平面鋼閘門滲漏原因與處理措施分析

摘要：作為一種水力機(jī)械設(shè)備，平面鋼閘門是水工構(gòu)筑物中活動(dòng)的擋水結(jié)構(gòu)，用以關(guān)閉、開啟過水孔口，其密封性和穩(wěn)定性直接關(guān)系水利設(shè)施的安全運(yùn)行。然而，在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于設(shè)計(jì)、機(jī)械加工和施工等，平面鋼閘門會(huì)出現(xiàn)密閉不嚴(yán)、滲漏水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響水工構(gòu)筑物正常運(yùn)行。以龍陽(yáng)湖調(diào)蓄池平面鋼閘門為例，分析平面鋼閘門滲漏水的主要原因，提出處理措施，并探討方案實(shí)施的有效性和可行性，從而減少滲漏水現(xiàn)象，確保水工構(gòu)筑物安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：平面鋼閘門；水利設(shè)施；滲漏原因；處理措施

中圖分類號(hào)：TV698.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）07-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.032

Analysis of Reasons and Treatment Measures for Leakage

of Plane Steel Gates

FU Chao1， WANG Lilin2， ZHU Jiaqi1， WANG Yongtao2

（1. Wuhan Zhiyuan Construction Group Co.， Ltd.; 2. Wuhan Hanyang Municipal Construction Group Co.， Ltd.， Wuhan 430000， China）

Abstract： As a type of hydraulic machinery equipment， a plane steel gate is an active water blocking structure in hydraulic structures， which is used to close and open the water outlet， its sealing and stability are directly related to the safe operation of water conservancy facilities. However， in actual operation， due to design， mechanical processing， and construction reasons， the plane steel gates may experience poor sealing and leakage， seriously affecting the normal operation of hydraulic structures. Taking the plane steel gate of Longyang Lake storage tank as an example， the main causes of water leakage in the plane steel gate is analyzed， the treatment measures are proposed， and the effectiveness and feasibility of the implementation plan are explored， so as to reduce water leakage and ensure the safe operation of hydraulic structures.

Keywords： plane steel gate; water conservancy facilities; reasons for leakage; treatment measures

作為水利工程的關(guān)鍵設(shè)施，平面鋼閘門具有截?cái)嗨?、調(diào)節(jié)水位等功能。然而，在實(shí)際運(yùn)行過程中，平面鋼閘門可能會(huì)出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。滲漏不僅會(huì)降低閘門的密封性，還可能對(duì)閘門結(jié)構(gòu)造成損害，甚至影響整個(gè)水利設(shè)施的安全運(yùn)行。因此，深入分析平面鋼閘門滲漏的原因，并提出處理措施，對(duì)于保障水利設(shè)施安全運(yùn)行具有重要意義。

1 工程概況

龍陽(yáng)湖地處武漢市漢陽(yáng)區(qū)，是漢陽(yáng)區(qū)水系網(wǎng)絡(luò)的重要湖泊，也是漢陽(yáng)區(qū)生態(tài)水網(wǎng)構(gòu)建的重要節(jié)點(diǎn)。根據(jù)龍陽(yáng)湖水質(zhì)提升工程的雨水調(diào)蓄池子項(xiàng)工程內(nèi)容，在龍陽(yáng)湖明渠處新建1座雨水調(diào)蓄池，調(diào)蓄池規(guī)模約為27 000 m3，同時(shí)配套建設(shè)進(jìn)出水管網(wǎng)工程、閘門井等。閘門井內(nèi)設(shè)計(jì)2孔截流閘，孔口尺寸為

2.2 m×2.2 m，平面鋼閘門配備電動(dòng)啟閉機(jī)。調(diào)試發(fā)現(xiàn)，閘門存在滲漏情況。平面鋼閘門分為迎水面和背水面，具體模型如圖1所示。

2 鋼閘門缺陷檢測(cè)

為找出滲漏的原因，技術(shù)人員對(duì)平面鋼閘門的門葉和門槽等進(jìn)行測(cè)量。門葉長(zhǎng)為2.10 m，寬為2.10 m。采用網(wǎng)格法對(duì)門葉進(jìn)行劃分，以激光水準(zhǔn)儀為準(zhǔn)線，采用精度為0.1 m的卡尺測(cè)量網(wǎng)格點(diǎn)處門葉水平方向與激光準(zhǔn)線的距離，如圖2所示。網(wǎng)格長(zhǎng)為400 mm，

