粘鋼技術(shù)在溢流壩弧形閘門加固中的應(yīng)用

王遠旺

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

粘鋼技術(shù)在溢流壩弧形閘門加固中的應(yīng)用

王遠旺

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

鋼閘門使用一定年限后會發(fā)生銹蝕，使閘門的強度相應(yīng)降低。鋼閘門加固普遍采用焊接的方法。大量施焊，會產(chǎn)生焊接變形和焊接內(nèi)應(yīng)力，對閘門產(chǎn)生不利影響。采用粘鋼技術(shù)對鋼閘門進行加固補強，能夠避免或減小焊接變形和焊接內(nèi)應(yīng)力，是一種較好的加固措施。

粘鋼技術(shù)；結(jié)構(gòu)膠；加固補強；施工工藝

1 工程概況

朱莊水庫位于海河流域子牙河水系滏陽河流域沙河干流上，壩址在邢臺市沙河市孔莊鄉(xiāng)朱莊村西，距邢臺市35km，是一座以防洪、灌溉為主，發(fā)電為輔綜合利用的大（Ⅱ）型水利樞紐工程?？刂屏饔蛎娣e1220km2，總庫容4.162億m3。水庫于1971年動工興建，1978年完成主體工程。朱莊水庫樞紐工程由溢流壩、非溢流壩、泄洪底孔、放水洞、發(fā)電洞、高低電站及南、北干渠渠首建筑物等組成。

溢流壩位于河床段，堰頂建閘6孔，每孔凈寬14m，每孔設(shè)有14m×12.5m-12m（孔寬×門高－設(shè)計水頭）露頂式弧形工作閘門1扇，共6扇?；⌒伍l門啟閉設(shè)備為6臺2×450kN弧門卷揚啟閉機。閘門加固前已經(jīng)運行近30年。

2 弧形閘門粘鋼加固設(shè)計

2.1 弧形閘門的銹蝕情況

弧形閘門共6扇，抽取其中3扇閘門的主要構(gòu)件進行了蝕余厚度檢測，檢測結(jié)果為：閘門面板銹蝕量為1.14～1.48mm，平均銹蝕速率0.044～0.057mm/a；主橫梁銹蝕量1.47～1.79mm，平均銹蝕速率0.057～0.069mm/a；縱梁銹蝕量1.52～1.70mm，平均銹蝕速率0.054～0.064mm/a；支臂銹蝕量1.40～1.65mm，平均銹蝕速率0.054～0.063mm/a；水平次梁銹蝕量1.73～1.86mm，平均銹蝕速率0.067～0.072mm/a。3扇閘門總體平均銹蝕量1.56～1.68mm，標準差0.34～0.38mm，平均銹蝕速率0.06～0.065mm/a。3扇閘門的銹蝕量頻數(shù)分布規(guī)律基本相似，銹蝕量頻數(shù)峰值基本位于1.2～1.3mm區(qū)間，銹蝕量主要分布在0.8～1.7mm之間，其頻數(shù)分別為85.2%、88.6%和82.5%。銹蝕量大于2mm的頻數(shù)分別為1.6%、5.4%和7.6%。3扇閘門銹蝕狀況基本相似，整體為較重銹蝕，局部有嚴重銹蝕。嚴重銹蝕主要發(fā)生在以下部位：水平次梁及與其相聯(lián)結(jié)的面板、邊縱梁腹板、下主橫梁腹板及前翼緣、支臂肋板附近、支臂與連接系的連接部位等。這些部位銹坑深度多為1.2～2.5mm，最深4mm，局部銹皮分層疊起，最厚12mm。

2.2 粘鋼加固設(shè)計

2.2.1 容許應(yīng)力的選取

容許應(yīng)力同時與閘門的重要程度和運行條件有關(guān)。在對閘門結(jié)構(gòu)進行強度復(fù)核時，根據(jù)SL74—95《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》，首先確定材料的容許應(yīng)力，而容許應(yīng)力與鋼材的種類、鋼號和厚度直接相關(guān)。該閘門門葉結(jié)構(gòu)的材料為Q235鋼，閘門各構(gòu)件的厚度不同，其容許應(yīng)力亦不相同。閘門主橫梁的翼緣、支臂的腹板及翼緣厚度介于16～40mm之間，屬鋼材尺寸分組中的第2組，其容許應(yīng)力為［σ］= 150MPa，［τ］=90MPa；其他構(gòu)件所用鋼材的厚度均不大于16mm，屬第1組，其容許應(yīng)力［σ］=160MPa，［τ］= 95MPa。

