會(huì)隨時(shí)間的推移出現(xiàn)磨損和老化，從而使止水摩擦阻力增大。

（3）懸臂閘門一般不全部開啟，門葉開啟一定角度時(shí)，傾斜面上出現(xiàn)負(fù)壓，存在很大的下吸力。

（4）因懸臂閘門制造精度不高或安裝不當(dāng)，在開啟過程中，支承與閘門承臺(tái)發(fā)生卡阻，使閘門無法正常開啟。

（5）水庫采用臥管取水，閘門開啟，水流進(jìn)入臥管，其壓力將急劇變化，易產(chǎn)生負(fù)壓，在一定條件下會(huì)發(fā)生空穴現(xiàn)象，導(dǎo)致閘門及其它部件損壞，使閘門運(yùn)行工況惡劣，啟閉時(shí)發(fā)生卡阻。

（6）閘門運(yùn)行多年后，懸臂閘門的背面有大量泥沙或污物沉集，使Gj增加，啟門力變大。婁底市小型水庫實(shí)際運(yùn)行中，有時(shí)有纏繞物纏繞住閘門，管理人員強(qiáng)行開啟，導(dǎo)致閘門懸臂斷裂或鋼絲繩斷裂。

（7）啟閉機(jī)的啟閉力沒有經(jīng)過計(jì)算，當(dāng)水庫蓄滿水后，水壓力加大，開啟最底層閘門時(shí)，啟閉機(jī)啟閉力不夠，導(dǎo)致閘門損壞。

（8）婁底市的小型水庫大部分位于山區(qū)，山區(qū)水庫來洪水時(shí)夾雜樹枝、泥沙等物，而臥管進(jìn)水口泄洪時(shí)，這些雜物有時(shí)會(huì)堵塞進(jìn)水口，導(dǎo)致閘門無法正常開啟關(guān)閉，對(duì)閘門產(chǎn)生負(fù)壓，閘門損壞。

（9）啟閉設(shè)施一般為手搖絞車，當(dāng)洪水期臥管放水時(shí)，人工操作無法啟閉閘門，導(dǎo)致閘門運(yùn)行工況不佳，閘門破壞。

1.2 閘門腐蝕嚴(yán)重，閘門無法正常使用

（1）閘門止水漏水引起縫隙空穴，導(dǎo)致門葉表面嚴(yán)重空蝕破壞。

（2）盡管懸臂閘門在制造時(shí)進(jìn)行了防腐（噴鋅、噴漆等），但運(yùn)行多年后，因水流的沖蝕和大氣的侵蝕，閘門仍然會(huì)受到腐蝕，根據(jù) 《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》，當(dāng)構(gòu)件蝕余厚度小于6mm時(shí)，必須更換；主要構(gòu)件發(fā)生銹損，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度復(fù)核計(jì)算，不滿足要求，必須更換；當(dāng)更換構(gòu)件達(dá)到 30%以上，閘門應(yīng)報(bào)廢。而在病險(xiǎn)水庫閘門的檢測(cè)中，腐蝕是閘門無法正常使用的主要原因；20世紀(jì)60～70年代投入使用的閘門多為腐蝕嚴(yán)重而報(bào)廢。

1.3 懸臂閘門振動(dòng)破壞

引起懸臂閘門振動(dòng)的原因是多方面的，除閘門自身剛度過小，易引起振動(dòng)，另外還有以下幾個(gè)方面：

（1）懸臂閘門開啟放水時(shí)，不能完全開啟，因?yàn)殚l門關(guān)閉時(shí)要依靠閘門的自重，因此閘門開啟一般會(huì)形成45°角，水跌落入臥管時(shí)，水躍會(huì)沖擊門葉，造成強(qiáng)烈振動(dòng)。

（2）臥管及消力井設(shè)計(jì)不合理，由于小型水庫放水流量不大，通常未考慮泄洪需要，因此在遇到較大流量時(shí)，消力井及臥管之間會(huì)出現(xiàn)水錘，引起閘門的振動(dòng)。

（3）由于閘門止水及預(yù)埋件老化破損，閘門關(guān)閉不嚴(yán)，長(zhǎng)年有水滲漏，會(huì)造成負(fù)壓，導(dǎo)致閘門振動(dòng)。

閘門振動(dòng)可能會(huì)造成閘門斷裂及焊縫撕裂，使閘門無法正常使用。另外還有設(shè)計(jì)時(shí)選材不當(dāng)，制作時(shí)澆鑄和焊接質(zhì)量太差，制造精度不高，非正常操作，外部條件惡劣等，也可能會(huì)引起閘門的破壞。

以上是閘門的幾種主要破壞形式，實(shí)際上可能是因?yàn)槎喾N因素同時(shí)出現(xiàn)，才造成閘門的破壞。

2 解決問題的對(duì)策

從小型水庫閘門的破壞型式中可以看出，閘門的破壞有多種因素，閘門發(fā)生破壞也是多種因素造成的，因此在小型水庫除險(xiǎn)加固過程中，要針對(duì)上述原因提出相應(yīng)的處理措施，提高小型水庫的工程效益，更好的服務(wù)于農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展。解決的主要對(duì)策有以下幾方面。

2.1 對(duì)小型水庫閘門的設(shè)計(jì)施工要重視

現(xiàn)在小型水庫在除險(xiǎn)加固過程中，對(duì)水工建筑物的質(zhì)量抓得嚴(yán)，但對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)重視不夠，閘門的制作安裝不到位，止水及預(yù)埋件往往被忽視，但這些小部件可能會(huì)影響大壩運(yùn)行安全。因此在設(shè)計(jì)及施工過程中，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)及閘門要與水工建筑物同樣重視，啟閉設(shè)施要按照設(shè)計(jì)工況進(jìn)行選擇，閘門、止水及預(yù)埋件要按規(guī)范驗(yàn)收合格才能投入使用。

