泄水閘工作門(mén)槽側(cè)軌變形原因分析及處理探討

曹建偉

【摘 要】長(zhǎng)洲水利樞紐15臺(tái)機(jī)組于2009年投產(chǎn)發(fā)電，2018年初水下檢查發(fā)現(xiàn)泄水閘3#閘孔工作門(mén)槽側(cè)軌存在凹陷變形現(xiàn)象，文章針對(duì)變形產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，提出了將槽鋼更換為“工”字鋼并用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)的處理措施，總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，希望可以為行業(yè)內(nèi)運(yùn)行水電站門(mén)槽側(cè)軌的維修或者待建水電站門(mén)槽側(cè)軌的設(shè)計(jì)起到一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】泄水閘;工作門(mén)槽;側(cè)軌變形

【中圖分類(lèi)號(hào)】TV663 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）12-0102-02

長(zhǎng)洲水利樞紐橫跨三江兩島，內(nèi)中外三江共布置有43孔泄水閘，2009年10月全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。2018年初水下檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)江泄水閘3#閘孔工作門(mén)槽側(cè)軌凹陷變形，變形原因及處理措施令人深思。

1 樞紐概況

長(zhǎng)洲水利樞紐壩址位于廣西梧州市上游12 km的潯江干流上，壩址控制流域面積為30.86萬(wàn)km2，多年平均流量為6 120 m3/s，水庫(kù)正常蓄水位為20.6 m，死水位為18.6 m，汛期限制水位為18.6 m，水庫(kù)總庫(kù)容為56.0億m3，正常蓄水位時(shí)庫(kù)容為18.6億m3，屬一等工程。主要水工建筑物布置有內(nèi)外江廠房、三江泄水閘、船閘等。

2 內(nèi)江泄水閘門(mén)槽介紹

內(nèi)江泄水閘布置在內(nèi)江主河槽，總長(zhǎng)度為237.50 m，共有12孔，最低建基面高程為-16.00 m，最大壩高50.40 m，閘墩厚度為3.5 m。堰頂高程為4.0 m，每孔設(shè)1扇工作閘門(mén)，門(mén)型為露頂式平面定輪鋼閘門(mén)。該閘門(mén)布置于堰頂下游側(cè)，運(yùn)行條件為動(dòng)水啟閉。閘門(mén)孔口尺寸為16 m×17.5 m，底檻高程為3.69 m，門(mén)槽頂部高程為34.40 m。泄水閘主體混凝土采用C25，工作門(mén)槽側(cè)軌采用[20槽鋼，后澆二期凝土C30（斷面尺寸為350 mm×700 mm）。工作門(mén)槽型式采用II型，門(mén)槽寬度為2 000 mm，深度為1 000 mm，寬深比為2.0。門(mén)槽內(nèi)設(shè)主軌、反軌、側(cè)軌和底檻。

3 3#閘孔工作門(mén)槽側(cè)軌變形簡(jiǎn)介

2018年初，內(nèi)江泄水閘在水下檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)3#工作門(mén)槽右側(cè)側(cè)軌自3.89 m（底檻以上20 cm處）至8.39 m高程存在嚴(yán)重凹陷變形，平均凹陷深度為5 cm，凹陷最深處達(dá)10 cm，側(cè)軌中間出現(xiàn)明顯的5 cm寬的側(cè)輪壓痕，變形嚴(yán)重的側(cè)軌部位已經(jīng)開(kāi)裂，變形側(cè)軌長(zhǎng)度為4.5 m，側(cè)軌底部及兩側(cè)二期混凝土擠壓脫落（如圖1所示）。

4 側(cè)軌變形原因分析

（1）二期混凝土澆筑不密實(shí)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)側(cè)軌兩側(cè)二期混凝土局部存在蜂窩、狗洞現(xiàn)象，未振搗密實(shí)，造成澆筑后的混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）二期混凝土離析?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)二期混凝土骨料間的砂漿較少，混凝土從上方下料時(shí)骨料優(yōu)先落到底部，造成混凝土脆性增強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度降低。

（3）槽鋼受力性能差。槽鋼承受垂直荷載的能力與其垂直方向的有效截面高度成正比，依照鋼結(jié)構(gòu)理論，槽鋼的翼板受力性能最好，腹板受力最差，也是就是說(shuō)槽鋼應(yīng)該立著受力，而不是趴著受力。原側(cè)軌采用槽鋼腹板受力，一旦二期混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)極易出現(xiàn)凹陷變形。

（4）閘門(mén)振動(dòng)。閘門(mén)運(yùn)行有時(shí)在約1 m開(kāi)度時(shí)，會(huì)有振動(dòng)現(xiàn)象。閘門(mén)振動(dòng)惡化了側(cè)輪與側(cè)軌的受力狀態(tài)，加重了側(cè)軌的變形。

