王家崖水庫(kù)工程金屬結(jié)構(gòu)問(wèn)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(kù)概況

王家崖水庫(kù)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(kù)容均是寶雞峽灌區(qū)6 座水庫(kù)之最。按照“水利是農(nóng)業(yè)的命脈”的指導(dǎo)方針,水庫(kù)于1958 年“大躍進(jìn)時(shí)期”開(kāi)始修建,采用土法上馬+人海戰(zhàn)術(shù)施工,1961 年因?yàn)閲?guó)家經(jīng)濟(jì)困難、施工技術(shù)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(qū)民工憑著一股“愚公移山改造山河、徹底解決渭北地區(qū)千年旱塬靠天吃飯歷史”的拼勁,開(kāi)展萬(wàn)人會(huì)戰(zhàn),多方百計(jì),苦干實(shí)干,恢復(fù)水庫(kù)工程修建,于1970 年終于建成投入運(yùn)行。整個(gè)工程建設(shè)過(guò)程復(fù)雜,屬于邊設(shè)計(jì)邊建設(shè)、邊使用邊維修類水利項(xiàng)目。樞紐工程由土壩、溢洪道、輸水洞、壩東引水閘、進(jìn)水道及壩后抽水站等組成,為Ⅲ等中型水庫(kù),是一座以灌溉為主,兼有防洪、旅游、養(yǎng)殖效益的重要水庫(kù),在解決渭北地區(qū)數(shù)千年干旱缺水問(wèn)題、促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)豐收、保障下游地區(qū)城鎮(zhèn)、廠礦、交通安全方面作用巨大。因?yàn)樵诙嗄赀\(yùn)行中出現(xiàn)諸多安全病患,經(jīng)過(guò)多次維修修繕仍不能從根本上解決問(wèn)題。2013 年陜西省發(fā)改委批復(fù)決定實(shí)施水庫(kù)工程除險(xiǎn)加固,以使水庫(kù)興利功能全面恢復(fù),安全保障功能得到增強(qiáng)[1]。

2 存在問(wèn)題

王家崖水庫(kù)在多年實(shí)際使用中,在金屬結(jié)構(gòu)方面出現(xiàn)問(wèn)題是：

①溢洪道閘門腐蝕漏水嚴(yán)重,啟閉卡阻。6 孔溢洪道閘門有4 孔漏水嚴(yán)重,主要受力構(gòu)件（如主梁等）腐蝕嚴(yán)重；閘門啟閉過(guò)程中存在卡阻現(xiàn)象,其中2 孔嚴(yán)重卡阻；啟閉機(jī)陳舊,沒(méi)有荷重和行程控制裝置,鋼絲繩銹蝕嚴(yán)重,制動(dòng)器不靈敏,開(kāi)關(guān)繼電器打火,減速機(jī)漏油,電壓電流表顯示不可靠,電氣設(shè)備老化不能滿足規(guī)范使用要求。

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

③引水閘、節(jié)制閘門均銹蝕漏水嚴(yán)重。水位變幅區(qū)閘門銹蝕嚴(yán)重,啟閉機(jī)陳舊,電機(jī)飛輪破損,運(yùn)行中振動(dòng)嚴(yán)重,噪音大,皮帶磨損嚴(yán)重,沒(méi)有荷重和行程控制裝置,啟動(dòng)電流大,易燒壞電氣設(shè)備。

④閘門與啟閉機(jī)均已使用35 年,遠(yuǎn)超《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》（SL 226-98）規(guī)定的20 年折舊年限。

3 改造措施

1）更新改造溢洪道機(jī)閘設(shè)備

因原溢洪道閘門、啟閉機(jī)已經(jīng)使用35 年,超過(guò)規(guī)范規(guī)定的折舊年限,所以應(yīng)更新工作閘門及啟閉設(shè)備,增設(shè)檢修閘門及啟閉設(shè)備。改造溢洪道閘門6 孔,孔口尺寸保持不變,使水庫(kù)正常蓄水位達(dá)到602.00 m。

按照投資節(jié)約、結(jié)構(gòu)合理、使用可靠、效能最優(yōu)設(shè)計(jì)目標(biāo),對(duì)溢洪道工作閘門型式,從結(jié)構(gòu)組成、制安費(fèi)用、使用效能諸多方面,進(jìn)行平板閘門、升臥式閘門和弧形閘門三種方案比選,見(jiàn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造安裝簡(jiǎn)便,但這都是一次性完成的；而弧形閘門方案,無(wú)論工程綜合造價(jià)、使用水流狀態(tài)均較優(yōu),從長(zhǎng)期使用效能比較,更為省事有利,更具有長(zhǎng)效價(jià)值,故決定采用弧形閘門方案。工作閘門維持原結(jié)構(gòu)形式,為升臥式平面鋼閘門,滾輪支承。運(yùn)行方式為動(dòng)水啟閉,總水壓力3296 kN。通過(guò)工程除險(xiǎn)改造,以解決多年存在的機(jī)閘設(shè)備老化銹蝕、失靈、操作效率低下、滲漏水等問(wèn)題。

