王家崖水庫工程金屬結構問題及改造措施分析

張亞宜，劉有飛

（陜西省寶雞峽引渭灌溉中心興平總站,陜西 興平 713100）

1 水庫概況

王家崖水庫地處陜西省西部渭北高原千河峽谷口,壩址以上總流域面積3288 km2,總流域面積、庫容均是寶雞峽灌區6 座水庫之最。按照“水利是農業的命脈”的指導方針,水庫于1958 年“大躍進時期”開始修建,采用土法上馬+人海戰術施工,1961 年因為國家經濟困難、施工技術難題等原因下馬停工。1969 年陜西省委省政府下定決心,組織受益縣區民工憑著一股“愚公移山改造山河、徹底解決渭北地區千年旱塬靠天吃飯歷史”的拼勁,開展萬人會戰,多方百計,苦干實干,恢復水庫工程修建,于1970 年終于建成投入運行。整個工程建設過程復雜,屬于邊設計邊建設、邊使用邊維修類水利項目。樞紐工程由土壩、溢洪道、輸水洞、壩東引水閘、進水道及壩后抽水站等組成,為Ⅲ等中型水庫,是一座以灌溉為主,兼有防洪、旅游、養殖效益的重要水庫,在解決渭北地區數千年干旱缺水問題、促進農業增產豐收、保障下游地區城鎮、廠礦、交通安全方面作用巨大。因為在多年運行中出現諸多安全病患,經過多次維修修繕仍不能從根本上解決問題。2013 年陜西省發改委批復決定實施水庫工程除險加固,以使水庫興利功能全面恢復,安全保障功能得到增強[1]。

2 存在問題

王家崖水庫在多年實際使用中,在金屬結構方面出現問題是：

①溢洪道閘門腐蝕漏水嚴重,啟閉卡阻。6 孔溢洪道閘門有4 孔漏水嚴重,主要受力構件（如主梁等）腐蝕嚴重；閘門啟閉過程中存在卡阻現象,其中2 孔嚴重卡阻；啟閉機陳舊,沒有荷重和行程控制裝置,鋼絲繩銹蝕嚴重,制動器不靈敏,開關繼電器打火,減速機漏油,電壓電流表顯示不可靠,電氣設備老化不能滿足規范使用要求。

②放水洞閘門老化銹蝕破損漏水嚴重。放水洞鋼襯腐蝕嚴重,閘門銹蝕嚴重漏水；機閘啟閉機零件局部變形、斷裂、破損,渦輪蝸桿磨損嚴重配合間隙太大、漏油嚴重,工作閘門不能正常啟閉,卡阻嚴重,存在較大安全隱患。

③引水閘、節制閘門均銹蝕漏水嚴重。水位變幅區閘門銹蝕嚴重,啟閉機陳舊,電機飛輪破損,運行中振動嚴重,噪音大,皮帶磨損嚴重,沒有荷重和行程控制裝置,啟動電流大,易燒壞電氣設備。

④閘門與啟閉機均已使用35 年,遠超《水利水電工程金屬結構報廢標準》（SL 226-98）規定的20 年折舊年限。

3 改造措施

1）更新改造溢洪道機閘設備

因原溢洪道閘門、啟閉機已經使用35 年,超過規范規定的折舊年限,所以應更新工作閘門及啟閉設備,增設檢修閘門及啟閉設備。改造溢洪道閘門6 孔,孔口尺寸保持不變,使水庫正常蓄水位達到602.00 m。

按照投資節約、結構合理、使用可靠、效能最優設計目標,對溢洪道工作閘門型式,從結構組成、制安費用、使用效能諸多方面,進行平板閘門、升臥式閘門和弧形閘門三種方案比選,見表1。

表1 溢洪道工作閘門方案比較[2]

從表1 比較可以看出：盡管平板閘門、升臥閘門結構簡單,制造安裝簡便,但這都是一次性完成的；而弧形閘門方案,無論工程綜合造價、使用水流狀態均較優,從長期使用效能比較,更為省事有利,更具有長效價值,故決定采用弧形閘門方案。工作閘門維持原結構形式,為升臥式平面鋼閘門,滾輪支承。運行方式為動水啟閉,總水壓力3296 kN。通過工程除險改造,以解決多年存在的機閘設備老化銹蝕、失靈、操作效率低下、滲漏水等問題。