2.2 大力推廣新材料、新技術(shù)、新工藝

從上述破壞型式可以看出，閘門的破壞與材料、支承、止水、預(yù)埋件、防銹、啟閉機(jī)及啟閉方式有很大的關(guān)聯(lián)，故針對(duì)小型水庫特點(diǎn)提出相應(yīng)的處理措施。

（1）現(xiàn)在的小型水庫基本都是20世紀(jì)60～70年代建設(shè)的，當(dāng)時(shí)的鋼鐵材料較為缺乏，閘門及支承件一般采用的鑄鐵材料指標(biāo)不滿足要求，且運(yùn)行時(shí)間稍長(zhǎng)，其物理力學(xué)性能就會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，使摩擦系數(shù)增大，以致發(fā)生啟閉機(jī)的超載現(xiàn)象?，F(xiàn)在閘門材料可以采用性能指標(biāo)更先進(jìn)的球墨鑄鐵系列、鋼系列、復(fù)合纖維系列，支承材料可以選用如42CrMo等。

（2）小型水庫閘門的止水特別容易損壞，因?yàn)槠涫褂妙l率高，運(yùn)行條件差，一般采用的常規(guī)止水是靠一定的止水預(yù)壓量，才使止水密封，當(dāng)水頭增高時(shí)，需預(yù)壓縮量增大，在啟閉過程中磨損嚴(yán)重，使止水易損壞。因此如果小型水庫庫水位較高，底層閘門的止水可以采用充壓式止水，這種止水在閘門關(guān)閉后，對(duì)止水進(jìn)行充壓，迫使止水推出，與面板接觸，達(dá)到要求的接觸應(yīng)力封水。

（3）預(yù)埋件在那個(gè)年代的水庫建設(shè)中，很多時(shí)候采用的是將漿砌石臥管上用水泥漿磨平，然后止水與磨平的水泥面接觸止水。有預(yù)埋件的都是些鑄鐵材料，表面平整度不夠，導(dǎo)致止水效果不好?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)中都應(yīng)考慮用鋼板止水，而且要與取水口的混凝土一起澆筑，并設(shè)置錨桿，保證止水與混凝土牢固緊密結(jié)合，達(dá)到止水效果。

（4）以前的閘門雖然相應(yīng)的采取了防銹措施，但使用年限不長(zhǎng)，施工工藝較差，現(xiàn)在采用新的金屬噴涂工藝，熱噴鋅和熱噴鋁，及鋅鋁合金等長(zhǎng)效防腐蝕材料，再加封閉材料，可以大大提高閘門的防銹能力。

（5）閘門啟閉方式以前是一根鋼絲繩啟閉臥管上所有閘門，要啟閉哪扇閘門，相應(yīng)的閘門人工操作將鋼絲繩裝上，在洪水期間，特別容易產(chǎn)生安全事故，因此在小型水庫除險(xiǎn)加固中，每扇閘門對(duì)應(yīng)一根鋼絲繩。啟閉機(jī)采用手電兩動(dòng)，考慮最不利情況下需要的啟閉力，保證可以在最不利工況下的閘門開啟。

2.3 要與水工設(shè)計(jì)緊密結(jié)合

在小型水庫的設(shè)計(jì)過程中，水工與金屬結(jié)構(gòu)很獨(dú)立，互不干擾，水工設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，金屬結(jié)構(gòu)還沒開始，導(dǎo)致水工沒有跟金屬結(jié)構(gòu)很好的結(jié)合，如未考慮閘門的啟閉工況、閘門的預(yù)埋件，這些情況在將來閘門的運(yùn)行過程中往往會(huì)引起閘門破壞，因此在水工設(shè)計(jì)過程中，要針對(duì)閘門的啟閉工況及運(yùn)行條件來調(diào)整水工建筑物（如臥管、消力井等）的設(shè)計(jì)，使水工建筑物能滿足金屬結(jié)構(gòu)的運(yùn)行要求。

2.4 要加強(qiáng)運(yùn)行管理

小型水庫由于水利投入不足，造成小型水庫管理機(jī)構(gòu)不健全，管理經(jīng)費(fèi)不到位、管理人員不穩(wěn)定和管理制度不落實(shí)。閘門在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致閘門破壞。

因此對(duì)于小型水庫要加強(qiáng)管理，配備專門的管理人員，定期對(duì)閘門進(jìn)行防銹處理，并定期對(duì)閘門進(jìn)行檢修，才能保證閘門的正常運(yùn)行。

3 結(jié) 論

通過對(duì)小型水庫金屬結(jié)構(gòu)閘門的破壞型式進(jìn)行分析，得出其破壞的主要原因，并提出了相應(yīng)的解決方法。在婁底市近兩年的小型水庫除險(xiǎn)加固及建后管理中，金屬結(jié)構(gòu)重視程度得到了加強(qiáng)，新化縣的茅嶺水庫、龍溪水庫等，在閘門設(shè)計(jì)和施工中運(yùn)用了新的技術(shù)、工藝、方法，產(chǎn)生了良好的工程效益，希望通過上述對(duì)策的提出，閘門的設(shè)計(jì)施工會(huì)越來越合理，水庫的工程效益可以得到更大的發(fā)揮。