2）更換放水洞閘門,對(duì)鋼襯作防腐處理

由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),工作閘門漏水嚴(yán)重,止水損壞,銹蝕嚴(yán)重,啟閉設(shè)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(shè)備。工作閘門運(yùn)行方式為動(dòng)水啟閉,總水壓力766 kN。按照多年來(lái)中小型水庫(kù)建設(shè)修繕經(jīng)驗(yàn),選用后水封滑動(dòng)支承單吊點(diǎn)的平面焊接鋼閘門,頂側(cè)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(dòng)、手動(dòng)兩種方式設(shè)置,常用電動(dòng)方式工作效能高,遇到特殊情況停電可手動(dòng)操作,運(yùn)行可靠；鋼管壁厚度可自行掌握,由生產(chǎn)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(jiǎn)單；工作門與檢修門分設(shè)閘閥控制,中間用活節(jié)連接,便于拆卸。閘門和埋件主要材質(zhì)為Q235 B,啟閉設(shè)備選用螺桿啟閉機(jī)LQD300 kN-4.5 m。此種螺桿式啟閉機(jī)與鏈?zhǔn)健⒕頁(yè)P(yáng)式、液壓式、臺(tái)車式等啟閉機(jī)比較,結(jié)構(gòu)組合簡(jiǎn)便,性能穩(wěn)定,經(jīng)過(guò)多年使用,人員技能嫻熟,無(wú)需培訓(xùn),優(yōu)點(diǎn)較多,故選用之。

針對(duì)放水洞鋼銹蝕嚴(yán)重,環(huán)氧砂漿涂抹段有成片的銹包銹斑銹跡等,環(huán)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(lái)各種工業(yè)垃圾排放,造成水質(zhì)污染比較嚴(yán)重,水環(huán)境的惡化,使水工鋼閘門腐蝕加重,傳統(tǒng)的防腐材料和工藝保護(hù)效果下降。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查和咨詢,目前國(guó)內(nèi)使用效果最好的是環(huán)氧樹(shù)脂系列防腐蝕涂料,本文從中挑選了3 種涂料進(jìn)行如下比較：

①聚烯胺固化環(huán)氧樹(shù)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(huán)氧樹(shù)脂防腐涂料的防腐性質(zhì),但帶耐酸和耐久性較胺固化的稍差。

②瀝青環(huán)氧樹(shù)脂防腐蝕涂料。既保留了環(huán)氧樹(shù)脂優(yōu)良的附著力、機(jī)械強(qiáng)度、耐溶劑型,又具有瀝青較好的耐酸、耐堿、耐蝕性和抗?jié)B透性,是一種優(yōu)良的防腐蝕涂料品種。使用技術(shù)成熟,市場(chǎng)貨源充足,但顏色為黑色,裝飾性較差。

③無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)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(yōu)點(diǎn)。主要用于水下建筑物及潮濕表面涂裝,不僅是一種優(yōu)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(chǎng)貨源緊缺。

經(jīng)過(guò)統(tǒng)籌分析,重點(diǎn)考慮保證施工質(zhì)量和綜合效益優(yōu)化,最后選用無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)脂防腐蝕涂料作為放水洞鋼閘門防腐涂料,進(jìn)行防腐蝕處理。

3）改造節(jié)制閘及啟閉設(shè)備

由于節(jié)制閘漏水嚴(yán)重,止水條嚴(yán)重銹蝕,啟閉設(shè)備無(wú)開(kāi)度儀,限位失效,應(yīng)改造更換工作閘門及啟閉設(shè)備,預(yù)設(shè)檢修閘門門槽,預(yù)設(shè)啟閉設(shè)備懸掛設(shè)施,不設(shè)檢修閘門。工作閘門孔口尺寸高4.2 m、寬3.0 m,設(shè)計(jì)水頭3 m,采用動(dòng)水方式啟閉,總壓力190 kN,選用平面鑄鐵閘門。塔內(nèi)布置事故檢修閘門一道。

4）更改進(jìn)水閘設(shè)備,增能提效

進(jìn)水閘共計(jì)3 孔,渠道設(shè)計(jì)水位602.57 m。由于閘門運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),漏水嚴(yán)重,門槽水位變動(dòng)區(qū)有銹蝕,啟閉設(shè)備陳舊,涂層老化,部件有破損,所以應(yīng)更換工作閘門及啟閉設(shè)備,預(yù)設(shè)檢修閘門門槽,預(yù)設(shè)檢修設(shè)備懸掛設(shè)施。工作閘門采用動(dòng)水啟閉方式,總水壓力110 kN,選用平面鑄鐵閘門,啟閉設(shè)備選用螺桿啟閉機(jī)LQD300 kN/80 kN-4.5 m,以增強(qiáng)水庫(kù)輸水效能。

表2 王家崖水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)特性表

4 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)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(fā)揮作用服務(wù)民生促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也是一個(gè)長(zhǎng)期實(shí)踐的過(guò)程、一個(gè)不斷研究解決實(shí)際問(wèn)題維護(hù)工程設(shè)施性能的過(guò)程。寶雞峽王家崖水庫(kù)工程除險(xiǎn)加固改造,針對(duì)金屬結(jié)構(gòu)方面存在缺陷,精心優(yōu)化改造方案,努力消除各種病險(xiǎn)問(wèn)題對(duì)抗旱防汛工作的現(xiàn)實(shí)制約。工程改造完成后,水庫(kù)設(shè)施運(yùn)行狀況良好,機(jī)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(jī)閘檢修需要,保障了灌溉防汛工作高效開(kāi)展。今后,應(yīng)該結(jié)合新的實(shí)踐,針對(duì)新出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題,進(jìn)一步采用新技術(shù)新產(chǎn)品新措施,維護(hù)提升水庫(kù)設(shè)施性能,更好地服務(wù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展。