淺談西河水（船）閘門防腐工程的設(shè)計(jì)方案

梁健偉 中山市堤圍管理中心

1.導(dǎo)致西河水閘閘門腐蝕的原因

1.1 氣候的因素

鋼閘門的水上部分極易因日曬雨淋、潮濕氣候等作用從而發(fā)生腐蝕。干燥的空氣腐蝕水工鋼閘門的速度相對較慢，但是由于水工鋼閘門的特殊性，臨近水域的空氣濕度較大,導(dǎo)致金屬表面的腐蝕也更加劇烈。

1.2 水質(zhì)的因素

海水含鹽量高，導(dǎo)電性好，海水中含有的大量氯離子，對鋼鐵的腐蝕性尤其嚴(yán)重，鋼閘門在海水中比在淡水中腐蝕更快。海水對水工鋼閘門的腐蝕主要是利用電化學(xué)腐蝕的手段。

1.3 應(yīng)力和變形的因素

應(yīng)力和變形越大，腐蝕越嚴(yán)重。在關(guān)閘的情況下，由于外江與內(nèi)江水位高低相差越大，閘門受到的壓力也越大，在長期日積月累疲勞工作下，容易發(fā)生變形，導(dǎo)致表面保護(hù)膜受損，導(dǎo)致閘門腐蝕。

1.4 結(jié)論

鋼閘門在控制各種水工建筑物中發(fā)揮著重要的作用，由于工作環(huán)境是水下，受到高速水流的沖擊作用等影響，極易被腐蝕并降低鋼閘門的承受能力,從而降低安全性能。一般工程上使用涂料保護(hù)，只有3到5年的有效期，而且工作效率低，維護(hù)費(fèi)用高。所以如何防止鋼閘門腐蝕，對于確保鋼閘門的安全運(yùn)行有重要意義。

2.中山市堤圍管理中心西河水閘管理所水（船）閘設(shè)計(jì)程況概述

中山市堤圍管理中心西河水閘管理所位于岐江河西出口，外接磨刀門水道。2008年2月正式開始動工重建，于2010年1月完工，是圍內(nèi)主要的兩大出水口之一，具有以防洪（潮）、排澇（洪）、灌溉、防咸為主，兼顧航運(yùn)、改善水環(huán)境等功能，是中山市重要的控制型水利工程綜合利用的大型水閘，屬大（二）型工程。工程由水閘、船閘兩大部分組成。

2.1 水閘

水閘總凈寬為150m，工程共10孔，單孔凈寬15m，每兩孔設(shè)一分縫，縫墩厚2m，設(shè)計(jì)過閘流量為1414m3/s。閘底板高程-4.2m，閘頂高程5.48m，閘室順?biāo)鞣较蜷L19m，底板厚1.3m，采用平板鋼閘門，固定式液壓啟閉機(jī)。墩頂架設(shè)凈寬7.0m的交通橋，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為（汽-20級設(shè)計(jì)），校核荷載標(biāo)準(zhǔn)為拖車-100級。水閘上、下游均設(shè)消力池、海漫和防沖槽，消力池長15m，深0.5m。根據(jù)防沖計(jì)算，兩側(cè)海漫長度均為30m，海漫端部設(shè)拋石防沖槽，深1.4m。工作閘門采用平板鋼閘門，啟閉設(shè)備采用液壓啟閉機(jī)（見圖1）。

圖1 從外江側(cè)向內(nèi)河側(cè)視圖

2.2 船閘

船閘凈寬為16m，單孔，船閘上、下閘首各設(shè)1 扇提升平移式工作閘門,采用臺車操作。工程布置在河道的左岸，為單級單線船閘，與水閘相連。船閘按Ⅳ級航道、通航500t 要求設(shè)計(jì)，外江最高通航水位2.28m，最低通航水位-0.60m；內(nèi)江最高通航水位1.30m，最低通航水位-0.50m。船室尺寸為180m×23m，門檻水深大于3.40m，閘首凈寬16m，閘底高程-0.40m，上閘首閘頂高程5.48m，下閘首閘頂高程3.50m，船室底高程-4.20m（見圖2）。

圖2 船閘門葉結(jié)構(gòu)圖

2.3 歷史水位

西河水閘經(jīng)過重建后，擋洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到100年一遇洪水設(shè)計(jì)，即水位2.59m，校核潮水位采用歷史最高潮水位2.75m;圍內(nèi)排澇標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇24小時暴雨產(chǎn)生的徑流，外江遭遇5年一遇高潮位，城鎮(zhèn)、魚塘及經(jīng)濟(jì)作物區(qū)按1天排干，農(nóng)田按3天排干設(shè)計(jì)（根據(jù)粵水建管【2007】90號文）（見表1）。

