泄水閘工作門槽側軌變形原因分析及處理探討

曹建偉

【摘 要】長洲水利樞紐15臺機組于2009年投產發電，2018年初水下檢查發現泄水閘3#閘孔工作門槽側軌存在凹陷變形現象，文章針對變形產生的原因進行了分析，提出了將槽鋼更換為“工”字鋼并用環氧砂漿修補的處理措施，總結了經驗與體會，希望可以為行業內運行水電站門槽側軌的維修或者待建水電站門槽側軌的設計起到一定的借鑒作用。

【關鍵詞】泄水閘;工作門槽;側軌變形

【中圖分類號】TV663 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）12-0102-02

長洲水利樞紐橫跨三江兩島，內中外三江共布置有43孔泄水閘，2009年10月全部機組投產發電。2018年初水下檢查發現，內江泄水閘3#閘孔工作門槽側軌凹陷變形，變形原因及處理措施令人深思。

1 樞紐概況

長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km2，多年平均流量為6 120 m3/s，水庫正常蓄水位為20.6 m，死水位為18.6 m，汛期限制水位為18.6 m，水庫總庫容為56.0億m3，正常蓄水位時庫容為18.6億m3，屬一等工程。主要水工建筑物布置有內外江廠房、三江泄水閘、船閘等。

2 內江泄水閘門槽介紹

內江泄水閘布置在內江主河槽，總長度為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1扇工作閘門，門型為露頂式平面定輪鋼閘門。該閘門布置于堰頂下游側，運行條件為動水啟閉。閘門孔口尺寸為16 m×17.5 m，底檻高程為3.69 m，門槽頂部高程為34.40 m。泄水閘主體混凝土采用C25，工作門槽側軌采用[20槽鋼，后澆二期凝土C30（斷面尺寸為350 mm×700 mm）。工作門槽型式采用II型，門槽寬度為2 000 mm，深度為1 000 mm，寬深比為2.0。門槽內設主軌、反軌、側軌和底檻。

3 3#閘孔工作門槽側軌變形簡介

2018年初，內江泄水閘在水下檢查時發現3#工作門槽右側側軌自3.89 m（底檻以上20 cm處）至8.39 m高程存在嚴重凹陷變形，平均凹陷深度為5 cm，凹陷最深處達10 cm，側軌中間出現明顯的5 cm寬的側輪壓痕，變形嚴重的側軌部位已經開裂，變形側軌長度為4.5 m，側軌底部及兩側二期混凝土擠壓脫落（如圖1所示）。

4 側軌變形原因分析

（1）二期混凝土澆筑不密實。現場檢查發現側軌兩側二期混凝土局部存在蜂窩、狗洞現象，未振搗密實，造成澆筑后的混凝土強度達不到設計標準。

（2）二期混凝土離析。現場檢查發現二期混凝土骨料間的砂漿較少，混凝土從上方下料時骨料優先落到底部，造成混凝土脆性增強，抗壓強度降低。

（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，依照鋼結構理論，槽鋼的翼板受力性能最好，腹板受力最差，也是就是說槽鋼應該立著受力，而不是趴著受力。原側軌采用槽鋼腹板受力，一旦二期混凝土強度不達標極易出現凹陷變形。

（4）閘門振動。閘門運行有時在約1 m開度時，會有振動現象。閘門振動惡化了側輪與側軌的受力狀態，加重了側軌的變形。

（5）側輪寬度小且數量少。工作閘門每側設計有4個側輪，側軌寬度雖然為20 cm，但是每個側輪寬度只有5 cm，與側軌接觸面小，在底部側輪受力集中時造成側軌局部受壓壓強過大。

（6）閘門提落頻繁。長洲水利樞紐水庫為日調節水庫，出庫流量和入庫流量基本維持平衡狀態，出庫流量要隨時根據入庫流量變化而變化，汛期上游來水變幅大，43孔泄水閘汛期操作頻繁，側輪與側軌多次反復摩擦，也容易造成側軌磨損變形。

（7）水流作用。在臨接近底檻狀態下，受強烈的水流作用，使閘門受到水流頻繁脈動及左右不對稱的泄流沖擊，會引起閘門側輪與側軌碰撞或擠壓，破壞側軌及混凝土[1]。

（8）工作門安裝未準確居中。門槽設計時，在門槽與閘門側輪之間留有15 mm的間隙。現場檢查發現3#工作門槽只有右側側軌有摩擦接觸痕跡，而左側門槽側軌沒有任何接觸痕跡，說明工作閘門安裝時豎直方向未在閘孔兩側門槽間準確居中，這是引起側軌變行的次要原因。