寬為400 mm。網(wǎng)格點(diǎn)的橫坐標(biāo)為am（m=1，2，…，6），縱坐標(biāo)為bn（n=1，2，…，6）。

第一次測(cè)量時(shí)，閘門關(guān)閉到位，兩側(cè)沒有水，閘門空載，測(cè)量結(jié)果如表1所示。第二次測(cè)量時(shí)，閘門一側(cè)蓄水到2 m水位（從閘門底部計(jì)），另一側(cè)沒有水。測(cè)量結(jié)果如表2所示。分析檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，蓄水前，門葉距基準(zhǔn)面的平均水平距離為48.3 mm，離散系數(shù)為0.03，閘門受到一側(cè)的水壓力作用時(shí)，門葉距基準(zhǔn)面的平均水平距離為47.2 mm，離散系數(shù)為0.03，說明閘門受側(cè)向水壓作用后整體平均位移為1.1 mm。底部變形量較大和實(shí)際底部側(cè)邊滲漏嚴(yán)重相互印證。

3 鋼閘門滲漏原因分析

3.1 閘門組件缺陷

該閘門底部未設(shè)置底檻，閘門完全關(guān)閉后，閘門下部是水壓最大的位置，僅靠門葉與孔口池壁的側(cè)壓力壓縮P型止水橡膠條，難以達(dá)到嚴(yán)密的效果。門葉和閘槽之間缺少有效的楔緊裝置，絲桿豎向的壓力轉(zhuǎn)化為水平推力，壓縮兩側(cè)P型止水橡膠條，達(dá)到封堵門葉和閘槽間隙而止水的目的。

3.2 閘槽缺陷

閘門的閘槽主體采用3根結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼制作而成，型鋼壁厚為3 mm，采用單面間斷焊接，環(huán)向加強(qiáng)共有2處。單面焊接的部位為閘槽外側(cè)，門葉傳遞的側(cè)壓力作用在閘槽內(nèi)側(cè)，導(dǎo)致閘槽反軌受力點(diǎn)處力臂長(zhǎng)、力矩大，閘槽變形量大，使得門葉與閘槽間密封裝置難以達(dá)到設(shè)計(jì)壓縮量，產(chǎn)生滲漏。環(huán)向加肋的間距過大，閘槽整體的環(huán)向剛度不足，閘槽受力后彈性變形大，擴(kuò)大閘槽和門葉的間隙，導(dǎo)致密封裝置難以達(dá)到設(shè)計(jì)壓縮量，產(chǎn)生滲漏。

3.3 止水裝置缺陷

P型止水橡膠條密封面安裝不平整，橡膠條最厚處為18 mm，減去壓條和六角螺栓頭的厚度，最大可壓縮量為8 mm，最小可壓縮量為5 mm。壓縮量過小，在高水頭壓力作用下，橡膠條易產(chǎn)生射水[1]。P型止水橡膠條與門葉黏接不牢，部分出現(xiàn)位移和變形，導(dǎo)致止水失效。

3.4 安裝問題

閘門框體與池壁預(yù)埋件焊接后固定，其間需要二次澆筑，以填充閘框和池壁的間隙，防止?jié)B漏[2]。閘門關(guān)閉后蓄水，下井觀察到有膜狀水流順著閘槽邊的井壁向下流淌。經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，水流來自二次澆筑結(jié)構(gòu)與池壁。這說明二次澆筑結(jié)構(gòu)未能與池壁很好地黏結(jié)。

4 處理措施

4.1 增設(shè)底檻

為了解決閘門底部水壓較大、滲漏嚴(yán)重的問題，采用不銹鋼冷彎空心型鋼（截面長(zhǎng)160 mm，寬80 mm）與兩側(cè)閘槽焊接，設(shè)置1道底檻，根據(jù)安裝要求，其水平度小于1/1 000。增設(shè)底檻可以提升閘槽環(huán)向剛度和閘門框整體強(qiáng)度。更改底部P型止水條的安裝方式，使其豎直作用在底檻上面，可以通過調(diào)節(jié)閘門行程開關(guān)的位置，控制橡膠止水條的壓縮量，保證止水效果。

4.2 增加閘槽環(huán)向剛度

閘槽的焊縫應(yīng)采用滿焊，不得使用間斷焊接?？招姆戒撓嗷ソ佑|的2條棱都需要焊接，增加閘槽的整體剛度。在水壓的作用點(diǎn)進(jìn)行肋板加密，增加閘槽的環(huán)向剛度，減少蓄水后閘槽的彈性變形量、葉門和閘槽的間隙量，保證止水橡膠條壓縮量達(dá)到設(shè)計(jì)量。閘門的極端工況是一側(cè)水位2 m（從閘門底部計(jì)），另一側(cè)無水，水壓力作用點(diǎn)位于水下2/3的深度處，以作用點(diǎn)上、下間隔250 mm增設(shè)環(huán)向加強(qiáng)肋，材料使用5#不銹鋼角鋼，其與閘槽的3根方鋼接觸面全部采用滿焊，每條閘槽增設(shè)6個(gè)。

