某節(jié)制閘閘門啟閉系統(tǒng)損壞原因分析

孔楠楠 楊 智

一、概述

某節(jié)制閘為開敞式結(jié)構(gòu)，設(shè)計為8孔，每孔凈寬4m，閘室段順水流長12m，垂直水流方向長40.4m，閘墩厚1m。該閘于2006年1月完成維修加固，隨后管理部門發(fā)現(xiàn)在關(guān)閉閘門的過程中，啟閉機臺梁抖動嚴重并發(fā)出異常響聲，啟閉機和機臺抖動劇烈，啟閉機螺桿彎曲、變形嚴重，大部分啟閉機底腳螺栓被頂起，5#、6#孔大梁被頂起，基座和機臺混凝土隆起，機房內(nèi)混凝土地坪裂縫縱橫交錯，閘門不能關(guān)閉到底。

由于資金空缺和管理不當?shù)雀鞣矫娴膯栴}，該閘一直帶病運行至今。為了解該閘啟閉系統(tǒng)的損壞情況，現(xiàn)對其結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀進行檢測，在檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上進行復核計算，并對損壞原因進行分析。

二、現(xiàn)場檢測成果

經(jīng)現(xiàn)場勘察，該節(jié)制閘主要問題出現(xiàn)在閘門啟閉系統(tǒng)，其他部分如交通橋、閘墩、護坡、翼墻等結(jié)構(gòu)均基本保持完好。因此，檢測工作只針對閘門啟閉系統(tǒng)展開。

1.金屬結(jié)構(gòu)機電設(shè)備部分

經(jīng)現(xiàn)場外觀普查分析，該閘門啟閉系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)和機電設(shè)備部分損毀的主要表現(xiàn)形式有以下幾種：

（1）大部分啟閉機地腳螺栓被頂起，機組傾斜，其中以 3#、6#、8#傾斜最為嚴重。

（2）二次導向裝置固定螺栓被拉開，螺桿彎曲變形嚴重，用經(jīng)緯儀量測螺桿外徑母線直線度公差最大偏差值達 60mm/m（ 5#啟閉機）。

（3）運行時啟閉機和機臺有抖動現(xiàn)象。

（4）閘門門體無明顯變形、構(gòu)件折斷和損傷現(xiàn)象。

（5）閘門埋件、滑塊有不同程度的銹蝕和變形。

（6）由于閘門采用楔形門槽、閘門提取過程中，門體有整體傾斜現(xiàn)象。

2.啟閉機房混凝土結(jié)構(gòu)

由于閘門啟閉系統(tǒng)在運行過程中產(chǎn)生的劇烈震動，啟閉機房混凝土結(jié)構(gòu)破壞嚴重。具體表現(xiàn)在如下幾個方面：

（1）部分啟閉機梁兩端預埋的錨固在排架柱上的螺絲已經(jīng)松動，梁下方與排架柱的搭接處已出現(xiàn)架空，以左側(cè)第3根、第7根和第8根排架柱上方最為明顯。

（2）啟閉機房底板開裂現(xiàn)象嚴重，且多數(shù)為貫穿裂縫，該底板中部沿垂直水流方向有向上凸起現(xiàn)象，裂縫寬度多為上寬下窄，通過裂縫寬度測定儀量測，最大裂縫開展寬度達4.5mm（第3孔上方），且裂縫兩側(cè)已出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象。

三、復核計算分析

該閘設(shè)置8孔平板鋼閘門，閘底板高程為 22.20m；閘門尺寸寬4.48m，高5.20m；配置螺桿式啟閉機，啟閉能力為：8臺×25t， 圖1為啟閉機梁、板結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。

由檢測結(jié)果知，閘門啟閉系統(tǒng)的損毀主要是由關(guān)閉過程中的劇烈振動導致的，現(xiàn)選取閘門啟閉系統(tǒng)進行復核計算分析，擬主要分析閘門的閉門力（以中跨為例）。

閉門力Fw計算采用公式：

Fw=nT（Tzd+Tzs）-nGG+Pt

上式中：

nT——摩擦阻力安全系數(shù)；

Tzd——滾輪摩阻力（kN），滑動軸承的滾輪摩阻力計算采用公式（ f1r+f） ；

Tzs——止水摩阻力（kN），Tzs=f2Pzs；

nG——計算閉門力用的閘門自重修正系數(shù)，采用0.9；

G——閘門自重（kN）；

Pt——上托力，包括底緣上托力及止水上托力（kN）。

表1 啟閉機、梁受力分析表

在上右側(cè)水位為28.75m、下右側(cè)無水工況時，經(jīng)計算，閘門所需閉門力為78.7kN，顯然，該閉門力是啟閉機所施加的。選擇啟閉機、梁為研究對象進行分析，如表1所示。

由表1可知，在此工況下，啟閉機、梁和板的自重不足以抵消關(guān)閉閘門時的通過螺桿對啟閉機施加的反力。因此，關(guān)閉閘門過程中，當啟閉機梁兩端沒有和排架柱的錨固措施失效后，啟閉機梁極有可能被頂起，進而會直接導致梁在排架柱上方懸空和啟閉機房底板開裂。

另外，閘門埋件、滑塊的銹蝕變形和閘門在關(guān)閉過程中的傾斜必然導致其摩擦阻力產(chǎn)生異常，也會在很大程度上影響閘門的正常關(guān)閉。

四、結(jié)論和建議

綜上所述，該節(jié)制閘由于啟閉系統(tǒng)在運行過程中產(chǎn)生的振動，導致啟閉機房、梁損壞嚴重，急需維修加固，現(xiàn)提出如下建議：

（1）由于啟閉機房、梁損壞嚴重，已無加固維修價值，建議對啟閉機房及啟閉機梁拆除重建。

（2）啟閉機臺及螺桿變形嚴重，建議對啟閉機及螺桿進行更換，必要時可采用卷揚式啟閉機，避免啟閉系統(tǒng)類似損壞現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（3）門槽埋件銹蝕及其嚴重變形增大了閘門關(guān)閉時的閉門力，情況嚴重時極易導致啟閉機梁的失穩(wěn)，建議采用平面閘門及與之相配套的門槽