平面鋼閘門滲漏原因與處理措施分析

摘要：作為一種水力機械設備，平面鋼閘門是水工構筑物中活動的擋水結構，用以關閉、開啟過水孔口，其密封性和穩定性直接關系水利設施的安全運行。然而，在實際運行過程中，由于設計、機械加工和施工等，平面鋼閘門會出現密閉不嚴、滲漏水現象，嚴重影響水工構筑物正常運行。以龍陽湖調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，并探討方案實施的有效性和可行性，從而減少滲漏水現象，確保水工構筑物安全運行。

關鍵詞：平面鋼閘門；水利設施；滲漏原因；處理措施

中圖分類號：TV698.22 文獻標識碼：A 文章編號：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

作為水利工程的關鍵設施，平面鋼閘門具有截斷水流、調節水位等功能。然而，在實際運行過程中，平面鋼閘門可能會出現滲漏水現象。滲漏不僅會降低閘門的密封性，還可能對閘門結構造成損害，甚至影響整個水利設施的安全運行。因此，深入分析平面鋼閘門滲漏的原因，并提出處理措施，對于保障水利設施安全運行具有重要意義。

1 工程概況

龍陽湖地處武漢市漢陽區，是漢陽區水系網絡的重要湖泊，也是漢陽區生態水網構建的重要節點。根據龍陽湖水質提升工程的雨水調蓄池子項工程內容，在龍陽湖明渠處新建1座雨水調蓄池，調蓄池規模約為27 000 m3，同時配套建設進出水管網工程、閘門井等。閘門井內設計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啟閉機。調試發現，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

為找出滲漏的原因，技術人員對平面鋼閘門的門葉和門槽等進行測量。門葉長為2.10 m，寬為2.10 m。采用網格法對門葉進行劃分，以激光水準儀為準線，采用精度為0.1 m的卡尺測量網格點處門葉水平方向與激光準線的距離，如圖2所示。網格長為400 mm，

寬為400 mm。網格點的橫坐標為am（m=1，2，…，6），縱坐標為bn（n=1，2，…，6）。

第一次測量時，閘門關閉到位，兩側沒有水，閘門空載，測量結果如表1所示。第二次測量時，閘門一側蓄水到2 m水位（從閘門底部計），另一側沒有水。測量結果如表2所示。分析檢測數據可知，蓄水前，門葉距基準面的平均水平距離為48.3 mm，離散系數為0.03，閘門受到一側的水壓力作用時，門葉距基準面的平均水平距離為47.2 mm，離散系數為0.03，說明閘門受側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際底部側邊滲漏嚴重相互印證。

3 鋼閘門滲漏原因分析

3.1 閘門組件缺陷

該閘門底部未設置底檻，閘門完全關閉后，閘門下部是水壓最大的位置，僅靠門葉與孔口池壁的側壓力壓縮P型止水橡膠條，難以達到嚴密的效果。門葉和閘槽之間缺少有效的楔緊裝置，絲桿豎向的壓力轉化為水平推力，壓縮兩側P型止水橡膠條，達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根結構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，環向加強共有2處。單面焊接的部位為閘槽外側，門葉傳遞的側壓力作用在閘槽內側，導致閘槽反軌受力點處力臂長、力矩大，閘槽變形量大，使得門葉與閘槽間密封裝置難以達到設計壓縮量，產生滲漏。環向加肋的間距過大，閘槽整體的環向剛度不足，閘槽受力后彈性變形大，擴大閘槽和門葉的間隙，導致密封裝置難以達到設計壓縮量，產生滲漏。

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，橡膠條易產生射水[1]。P型止水橡膠條與門葉黏接不牢，部分出現位移和變形，導致止水失效。

3.4 安裝問題

閘門框體與池壁預埋件焊接后固定，其間需要二次澆筑，以填充閘框和池壁的間隙，防止滲漏[2]。閘門關閉后蓄水，下井觀察到有膜狀水流順著閘槽邊的井壁向下流淌。經進一步檢查發現，水流來自二次澆筑結構與池壁。這說明二次澆筑結構未能與池壁很好地黏結。