（5）側(cè)輪寬度小且數(shù)量少。工作閘門(mén)每側(cè)設(shè)計(jì)有4個(gè)側(cè)輪，側(cè)軌寬度雖然為20 cm，但是每個(gè)側(cè)輪寬度只有5 cm，與側(cè)軌接觸面小，在底部側(cè)輪受力集中時(shí)造成側(cè)軌局部受壓壓強(qiáng)過(guò)大。

（6）閘門(mén)提落頻繁。長(zhǎng)洲水利樞紐水庫(kù)為日調(diào)節(jié)水庫(kù)，出庫(kù)流量和入庫(kù)流量基本維持平衡狀態(tài)，出庫(kù)流量要隨時(shí)根據(jù)入庫(kù)流量變化而變化，汛期上游來(lái)水變幅大，43孔泄水閘汛期操作頻繁，側(cè)輪與側(cè)軌多次反復(fù)摩擦，也容易造成側(cè)軌磨損變形。

（7）水流作用。在臨接近底檻狀態(tài)下，受強(qiáng)烈的水流作用，使閘門(mén)受到水流頻繁脈動(dòng)及左右不對(duì)稱(chēng)的泄流沖擊，會(huì)引起閘門(mén)側(cè)輪與側(cè)軌碰撞或擠壓，破壞側(cè)軌及混凝土[1]。

（8）工作門(mén)安裝未準(zhǔn)確居中。門(mén)槽設(shè)計(jì)時(shí)，在門(mén)槽與閘門(mén)側(cè)輪之間留有15 mm的間隙。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)3#工作門(mén)槽只有右側(cè)側(cè)軌有摩擦接觸痕跡，而左側(cè)門(mén)槽側(cè)軌沒(méi)有任何接觸痕跡，說(shuō)明工作閘門(mén)安裝時(shí)豎直方向未在閘孔兩側(cè)門(mén)槽間準(zhǔn)確居中，這是引起側(cè)軌變行的次要原因。

5 側(cè)軌變形處理措施

針對(duì)工作門(mén)槽側(cè)軌凹陷變形這一缺陷，采用上游事故門(mén)和下游檢修門(mén)，抽干水后拆除原槽鋼及二期混凝土，更換為“工”字鋼（配套焊接200 mm寬鋼墊板）并采用HK-UW預(yù)包裝環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。HK-UW預(yù)包裝環(huán)氧砂漿常溫下固化快，具有強(qiáng)度高、抗沖擊、耐磨損、耐腐蝕、抗凍性、黏結(jié)性好等優(yōu)點(diǎn)。更換側(cè)軌的具體處理措施如下。

（1）將變形損壞的側(cè)軌（[20槽鋼）割除。

（2）鑿除原二期混凝土（斷面尺寸為350 mm×700 mm），至一期混凝土面并鑿毛。

（3）鑿除后暴露原有錨筋，錨筋方向如有明顯歪的要進(jìn)行矯正，將錨筋外露部分清理干凈，必要時(shí)可補(bǔ)植錨筋。

（4）按照新側(cè)軌圖紙（如圖2所示）要求將I20a“工”字鋼與鋼板制作好，其中鋼板與“工”字鋼段用斷焊形式，鋼板與“工”字鋼焊接后應(yīng)保證鋼板平整。

（5）割除錨筋上原來(lái)焊的螺桿，根據(jù)“工”字鋼固定的要求重新焊接螺桿并緊固墊板。

（6）將“工”字鋼側(cè)軌兩頭打磨出焊接倒角，調(diào)節(jié)螺栓使“工”字鋼的墊板上下端與原槽鋼齊平，左右方向與兩側(cè)混凝土齊平。將墊板與原側(cè)軌焊接牢固，并打磨焊縫，使原側(cè)軌與新側(cè)軌平滑過(guò)渡。

（7）立模板進(jìn)行環(huán)氧砂漿澆筑，對(duì)砂漿進(jìn)行振搗，務(wù)必保證砂漿密實(shí)，保證側(cè)軌符合《水電水利工程鋼閘門(mén)制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》（DL/T 5018—2004）中表9.1.3[2]的要求。

（8）將工作表面打磨平滑，無(wú)凸起或凹陷。

此外，將工作閘門(mén)原來(lái)寬度5 cm的側(cè)輪全部更換為11 cm的側(cè)輪，有效增大了側(cè)輪與軌道的接觸面積，緩解了接觸面的壓強(qiáng)，改善了側(cè)軌的受力狀態(tài)。同時(shí)，閘門(mén)開(kāi)度變化時(shí)運(yùn)行人員及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡視檢查，發(fā)現(xiàn)閘門(mén)振動(dòng)時(shí)及時(shí)調(diào)整開(kāi)度，消除振動(dòng)現(xiàn)象。