4.3 增設(shè)楔緊裝置

閘門關(guān)到位時(shí)，啟閉機(jī)豎向壓力轉(zhuǎn)化為水平推力，推動(dòng)葉門擠壓P型止水條，滿足設(shè)計(jì)壓縮量，又不至于壓縮太大，導(dǎo)致閘門開啟困難[3]。閘門極端工況下，水平荷載包括靜水壓力、動(dòng)水壓力、浪壓力、水錘壓力和淤沙壓力等[4]。本項(xiàng)目位于靜水河灣的排口，風(fēng)浪影響不大，動(dòng)力系數(shù)取1.1。閘門完全關(guān)閉時(shí)，門葉中心位于水下，深度為1.1 m，則中心點(diǎn)的壓強(qiáng)為10.791 Pa。

門葉受到的靜水壓力為中心點(diǎn)壓強(qiáng)與受力面積的乘積，經(jīng)計(jì)算，靜水壓力為52.23 kN。門葉受到的側(cè)向動(dòng)壓力為靜水壓力乘以動(dòng)力系數(shù)，為57.45 kN。P型橡膠止水條的截面積為0.088 m2。壓縮應(yīng)變?yōu)?0%，壓縮高度為3.5 mm，壓縮模量為6 MPa。預(yù)壓縮P型橡膠止水條需要的壓力為10.56 kN。閘葉需要提供的水平方向反力應(yīng)大于P型橡膠條壓縮力和水體動(dòng)壓力的合力（68.01 kN），保證P型橡膠止水條達(dá)到設(shè)計(jì)壓縮量，滿足止水要求[5]。

啟閉機(jī)豎向閉門力為125 kN，門葉自重為5 kN，閘門關(guān)閉時(shí)，豎向合力為啟閉機(jī)豎向壓力與自重的合力（130 kN）。楔緊裝置的楔緊角度取30°，豎向力為130 kN，水平分力應(yīng)大于68.01 kN。楔緊裝置采用角度為30°、厚度為20 mm的楔塊，分別與閘槽和門葉梁體焊接，即便楔形接觸面在水中發(fā)生腐蝕、磨損，微調(diào)門葉關(guān)閉的行程，便可再次壓緊。

4.4 重新封堵閘槽與池壁的間隙

針對(duì)二次澆筑面有縫隙、水順著縫隙外流的情況，剔除原有的二次澆筑混凝土，對(duì)池壁進(jìn)行鑿毛處理，清理接觸面，重新填充膨脹水泥。普通水泥硬化后，體積會(huì)有收縮，而膨脹水泥硬化時(shí)體積不會(huì)發(fā)生收縮，還略有膨脹，能夠保證二次澆筑結(jié)構(gòu)密實(shí)、不出現(xiàn)縫隙，達(dá)到止水效果。

5 效果評(píng)價(jià)

采取相應(yīng)措施處理后，重新測(cè)量門葉，結(jié)果如表3和表4所示。蓄水前，門葉距基準(zhǔn)面的平均水平距離為48.1 mm，離散系數(shù)為0.01，蓄水后，門葉距基準(zhǔn)面的平均水平距離為47.7 mm，離散系數(shù)為0.01，門葉的平整度較之前有較大提升，因蓄水前P型止水橡膠條已經(jīng)受力預(yù)壓，蓄滿水后，門葉的整體變形量?jī)H為0.4 mm?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)閘門進(jìn)行連續(xù)3次開啟和關(guān)閉，試運(yùn)過程中，門葉上下運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)，無卡澀，振動(dòng)較小，限位控制準(zhǔn)確。關(guān)閉到位后，滲水量滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

6 結(jié)論

平面鋼閘門滲漏是水利工程的常見問題之一，原因涉及設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行維護(hù)等方面。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況加以判別，深入分析滲漏原因，然后采取處理措施，可以顯著提高閘門的密封性和穩(wěn)定性，降低滲漏水現(xiàn)象的發(fā)生率。同時(shí)，這些處理策略簡(jiǎn)單可行，只需要在設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行維護(hù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)加強(qiáng)管理和控制，因此具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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