參窩水庫底孔閘門金屬結(jié)構(gòu)改造工程

師曉東

（集安桓集工程管理有限公司，吉林 通化134200）

1 工程簡(jiǎn)介

參窩水庫位于遼寧省遼陽市東約40 km處的太子河干流上，水庫開工建設(shè)于1970年11月，1972年正式投入運(yùn)行。水庫控制流域面積6 175 km2，總庫容 7.91億 m3，是一座以防洪、灌溉、工業(yè)供水為主，并結(jié)合供水進(jìn)行發(fā)電的大（2）型水利樞紐工程。

參窩水庫樞紐的主體工程由重力式混凝土擋水壩、溢流壩、電站壩段和底孔四部分組成。壩頂高程103.5 m，壩頂長(zhǎng)53 2 m。攔河壩共分為31個(gè)壩段，其中 1～4，22～31 號(hào)壩段為擋水壩段；19～21號(hào)壩段為電站壩段，壩后式電站；4～18號(hào)壩段為溢流壩段，位于主河床，共14個(gè)溢流表孔，設(shè)14扇12 m×12 m潛孔式弧形鋼閘門，固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)控制。在閘墩中間布置6個(gè)泄流底孔，底孔高程為60.0 m，孔口尺寸為3.5 m×8.0 m，設(shè)置6扇平板鋼閘門。在2003年剛剛完成的除險(xiǎn)加固中，新增設(shè)了弧門檢修閘門，解決了工作閘門檢修時(shí)間不夠的問題；更新了備用電源系統(tǒng)，解決了備用電源容量小的問題。底孔的啟閉機(jī)型式由原來的固定卷揚(yáng)式更新為移動(dòng)門機(jī)。

2 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備改造工程的必要性

參窩水庫自投入運(yùn)行已經(jīng)30多年，經(jīng)歷了5次特大洪水的考驗(yàn)。水庫大壩雖然已經(jīng)進(jìn)行了2次大的除險(xiǎn)加固，但都沒有對(duì)水庫金屬結(jié)構(gòu)的主要問題進(jìn)行處理。由于檢修作業(yè)環(huán)境困難和運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，閘門和啟閉機(jī)都已產(chǎn)生不同程度的銹蝕與磨損，運(yùn)行的安全系數(shù)不可避免地降低。因此，無論從參窩水庫自身的安全考慮，還是從水庫對(duì)下游的防洪作用和效益考慮，金屬結(jié)構(gòu)工程改造都是必要的、緊迫的。

2003年參窩水庫管理局，委托遼寧省水利水電科學(xué)研究院和水利部水工金屬結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)中心，對(duì)參窩水庫金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示底孔閘門目前主要存在的問題如下：

1）閘門迎水面面板嚴(yán)重銹蝕，面板表面有大量凸起的銹包，銹包最大直徑可達(dá)30 mm，最大高度可達(dá)15 mm；兩側(cè)梁格內(nèi)部銹蝕嚴(yán)重，梁格內(nèi)部的涂層幾乎全部脫落。閘門面板最大銹蝕量達(dá)3.7 mm；邊梁最大銹蝕量達(dá)2.7 mm；縱梁最大銹蝕量達(dá)2.4 mm；主橫梁局部銹蝕最為嚴(yán)重，最大銹蝕量為4.96 mm，閘門局部蝕余厚度僅為7 mm。

2）導(dǎo)輪及邊導(dǎo)輪嚴(yán)重銹蝕，多數(shù)銹死不轉(zhuǎn)。

3）在設(shè)計(jì)水位下，主橫梁最大折算應(yīng)力超過材料相應(yīng)的容許應(yīng)力值。

4）閘槽嚴(yán)重銹蝕，銹皮成片脫落。

5）閘門嚴(yán)重漏水，2，3，4號(hào)底孔閘門左側(cè)上頁與中葉連接處漏水嚴(yán)重，產(chǎn)生射流，水流噴濺處銹蝕更為嚴(yán)重，遠(yuǎn)處即可見大量銹斑。

參窩水庫的底孔是水庫泄洪、供水的主要設(shè)施，利用率高，出現(xiàn)問題后果嚴(yán)重，亟須更新改造。

3 底孔閘門改造方案設(shè)計(jì)

1）底孔工作閘門埋件現(xiàn)狀。底孔工作閘門埋件主軌為鑄鋼結(jié)構(gòu)，底坎、反軌和側(cè)軌為型鋼和鋼板焊接結(jié)構(gòu)。側(cè)軌的軌面為20號(hào)槽鋼腹板。底孔的閘門門槽已嚴(yán)重銹蝕，銹皮成片脫落。主體軌面大面積銹損，已失去修補(bǔ)價(jià)值。