對于大中型工程的工作閘門和重要事故閘門，容許應(yīng)力應(yīng)乘以0.90～0.95的調(diào)整系數(shù)。此外，SL226—98《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標準》規(guī)定，對在役閘門進行結(jié)構(gòu)強度驗算時，材料的容許應(yīng)力應(yīng)按使用年限進行修正，容許應(yīng)力應(yīng)乘以0.90～0.95的使用年限修正系數(shù)，達到或超過折舊年限的修正系數(shù)取0.9。根據(jù)以上規(guī)定，取容許應(yīng)力的修正系數(shù)k=0.9×0.9=0.81。

閘門各主要構(gòu)件材料的容許應(yīng)力見表1。

表1 閘門各主要構(gòu)件材料的容許應(yīng)力單位：MPa

2.2.2 粘鋼加固設(shè)計

粘鋼加固前，需對閘門的主要構(gòu)件按銹蝕后的截面尺寸進行強度復(fù)核計算，根據(jù)復(fù)核計算結(jié)果、構(gòu)件的結(jié)構(gòu)型式、截面尺寸確定加固的部位和粘鋼的規(guī)格尺寸，并對加固后的構(gòu)件強度重新進行復(fù)核計算，保證加固后構(gòu)件強度滿足規(guī)范要求。

2.2.2.1 水平次梁的支座和跨中部位強度均不滿足要求

加固方案：水平次梁共18根；1#次梁[18a，在其腹板上，用厚度6mm，寬度130mm鋼板加固；2#～5#次梁為[18a，在其腹板上，用厚度6mm，寬度150mm鋼板加固；6#～11#次梁為[18a，在其腹板上，用厚度6mm，寬度150mm鋼板加固，在其后翼板上，用厚度6mm，寬度80mm鋼板加固；12#～17#次梁[20a，在其腹板上，用厚度6mm，寬度170mm鋼板加固，在其后翼板上，用厚度6mm，寬度50mm鋼板加固；18#次梁[20a，在其腹板上，用厚度6mm，寬度140mm鋼板加固。水平次梁加固鋼板長度與次梁長度基本相同，遇縱梁腹板處加固鋼板斷開。

2.2.2.2 主橫梁的支座部位強度不滿足要求，跨中部位強度滿足要求

加固方案：在支座處腹板上，用厚度8mm，寬度1175mm，長度2800mm鋼板加固，遇縱梁腹板處加固鋼板斷開。

2.2.2.3 支臂強度不滿足要求

選取在本院接受治療的無排卵型月經(jīng)失調(diào)患者，選取時間段為2016年4月至2017年12月，病例數(shù)為90例。利用電腦數(shù)字表隨機方式分組，平均分成對照組和觀察組各45例。對照組內(nèi)患者24～35歲，平均(29.37±2.54)歲；觀察組內(nèi)患者23～36歲，平均(29.55±2.26)歲；經(jīng)對比組間患者的基線資料具有可比性，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

加固方案：在前后翼板上，分別用厚度8mm，寬度400mm，長度1950cm鋼板加固。

閘門的主要構(gòu)件加固前、后應(yīng)力核算結(jié)果列于表2。

表2 閘門的主要構(gòu)件加固前后應(yīng)力核算結(jié)果單位：MPa

2.3 粘鋼加固施工工藝

2.3.1 粘鋼結(jié)構(gòu)膠的性能

粘鋼結(jié)構(gòu)膠由A組分和B組分組成，配置前需將A組分、B組分分別攪拌均勻，然后按比例稱量混合，充分攪拌至沒有沉淀色差后使用。粘鋼結(jié)構(gòu)膠的性能見表3。