5 側軌變形處理措施

針對工作門槽側軌凹陷變形這一缺陷，采用上游事故門和下游檢修門，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預包裝環氧砂漿修補。HK-UW預包裝環氧砂漿常溫下固化快，具有強度高、抗沖擊、耐磨損、耐腐蝕、抗凍性、黏結性好等優點。更換側軌的具體處理措施如下。

（1）將變形損壞的側軌（[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行矯正，將錨筋外露部分清理干凈，必要時可補植錨筋。

（4）按照新側軌圖紙（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”字鋼焊接后應保證鋼板平整。

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

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

（7）立模板進行環氧砂漿澆筑，對砂漿進行振搗，務必保證砂漿密實，保證側軌符合《水電水利工程鋼閘門制造安裝及驗收規范》（DL/T 5018—2004）中表9.1.3[2]的要求。

（8）將工作表面打磨平滑，無凸起或凹陷。

此外，將工作閘門原來寬度5 cm的側輪全部更換為11 cm的側輪，有效增大了側輪與軌道的接觸面積，緩解了接觸面的壓強，改善了側軌的受力狀態。同時，閘門開度變化時運行人員及時到現場進行巡視檢查，發現閘門振動時及時調整開度，消除振動現象。

6 經驗與體會

（1）設計階段側軌型鋼首選“工”字鋼，工作閘門側輪寬度及數量適當擴大。設計單位在設計門槽側軌時明顯低估了側軌的受力，運行期諸多因素導致側軌受力集中且狀況復雜。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高于槽鋼腹板的受力性能，故側軌設計時優先考慮“工”字鋼（配套焊接鋼墊板）。此外，設計側輪的數量和寬度不宜過小，重點增加閘門兩側底部側輪的數量。同時，可以適當提高二期混凝土的強度等級。

（2）施工階段加強混凝土施工質量控制。水電站施工期遺留缺陷往往在運行期需要進行處理，所以需要在源頭上把好關。門槽二期混凝土澆筑空間狹小，容易導致澆筑不密實，因此更需要加強混凝土澆筑質量控制，進行必要的分段振搗并振搗到位，保證混凝土密實，抗壓強度達到設計標準。

（3）運行階段加強巡視檢查和維護。長洲水利樞紐有43孔泄水閘，泄水閘門槽在汛后要及時逐個進行檢查，并擴大到檢修和事故門槽，尤其是水下部分容易被忽略，要定期安排水下檢查，發現軌道問題及時安排處理，利用枯水期閘門不泄水的有利時機抓緊實施并在汛前完成，確保閘門正常運行。針對閘門在小開度情況下出現振動的現象，除加強運行人員巡視檢查外，必要時可在閘門上安裝振動在線監測裝置，以便于在第一時間發現振動現象并及時調整閘門開度消除振動現象，同時可減輕運行人員巡檢工作量。此外，還應重視對啟閉機雙吊點定滑輪吊軸同步性檢查，保證在啟閉雙吊點閘門時，閘門平穩同步升降，避免側軌頻繁承受側向擠壓荷載，并注意觀察，避免發生主行走滾輪偏離主軌中心行走的現象[1]。

7 結論

長洲水利樞紐內江泄水閘3#閘孔工作門槽側軌采用“工”字鋼更換后，目前已運行1年多時間，經過水下檢查發現側軌處于完好狀態，說明采用更換“工”字鋼和環氧砂漿修補的方案是合適的。泄水建筑物門槽的軌道完好與否直接關系閘門能否正常啟閉，進而影響著水電站大壩的防洪度汛，所以水電站運行單位務必要格外重視，決不能掉以輕心和馬虎大意，一定要做到勤檢查和勤維護，發現缺陷及時處理，確保泄水建筑物正常運行，保證大壩安全。本文從內江3#泄水閘工作門槽側軌變形實際出發，分析了變形產生的原因，介紹了采用“工”字鋼替換槽鋼并采用環氧砂漿修補的處理措施，總結了經驗體會，希望可以為行業內運行水電站門槽側軌的維修或者待建水電站門槽側軌的設計起到一定的借鑒和參考作用。

參 考 文 獻

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

[2]DL/T 5018—2004，水電水利工程鋼閘門制造安裝及驗收規范[S].

[3]孫學勇.水工閘門產生滲漏水的常見原因及處理方法[J].水利科技與經濟，2015（4）.

[4]張庚辛，胡文軍，任玉房.淺談水工閘門的養護與維修[J].河南水利，2005（11）.