表1 水閘洪水頻率表

3.防腐設(shè)計(jì)方案

西河水閘經(jīng)過多年運(yùn)行，處于咸潮區(qū)域，水質(zhì)咸度高，閘門易受咸潮腐蝕，并且閘門所處環(huán)境為水位變動區(qū)（干濕交替）。水閘和船閘的工作閘門基體表面均出現(xiàn)大面積銹蝕現(xiàn)象。為消除中順大圍西河水閘安全隱患，保障水閘正常運(yùn)行，需對中山市中順大圍西河閘門維護(hù)工程實(shí)施建設(shè)。根據(jù)《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》（SL105-2007）規(guī)定要求，防腐設(shè)計(jì)使用年限為不小于10年。針對本工程所處的環(huán)境特點(diǎn)及在現(xiàn)場觀察到的閘門腐蝕情況，結(jié)合與相關(guān)專業(yè)人員溝通研究，現(xiàn)給出以下四種防腐方案。

3.1 方案一：熱噴涂稀土鋁+防腐漆聯(lián)合防腐

（1）金屬基體有效表面熱噴涂稀土鋁，涂層干膜局部最小厚度不得小于160μm。

（2）封閉漆為環(huán)氧封閉漆，干膜厚為 30μm。

（3）中間漆為快干環(huán)氧云鐵漆，干膜厚為 120μm。

（4）面漆為聚氨酯面漆，干膜厚為80μm。

涂層總厚度為390μm。

3.2 方案二：熱噴涂鋅鋁合金+防腐漆聯(lián)合防腐

（1）金屬基體有效表面熱噴涂鋅鋁合金，涂層干膜局部最小厚度不得小于160μm。

（2）封閉漆為環(huán)氧封閉漆，干膜厚為 30μm。

（3）中間漆為快干環(huán)氧云鐵漆，干膜厚為 120μm。

（4）面漆為聚氨酯面漆，干膜厚為 80μm。

涂層總厚度為 390μm。

3.3 方案三：熱噴涂鋅+防腐漆聯(lián)合防腐

（1）金屬基體有效表面熱噴涂鋅，涂層干膜局部最小厚度不得小于160μm。

（2）封閉漆為環(huán)氧封閉漆，干膜厚為30μm。

（3）中間漆為快干環(huán)氧云鐵漆，干膜厚為120μm。

（4）面漆為聚氨酯面漆，干膜厚為80μm。

涂層總厚度為390μm。

3.4 方案四：噴涂防腐漆防腐

在金屬基體有效表面噴涂4層防腐漆。

涂層1：通用耐磨環(huán)氧玻璃鱗片漆(灰色)，干膜厚度150μm。

涂層2：通用耐磨環(huán)氧玻璃鱗片漆(紅色)，干膜厚度150μm。

涂層3：通用耐磨環(huán)氧玻璃鱗片漆(灰色)，干膜厚度150μm。

涂層4：脂肪族聚氨酯面漆，干膜厚度50μm。

涂層總厚度為500μm。

3.5 方案選取結(jié)果

方案一為噴稀土鋁金屬涂層，是針對海水環(huán)境的閘門防腐方案，防腐效果在大量水利水電工程中得到充分的體現(xiàn)，在中山市的大量水閘閘門防腐中已有成功應(yīng)用，其防腐年限也達(dá)到規(guī)范要求，如周邊的廣東省內(nèi)的聯(lián)石灣水閘、馬角水閘、燈籠水閘等。方案二為噴鋅鋁合金金屬涂層，此方案也是一種針對海水環(huán)境較為合適的防腐方案；方案三為噴鋅金屬涂層，噴鋅一般適用于淡水環(huán)境中，海水環(huán)境中一般不適用；方案四為專業(yè)防腐廠家經(jīng)過現(xiàn)場考察后并結(jié)合現(xiàn)場施工條件給出的防腐方案，其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于海洋工程、能源電力、港口機(jī)械、橋梁設(shè)施、石油化工、工業(yè)設(shè)施等領(lǐng)域，但單純利用防腐漆在水利工程閘門上的防腐效果還有待檢驗(yàn)。根據(jù)相關(guān)科學(xué)試驗(yàn)，在鹽水環(huán)境中，不同的金屬噴涂層的腐蝕速度有明顯的差別，噴鋅層腐蝕速度最快，噴稀土鋁和鋅鋁合金都很好，從鹽水浸泡試驗(yàn)后的外觀看，噴稀土鋁的耐蝕性更突出。綜合考慮，推薦方案一作為本次工程的防腐方案。

