某節制閘閘門啟閉系統損壞原因分析

孔楠楠 楊 智

一、概述

某節制閘為開敞式結構，設計為8孔，每孔凈寬4m，閘室段順水流長12m，垂直水流方向長40.4m，閘墩厚1m。該閘于2006年1月完成維修加固，隨后管理部門發現在關閉閘門的過程中，啟閉機臺梁抖動嚴重并發出異常響聲，啟閉機和機臺抖動劇烈，啟閉機螺桿彎曲、變形嚴重，大部分啟閉機底腳螺栓被頂起，5#、6#孔大梁被頂起，基座和機臺混凝土隆起，機房內混凝土地坪裂縫縱橫交錯，閘門不能關閉到底。

由于資金空缺和管理不當等各方面的問題，該閘一直帶病運行至今。為了解該閘啟閉系統的損壞情況，現對其結構現狀進行檢測，在檢測結果的基礎上進行復核計算，并對損壞原因進行分析。

二、現場檢測成果

經現場勘察，該節制閘主要問題出現在閘門啟閉系統，其他部分如交通橋、閘墩、護坡、翼墻等結構均基本保持完好。因此，檢測工作只針對閘門啟閉系統展開。

1.金屬結構機電設備部分

經現場外觀普查分析，該閘門啟閉系統的金屬結構和機電設備部分損毀的主要表現形式有以下幾種：

（1）大部分啟閉機地腳螺栓被頂起，機組傾斜，其中以 3#、6#、8#傾斜最為嚴重。

（2）二次導向裝置固定螺栓被拉開，螺桿彎曲變形嚴重，用經緯儀量測螺桿外徑母線直線度公差最大偏差值達 60mm/m（ 5#啟閉機）。

（3）運行時啟閉機和機臺有抖動現象。

（4）閘門門體無明顯變形、構件折斷和損傷現象。

（5）閘門埋件、滑塊有不同程度的銹蝕和變形。

（6）由于閘門采用楔形門槽、閘門提取過程中，門體有整體傾斜現象。

2.啟閉機房混凝土結構

由于閘門啟閉系統在運行過程中產生的劇烈震動，啟閉機房混凝土結構破壞嚴重。具體表現在如下幾個方面：

（1）部分啟閉機梁兩端預埋的錨固在排架柱上的螺絲已經松動，梁下方與排架柱的搭接處已出現架空，以左側第3根、第7根和第8根排架柱上方最為明顯。

（2）啟閉機房底板開裂現象嚴重，且多數為貫穿裂縫，該底板中部沿垂直水流方向有向上凸起現象，裂縫寬度多為上寬下窄，通過裂縫寬度測定儀量測，最大裂縫開展寬度達4.5mm（第3孔上方），且裂縫兩側已出現錯臺現象。

三、復核計算分析

該閘設置8孔平板鋼閘門，閘底板高程為 22.20m；閘門尺寸寬4.48m，高5.20m；配置螺桿式啟閉機，啟閉能力為：8臺×25t， 圖1為啟閉機梁、板結構設計圖。

由檢測結果知，閘門啟閉系統的損毀主要是由關閉過程中的劇烈振動導致的，現選取閘門啟閉系統進行復核計算分析，擬主要分析閘門的閉門力（以中跨為例）。

閉門力Fw計算采用公式：

Fw=nT（Tzd+Tzs）-nGG+Pt

上式中：

nT——摩擦阻力安全系數；

Tzd——滾輪摩阻力（kN），滑動軸承的滾輪摩阻力計算采用公式（ f1r+f） ；

Tzs——止水摩阻力（kN），Tzs=f2Pzs；

nG——計算閉門力用的閘門自重修正系數，采用0.9；

G——閘門自重（kN）；

Pt——上托力，包括底緣上托力及止水上托力（kN）。

表1 啟閉機、梁受力分析表

在上右側水位為28.75m、下右側無水工況時，經計算，閘門所需閉門力為78.7kN，顯然，該閉門力是啟閉機所施加的。選擇啟閉機、梁為研究對象進行分析，如表1所示。

由表1可知，在此工況下，啟閉機、梁和板的自重不足以抵消關閉閘門時的通過螺桿對啟閉機施加的反力。因此，關閉閘門過程中，當啟閉機梁兩端沒有和排架柱的錨固措施失效后，啟閉機梁極有可能被頂起，進而會直接導致梁在排架柱上方懸空和啟閉機房底板開裂。

另外，閘門埋件、滑塊的銹蝕變形和閘門在關閉過程中的傾斜必然導致其摩擦阻力產生異常，也會在很大程度上影響閘門的正常關閉。

四、結論和建議

綜上所述，該節制閘由于啟閉系統在運行過程中產生的振動，導致啟閉機房、梁損壞嚴重，急需維修加固，現提出如下建議：

（1）由于啟閉機房、梁損壞嚴重，已無加固維修價值，建議對啟閉機房及啟閉機梁拆除重建。

（2）啟閉機臺及螺桿變形嚴重，建議對啟閉機及螺桿進行更換，必要時可采用卷揚式啟閉機，避免啟閉系統類似損壞現象的出現。

（3）門槽埋件銹蝕及其嚴重變形增大了閘門關閉時的閉門力，情況嚴重時極易導致啟閉機梁的失穩，建議采用平面閘門及與之相配套的門槽