6 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

（1）設(shè)計(jì)階段側(cè)軌型鋼首選“工”字鋼，工作閘門(mén)側(cè)輪寬度及數(shù)量適當(dāng)擴(kuò)大。設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)門(mén)槽側(cè)軌時(shí)明顯低估了側(cè)軌的受力，運(yùn)行期諸多因素導(dǎo)致側(cè)軌受力集中且狀況復(fù)雜。在不考慮二期混凝土的情況下，“工”字鋼翼板的受力性能要遠(yuǎn)高于槽鋼腹板的受力性能，故側(cè)軌設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先考慮“工”字鋼（配套焊接鋼墊板）。此外，設(shè)計(jì)側(cè)輪的數(shù)量和寬度不宜過(guò)小，重點(diǎn)增加閘門(mén)兩側(cè)底部側(cè)輪的數(shù)量。同時(shí)，可以適當(dāng)提高二期混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。

（2）施工階段加強(qiáng)混凝土施工質(zhì)量控制。水電站施工期遺留缺陷往往在運(yùn)行期需要進(jìn)行處理，所以需要在源頭上把好關(guān)。門(mén)槽二期混凝土澆筑空間狹小，容易導(dǎo)致澆筑不密實(shí)，因此更需要加強(qiáng)混凝土澆筑質(zhì)量控制，進(jìn)行必要的分段振搗并振搗到位，保證混凝土密實(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）運(yùn)行階段加強(qiáng)巡視檢查和維護(hù)。長(zhǎng)洲水利樞紐有43孔泄水閘，泄水閘門(mén)槽在汛后要及時(shí)逐個(gè)進(jìn)行檢查，并擴(kuò)大到檢修和事故門(mén)槽，尤其是水下部分容易被忽略，要定期安排水下檢查，發(fā)現(xiàn)軌道問(wèn)題及時(shí)安排處理，利用枯水期閘門(mén)不泄水的有利時(shí)機(jī)抓緊實(shí)施并在汛前完成，確保閘門(mén)正常運(yùn)行。針對(duì)閘門(mén)在小開(kāi)度情況下出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象，除加強(qiáng)運(yùn)行人員巡視檢查外，必要時(shí)可在閘門(mén)上安裝振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，以便于在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象并及時(shí)調(diào)整閘門(mén)開(kāi)度消除振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)可減輕運(yùn)行人員巡檢工作量。此外，還應(yīng)重視對(duì)啟閉機(jī)雙吊點(diǎn)定滑輪吊軸同步性檢查，保證在啟閉雙吊點(diǎn)閘門(mén)時(shí)，閘門(mén)平穩(wěn)同步升降，避免側(cè)軌頻繁承受側(cè)向擠壓荷載，并注意觀察，避免發(fā)生主行走滾輪偏離主軌中心行走的現(xiàn)象[1]。

7 結(jié)論

長(zhǎng)洲水利樞紐內(nèi)江泄水閘3#閘孔工作門(mén)槽側(cè)軌采用“工”字鋼更換后，目前已運(yùn)行1年多時(shí)間，經(jīng)過(guò)水下檢查發(fā)現(xiàn)側(cè)軌處于完好狀態(tài)，說(shuō)明采用更換“工”字鋼和環(huán)氧砂漿修補(bǔ)的方案是合適的。泄水建筑物門(mén)槽的軌道完好與否直接關(guān)系閘門(mén)能否正常啟閉，進(jìn)而影響著水電站大壩的防洪度汛，所以水電站運(yùn)行單位務(wù)必要格外重視，決不能掉以輕心和馬虎大意，一定要做到勤檢查和勤維護(hù)，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)處理，確保泄水建筑物正常運(yùn)行，保證大壩安全。本文從內(nèi)江3#泄水閘工作門(mén)槽側(cè)軌變形實(shí)際出發(fā)，分析了變形產(chǎn)生的原因，介紹了采用“工”字鋼替換槽鋼并采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)的處理措施，總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，希望可以為行業(yè)內(nèi)運(yùn)行水電站門(mén)槽側(cè)軌的維修或者待建水電站門(mén)槽側(cè)軌的設(shè)計(jì)起到一定的借鑒和參考作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]楊占鰲.長(zhǎng)洲水利樞紐泄水閘工作閘門(mén)缺陷成因及處理[J].紅水河，2018（5）.

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[3]孫學(xué)勇.水工閘門(mén)產(chǎn)生滲漏水的常見(jiàn)原因及處理方法[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2015（4）.

[4]張庚辛，胡文軍，任玉房.淺談水工閘門(mén)的養(yǎng)護(hù)與維修[J].河南水利，2005（11）.