2）更換放水洞閘門,對鋼襯作防腐處理

由于運行時間長,工作閘門漏水嚴重,止水損壞,銹蝕嚴重,啟閉設備老化,局部損壞,所以決定更換工作閘門、事故檢修閘門和埋件及啟閉設備。工作閘門運行方式為動水啟閉,總水壓力766 kN。按照多年來中小型水庫建設修繕經驗,選用后水封滑動支承單吊點的平面焊接鋼閘門,頂側水封采用“P”型水封,埋件由主、反軌、門楣及底欖等組成。這種鋼閘門有電動、手動兩種方式設置,常用電動方式工作效能高,遇到特殊情況停電可手動操作,運行可靠；鋼管壁厚度可自行掌握,由生產廠家按照要求制作；閘閥只要吊裝到位,連接螺栓即可,施工簡單；工作門與檢修門分設閘閥控制,中間用活節連接,便于拆卸。閘門和埋件主要材質為Q235 B,啟閉設備選用螺桿啟閉機LQD300 kN-4.5 m。此種螺桿式啟閉機與鏈式、卷揚式、液壓式、臺車式等啟閉機比較,結構組合簡便,性能穩定,經過多年使用,人員技能嫻熟,無需培訓,優點較多,故選用之。

針對放水洞鋼銹蝕嚴重,環氧砂漿涂抹段有成片的銹包銹斑銹跡等,環氧漆涂抹段布滿銹包銹皮銹斑等,需要作噴砂處理,重新防腐。在防腐材料的選用上,考慮到多年來各種工業垃圾排放,造成水質污染比較嚴重,水環境的惡化,使水工鋼閘門腐蝕加重,傳統的防腐材料和工藝保護效果下降。經過市場調查和咨詢,目前國內使用效果最好的是環氧樹脂系列防腐蝕涂料,本文從中挑選了3 種涂料進行如下比較：

①聚烯胺固化環氧樹脂防腐蝕涂料。涂膜柔軟,抗沖擊性、耐水性均較好,在金屬、混凝土、木材等表面具有良好的附著力。具備環氧樹脂防腐涂料的防腐性質,但帶耐酸和耐久性較胺固化的稍差。

②瀝青環氧樹脂防腐蝕涂料。既保留了環氧樹脂優良的附著力、機械強度、耐溶劑型,又具有瀝青較好的耐酸、耐堿、耐蝕性和抗滲透性,是一種優良的防腐蝕涂料品種。使用技術成熟,市場貨源充足,但顏色為黑色,裝飾性較差。

③無溶劑環氧樹脂防腐蝕涂料。具有成本低、不易燃燒、毒性小、施工效率高等優點。主要用于水下建筑物及潮濕表面涂裝,不僅是一種優良的防腐蝕涂料品種,還有防滲、堵漏等功效。但涂刷性較差,常用于批刮法施工,市場貨源緊缺。

經過統籌分析,重點考慮保證施工質量和綜合效益優化,最后選用無溶劑環氧樹脂防腐蝕涂料作為放水洞鋼閘門防腐涂料,進行防腐蝕處理。

3）改造節制閘及啟閉設備

由于節制閘漏水嚴重,止水條嚴重銹蝕,啟閉設備無開度儀,限位失效,應改造更換工作閘門及啟閉設備,預設檢修閘門門槽,預設啟閉設備懸掛設施,不設檢修閘門。工作閘門孔口尺寸高4.2 m、寬3.0 m,設計水頭3 m,采用動水方式啟閉,總壓力190 kN,選用平面鑄鐵閘門。塔內布置事故檢修閘門一道。

4）更改進水閘設備,增能提效

進水閘共計3 孔,渠道設計水位602.57 m。由于閘門運行時間長,漏水嚴重,門槽水位變動區有銹蝕,啟閉設備陳舊,涂層老化,部件有破損,所以應更換工作閘門及啟閉設備,預設檢修閘門門槽,預設檢修設備懸掛設施。工作閘門采用動水啟閉方式,總水壓力110 kN,選用平面鑄鐵閘門,啟閉設備選用螺桿啟閉機LQD300 kN/80 kN-4.5 m,以增強水庫輸水效能。

表2 王家崖水庫金屬結構特性表

4 結語

水庫工程是人類利用自然、改造自然的智慧“杰作”和寶貴工具,其充分發揮作用服務民生促進社會經濟發展也是一個長期實踐的過程、一個不斷研究解決實際問題維護工程設施性能的過程。寶雞峽王家崖水庫工程除險加固改造,針對金屬結構方面存在缺陷,精心優化改造方案,努力消除各種病險問題對抗旱防汛工作的現實制約。工程改造完成后,水庫設施運行狀況良好,機閘啟閉由人工控制改為電子控制效率提高了5 倍,能滿足各種工況條件下的機閘檢修需要,保障了灌溉防汛工作高效開展。今后,應該結合新的實踐,針對新出現的實際問題,進一步采用新技術新產品新措施,維護提升水庫設施性能,更好地服務社會經濟全面發展。