2）底孔閘門埋件改造方案設(shè)計(jì)。側(cè)軌軌面為20號(hào)槽鋼腹板，7 mm的厚度，若進(jìn)行維修，經(jīng)過噴砂除銹后其厚度已經(jīng)小于5 mm；主軌軌面為鑄鋼，因閘門主輪對(duì)主軌軌面有硬度要求，因此主軌大面積的銹蝕無法進(jìn)行修補(bǔ)。底坎20號(hào)工字鋼，除銹后工作面的厚度不能滿足閘門的受力要求。反軌軌面平時(shí)不受力，并且表面鋼板厚度14 mm，可以修補(bǔ)。

門槽埋件改造方案：主軌、底坎、側(cè)軌拆除后鑿除舊的二期混凝土，原二期混凝土中的錨筋全部保留，以便安裝固定新埋件。然后安裝新的主軌、底坎、側(cè)軌埋件，并澆筑C 25二期混凝土。胸墻和反軌進(jìn)行噴砂除銹，然后噴鍍金屬鋅并涂漆封閉。

3）底孔工作閘門現(xiàn)狀。閘門迎水面面板銹蝕嚴(yán)重，漏水已經(jīng)形成噴射，主要構(gòu)件銹損率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過30%。按照SL 226-98《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，整扇閘門因腐蝕、強(qiáng)度、剛度等條件需要更換的構(gòu)件數(shù)達(dá)到30%以上時(shí)，該閘門應(yīng)報(bào)廢。而現(xiàn)狀的底孔工作閘門的面板平均銹蝕1.678 mm，最大銹蝕3.7 mm，銹蝕量主要在0.8～2.0 mm之間，頻數(shù)占61.61%；共9根主梁，平均銹蝕1.409 mm，局部嚴(yán)重銹蝕銹損。銹蝕量主要在0.6～2.0 mm之間，頻數(shù)為64.8%。因此，無論是主要構(gòu)件（主梁）還是閘門的銹蝕條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了閘門的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，水庫底孔閘門應(yīng)予以更換。

4）底孔工作閘門改造方案設(shè)計(jì)。新閘門的止水方式與原閘門的止水方式相同，均為下游封水，利用水柱的重量關(guān)閉閘門。底孔閘門門槽的底坎、主軌、側(cè)軌鑿除，安裝新的底坎、側(cè)軌和主軌埋件，澆筑二期混凝土；胸墻和反軌進(jìn)行噴砂除銹，然后噴度金屬鋅并涂漆封閉。閘門門板報(bào)廢更新。底孔門槽改造和閘門更換施工工序?yàn)椋郝錂z修閘門→提工作閘門→門槽改造及制作工作閘門→安裝工作閘門→開啟檢修閘門。門槽改造施工時(shí)，由于孔深、工作面窄，所以在閘孔內(nèi)搭設(shè)滿堂腳手架，人工施工。施工順序是從上向下拆除混凝土和底坎、主軌、側(cè)軌，然后由下至上安裝底坎、主軌、側(cè)軌和澆筑二期混凝土。為防止拆除棄渣掉入孔內(nèi)、堵塞底孔，拆除時(shí)還應(yīng)在腳手架上搭設(shè)接渣平臺(tái)。因孔深大于30 m，所以施工時(shí)需要配置小型通風(fēng)機(jī)向孔內(nèi)通風(fēng)，并且孔內(nèi)要安裝照明設(shè)備。二期的混凝土工程，用0.4 m3拌和機(jī)在壩面拌制，人工裝桶并垂直運(yùn)輸?shù)絺}面，防止骨料分離。

5）底孔檢修閘門設(shè)計(jì)加固維修方案。檢修閘門進(jìn)行整體噴砂除銹、鍍鋅、涂漆封閉，檢修閘門的主輪、側(cè)輪、反輪等銹蝕嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)全部更新，軸套全部更新為雙金屬自潤(rùn)滑軸套。閘門水封系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行更換。施工方法是利用壩頂門機(jī)將檢修閘門提至壩上，人工進(jìn)行處理。

4 結(jié)語

參窩水庫大壩底孔閘門的金屬結(jié)構(gòu)更新改造已經(jīng)2年多，運(yùn)行效果良好。安全系數(shù)整體提高，汛期水庫泄洪更加順暢，有效保證下游農(nóng)田按時(shí)灌溉及兩岸人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。