表3 粘鋼結(jié)構(gòu)膠性能

2.3.2 施工工藝

（1）根據(jù)設(shè)計圖紙尺寸和現(xiàn)場實際情況切割加固用鋼板。

（2）在需要加固構(gòu)件的表面劃線，確定加固鋼板的位置。

（3）對構(gòu)件粘鋼范圍內(nèi)的表面進行除銹、除污、除漆處理，要求表面無灰塵、無油污。

（4）對加固鋼板需要粘貼的表面進行除銹、除污、找平處理，粗糙度盡量大些，要求表面無灰塵、無油污。

（5）支臂的加固鋼板尺寸較大，采用間斷焊＋壓力灌膠法粘接。主梁、水平次梁的加固鋼板尺寸較小，采用直接粘接。

（6）采用間斷焊+壓力灌膠法粘接加固的鋼板上根據(jù)實際需要加工灌膠孔和排氣孔。構(gòu)件鋼板與加固鋼板之間留1～2mm的間隙，沿鋼板周邊采用斷續(xù)角焊縫焊接，焊角高度4mm，每段焊縫長20～30mm，間隔70～80mm。

（7）除灌膠孔和排氣孔外的所有縫隙用封縫膠封堵，封堵必須密實、牢固、打壓時無泄漏。

（8）在封縫膠固化后即可配膠。將A、B兩組分按比例混合，用人工或攪拌機攪拌均勻（膠顏色均一）。攪拌機具及容器不得有油污，避免任何雜物進入容器。

（9）將灌膠管與注膠罐和灌膠孔接通，將膠液裝入注膠罐，膠液量不宜超出罐體容器的75%。將小型空壓機連接到注膠罐的單向進氣嘴上，關(guān)閉出膠口的閥門，啟動空壓機，充氣壓力達到0.2MPa時，打開出膠閥門，即可開始灌膠，也可邊加壓邊灌膠。待排氣孔出膠后將其封閉，再繼續(xù)壓注幾分鐘即可停止灌膠。當加固鋼板較長時，需進行多次灌膠。待空腔內(nèi)膠體達到初凝而不外流時，再用結(jié)構(gòu)膠將灌膠孔和排氣孔抹平、封口。

（10）用小錘輕輕敲擊加固鋼板，檢查構(gòu)件鋼板與加固鋼板粘結(jié)密實度，若有空洞聲，表示該處粘結(jié)不密實，應(yīng)采取補救措施，若補救無效，應(yīng)剝下鋼板，重新粘接。

（11）結(jié)構(gòu)膠可在常溫下養(yǎng)護、固化。膠體未完全固化前，不能擾動鋼板，3d基本固化，10d左右可承載使用。

（12）各工序完成后，對加固鋼板粘接質(zhì)量全面檢查，鋼板有效粘接面積應(yīng)不少于90%，檢查方法仍采用小錘輕輕敲擊鋼板，從聲響判斷有無空洞，若不滿足要求可采用灌膠補救措施，若補救無效，應(yīng)重新粘接。

3 結(jié)語

閘門部分構(gòu)件強度不能滿足規(guī)范要求，報廢更新施工困難、造成較大浪費或尚未達到報廢條件，可以考慮采用粘鋼技術(shù)對鋼閘門進行局部加固補強，以避免或減小焊接變形和焊接內(nèi)應(yīng)力，延長閘門的使用年限，是一種較好的加固措施。

［1］SL74—95，水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］SL101—94，水工鋼閘門和啟閉機檢測技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］SL226—98，水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標準［S］.

［4］河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.朱莊水庫除險加固工程初步設(shè)計報告［R］.2007.

［5］侯發(fā)亮.建筑結(jié)構(gòu)粘接加固的理論與實踐［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

［6］水利部水工金屬結(jié)構(gòu)檢測中心.朱莊水庫水工金屬結(jié)構(gòu)安全檢測報告［R］.2005.

Application of Bonding Steel Technology in Strengthening Radial Gate of Overflow Dam

WANG Yuan-wang
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250，China）

The steel gate will occur corrosion after using for certain years and the strength of the gate is reduced accordingly.The reinforcement for steel gate widely adopts the method of welding.With a large number of welding，the welding deformation and internal stress will accur，which will have detrimental effects on steel gate.The welding deformation and stress will be reduced or avoided by using bonding steel technology to reinforce and strengthen steel gate，this is a better measure of reinforcement.

bonding steel technology；structural adhesive；reinforcement；construction technology

TV34

A

1672-9900（2013）01-0044-03

2012-12-07

王遠旺（1972-），男（漢族），天津人，高級工程師，主要從事水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，（Tel）13820258395。