4.防腐工藝要求

4.1 表面處理要求

水閘工作閘門，船閘上、下閘首工作閘門及水閘檢修閘門表面處理采用噴（拋）射石英砂清理除銹，清理后基體金屬的表面清潔度應(yīng)不低于Sa2 1/2級，表面粗糙度Rz值應(yīng)達(dá)到 60～100μm。工作環(huán)境滿足條件：空氣相對濕度應(yīng)低于85%或基體金屬表面溫度不低于露點(diǎn)以上3℃。

4.2 涂層結(jié)合強(qiáng)度要求

稀土鋁涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度應(yīng)不低于3.5MPa，油漆涂層附著力不低于5.0MPa。防腐工藝要求未盡事宜按《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》（SL105-2007）規(guī)定執(zhí)行。

5.工程施工設(shè)計(jì)計(jì)劃

5.1 主體工程施工

5.1.1 水閘工作閘門

首先在所有水閘工作閘門頂主梁腹板處增設(shè)吊耳裝置，將新設(shè)計(jì)的2扇水閘檢修閘門置于待維護(hù)的2孔水閘工作閘門外江側(cè)檢修門槽內(nèi)臨時防洪擋潮，將待維護(hù)的2孔工作閘門實(shí)施保護(hù)性拆除與啟閉機(jī)分離，拆除門槽上部的可拆卸軌道，拆除水閘外江側(cè)檢修橋不銹鋼欄桿，然后采用船吊將工作閘門從門槽內(nèi)吊出，考慮到閘門外觀尺寸較大，不方便陸地運(yùn)輸，故選擇通過船運(yùn)至附近船廠進(jìn)行防腐施工及閘門滑塊、止水部件、側(cè)輪等部件更換。通過對工程所在地附近船廠的了解，參照廣東省航道指引圖，可滿足工程施工要求的船廠距離本工程水路運(yùn)輸距離大約為80km，本次設(shè)計(jì)初定該船廠作為水閘工作閘門防腐施工場地，船廠位置如圖3所示。水閘工作閘門共10扇，初定分5次進(jìn)行施工，即每次對2扇工作閘門按上述步驟進(jìn)行防腐施工及相關(guān)部件的更換。

圖3 船廠位置示意圖

5.1.2 船閘上、下閘首工作閘門

利用閘門現(xiàn)有啟閉設(shè)備將閘門吊至門庫平臺進(jìn)行現(xiàn)場防腐施工及更換支承滑塊、止水部件。閘門防腐施工時，應(yīng)做好封閉措施，防止施工過程中對環(huán)境造成污染。當(dāng)外江水位高于關(guān)14水位1.60m（石岐河最高控制水位）時，船閘停止通航。

5.2 施工進(jìn)度安排

根據(jù)工程區(qū)水文氣象特點(diǎn)，主體工程的施工應(yīng)避開臺風(fēng)季節(jié)和洪水期，加快施工進(jìn)度，縮短工期，基本目標(biāo)是在一個枯水期完成主體工程的建設(shè)。計(jì)劃工程項(xiàng)目籌建期1個月，為施工年度的9月；工程施工總工期為7個月，計(jì)劃工期為施工年度10月至次年的4月，包括施工準(zhǔn)備期、主體工程施工期、工程完建期3個階段，其中：施工準(zhǔn)備期1個月（施工年度的10月初～10月底）；主體工程施工期為5個月（施工年度11月初～次年3月底）；工程完建期為1個月（次年4月初～4月底）（見表2）。

表2 中山市中順大圍西河閘門維護(hù)工程設(shè)計(jì)施工進(jìn)度表

6.結(jié)束語

水工鋼閘門質(zhì)量和使用壽命直接影響著水閘的運(yùn)行效率。首先要確定所在地區(qū)水工鋼閘門在什么因素影響下容易出現(xiàn)腐蝕情況，并針對性檢測水工鋼閘門腐蝕情況，通過研討會議初步了解情況，并確定設(shè)計(jì)計(jì)劃方案的方向。工程人員應(yīng)當(dāng)加大對鋼閘門防腐處理的重視力度，根據(jù)實(shí)際情況，制定科學(xué)的設(shè)計(jì)方案、防腐方案，提升閘門的防腐性能。通過設(shè)計(jì)計(jì)劃方案分析出水工鋼閘門不同位置的腐蝕程度和造成腐蝕現(xiàn)象的因素，制定科學(xué)合理的防腐手段、施工計(jì)劃，嚴(yán)格把控防腐水工鋼閘門各個施工環(huán)節(jié)，增強(qiáng)水工鋼閘門的使用效率，使閘門的質(zhì)量得到良好的保障。