4 處理措施

4.1 增設底檻

為了解決閘門底部水壓較大、滲漏嚴重的問題，采用不銹鋼冷彎空心型鋼（截面長160 mm，寬80 mm）與兩側閘槽焊接，設置1道底檻，根據安裝要求，其水平度小于1/1 000。增設底檻可以提升閘槽環向剛度和閘門框整體強度。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，可以通過調節閘門行程開關的位置，控制橡膠止水條的壓縮量，保證止水效果。

4.2 增加閘槽環向剛度

閘槽的焊縫應采用滿焊，不得使用間斷焊接。空心方鋼相互接觸的2條棱都需要焊接，增加閘槽的整體剛度。在水壓的作用點進行肋板加密，增加閘槽的環向剛度，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到設計量。閘門的極端工況是一側水位2 m（從閘門底部計），另一側無水，水壓力作用點位于水下2/3的深度處，以作用點上、下間隔250 mm增設環向加強肋，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6個。

4.3 增設楔緊裝置

閘門關到位時，啟閉機豎向壓力轉化為水平推力，推動葉門擠壓P型止水條，滿足設計壓縮量，又不至于壓縮太大，導致閘門開啟困難[3]。閘門極端工況下，水平荷載包括靜水壓力、動水壓力、浪壓力、水錘壓力和淤沙壓力等[4]。本項目位于靜水河灣的排口，風浪影響不大，動力系數取1.1。閘門完全關閉時，門葉中心位于水下，深度為1.1 m，則中心點的壓強為10.791 Pa。

門葉受到的靜水壓力為中心點壓強與受力面積的乘積，經計算，靜水壓力為52.23 kN。門葉受到的側向動壓力為靜水壓力乘以動力系數，為57.45 kN。P型橡膠止水條的截面積為0.088 m2。壓縮應變為20%，壓縮高度為3.5 mm，壓縮模量為6 MPa。預壓縮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大于P型橡膠條壓縮力和水體動壓力的合力（68.01 kN），保證P型橡膠止水條達到設計壓縮量，滿足止水要求[5]。

啟閉機豎向閉門力為125 kN，門葉自重為5 kN，閘門關閉時，豎向合力為啟閉機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生腐蝕、磨損，微調門葉關閉的行程，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，對池壁進行鑿毛處理，清理接觸面，重新填充膨脹水泥。普通水泥硬化后，體積會有收縮，而膨脹水泥硬化時體積不會發生收縮，還略有膨脹，能夠保證二次澆筑結構密實、不出現縫隙，達到止水效果。

5 效果評價

采取相應措施處理后，重新測量門葉，結果如表3和表4所示。蓄水前，門葉距基準面的平均水平距離為48.1 mm，離散系數為0.01，蓄水后，門葉距基準面的平均水平距離為47.7 mm，離散系數為0.01，門葉的平整度較之前有較大提升，因蓄水前P型止水橡膠條已經受力預壓，蓄滿水后，門葉的整體變形量僅為0.4 mm。現場對閘門進行連續3次開啟和關閉，試運過程中，門葉上下運動較為平穩，無卡澀，振動較小，限位控制準確。關閉到位后，滲水量滿足相關規范的要求。

6 結論

平面鋼閘門滲漏是水利工程的常見問題之一，原因涉及設計、制造、安裝和運行維護等方面。根據現場實際情況加以判別，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定性，降低滲漏水現象的發生率。同時，這些處理策略簡單可行，只需要在設計、制造、安裝和運行維護等關鍵環節加強管理和控制，因此具有較高的應用價值。

參考文獻

1 胡 陽，丁元國.水工閘門產生滲漏水的常見原因和處理方法[J].企業科技與發展，2013（3）：46-48.

2 王 昕.尹家溝閘鋼閘門安裝施工方案探析[J].水電站機電技術，2024（3）：65-68.

3 池苗苗.基于水封改造的閘門穩定性研究[J].水利科學與寒區工程，2023（4）：24-28.

4 王惠芝，陳慧楠.平面鋼閘門變形及力學特性影響研究[J].水利科技與經濟，2023（4）：59-62.

5 李 健.水工鋼閘門制造工藝的技術改進[J].現代制造技術與裝備，2022（9）：95-97.