鄒雙七

（婁底市水利水電勘測設(shè)計院 婁底市 417000）

婁底市位于湘中丘陵湘江和資江分水嶺地帶，轄婁星區(qū)和新化縣、雙峰縣及漣源市、冷水江市，總面積8117 km2，總?cè)丝?20萬，現(xiàn)有水庫732座（含電站類水庫），其中大（ⅠⅠ）型水庫1座，中型11座，?。á瘢┬?08座，?。á瘢┬?12座。這些水庫大多建于20世紀60～70年代，病險問題十分突出。

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，小型水庫中金屬結(jié)構(gòu)部分由于當時的技術(shù)水平、材料和資金限制，土石壩大部分采用臥管取水，閘門為懸臂鑄鐵閘門，采用手搖絞車啟閉，漿砌石壩多采用平板鑄鐵閘門，采用卷揚式啟閉機進行啟閉。由于建成運行多年，管理維護不善，這些閘門存在各種不同型式的病險，在汛期閘門無法開啟，不能降低庫水位，導(dǎo)致大壩潰壩事件偶有發(fā)生，因此閘門的病險問題嚴重影響水庫安全及效益。

1 小型水庫閘門破壞型式

現(xiàn)根據(jù)近幾年婁底市小型水庫進行安全鑒定和除險加固過程中閘門的應(yīng)用情況，對閘門的破壞型式進行簡單分析，閘門的破壞型式存在以下幾種。

1.1 閘門無法正常開啟

閘門在啟閉過程中，除門重G外，還有支承的摩擦阻力Tzd、止水摩擦阻力Tzs、門底的上托力Pt、下吸力Px、門頂?shù)乃豔s或加重塊Gj，其中持住力FT、啟門力FQ。

計算公式如下：

根據(jù)公式及婁底市小型水庫的運行情況，知道閘門在運行過程中，出現(xiàn)下列幾種情況使啟閉力增大，超過啟閉設(shè)施的啟閉極限，使閘門無法正常開啟或在啟閉過程中拉斷鋼絲繩，而使閘門損壞或無法開啟。

（1）懸臂閘門使用多年后，往往會引起閘門的絞支座老化及磨損，引起支承摩擦系數(shù)增大，20世紀60～70年代建的水庫，其絞支座材料使用年限短，采取的防銹措施不滿足運行要求，導(dǎo)致摩擦阻力增大。

（2）懸臂閘門的止水（一般為P型或條形橡膠止水）也會隨時間的推移出現(xiàn)磨損和老化，從而使止水摩擦阻力增大。

（3）懸臂閘門一般不全部開啟，門葉開啟一定角度時，傾斜面上出現(xiàn)負壓，存在很大的下吸力。

（4）因懸臂閘門制造精度不高或安裝不當，在開啟過程中，支承與閘門承臺發(fā)生卡阻，使閘門無法正常開啟。

（5）水庫采用臥管取水，閘門開啟，水流進入臥管，其壓力將急劇變化，易產(chǎn)生負壓，在一定條件下會發(fā)生空穴現(xiàn)象，導(dǎo)致閘門及其它部件損壞，使閘門運行工況惡劣，啟閉時發(fā)生卡阻。

（6）閘門運行多年后，懸臂閘門的背面有大量泥沙或污物沉集，使Gj增加，啟門力變大。婁底市小型水庫實際運行中，有時有纏繞物纏繞住閘門，管理人員強行開啟，導(dǎo)致閘門懸臂斷裂或鋼絲繩斷裂。

（7）啟閉機的啟閉力沒有經(jīng)過計算，當水庫蓄滿水后，水壓力加大，開啟最底層閘門時，啟閉機啟閉力不夠，導(dǎo)致閘門損壞。

（8）婁底市的小型水庫大部分位于山區(qū)，山區(qū)水庫來洪水時夾雜樹枝、泥沙等物，而臥管進水口泄洪時，這些雜物有時會堵塞進水口，導(dǎo)致閘門無法正常開啟關(guān)閉，對閘門產(chǎn)生負壓，閘門損壞。

（9）啟閉設(shè)施一般為手搖絞車，當洪水期臥管放水時，人工操作無法啟閉閘門，導(dǎo)致閘門運行工況不佳，閘門破壞。

1.2 閘門腐蝕嚴重，閘門無法正常使用

（1）閘門止水漏水引起縫隙空穴，導(dǎo)致門葉表面嚴重空蝕破壞。

（2）盡管懸臂閘門在制造時進行了防腐（噴鋅、噴漆等），但運行多年后，因水流的沖蝕和大氣的侵蝕，閘門仍然會受到腐蝕，根據(jù) 《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標準》，當構(gòu)件蝕余厚度小于6mm時，必須更換；主要構(gòu)件發(fā)生銹損，應(yīng)進行強度、剛度復(fù)核計算，不滿足要求，必須更換；當更換構(gòu)件達到 30%以上，閘門應(yīng)報廢。而在病險水庫閘門的檢測中，腐蝕是閘門無法正常使用的主要原因；20世紀60～70年代投入使用的閘門多為腐蝕嚴重而報廢。

1.3 懸臂閘門振動破壞

引起懸臂閘門振動的原因是多方面的，除閘門自身剛度過小，易引起振動，另外還有以下幾個方面：

（1）懸臂閘門開啟放水時，不能完全開啟，因為閘門關(guān)閉時要依靠閘門的自重，因此閘門開啟一般會形成45°角，水跌落入臥管時，水躍會沖擊門葉，造成強烈振動。

（2）臥管及消力井設(shè)計不合理，由于小型水庫放水流量不大，通常未考慮泄洪需要，因此在遇到較大流量時，消力井及臥管之間會出現(xiàn)水錘，引起閘門的振動。

（3）由于閘門止水及預(yù)埋件老化破損，閘門關(guān)閉不嚴，長年有水滲漏，會造成負壓，導(dǎo)致閘門振動。

閘門振動可能會造成閘門斷裂及焊縫撕裂，使閘門無法正常使用。另外還有設(shè)計時選材不當，制作時澆鑄和焊接質(zhì)量太差，制造精度不高，非正常操作，外部條件惡劣等，也可能會引起閘門的破壞。

以上是閘門的幾種主要破壞形式，實際上可能是因為多種因素同時出現(xiàn)，才造成閘門的破壞。

2 解決問題的對策

從小型水庫閘門的破壞型式中可以看出，閘門的破壞有多種因素，閘門發(fā)生破壞也是多種因素造成的，因此在小型水庫除險加固過程中，要針對上述原因提出相應(yīng)的處理措施，提高小型水庫的工程效益，更好的服務(wù)于農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展。解決的主要對策有以下幾方面。

2.1 對小型水庫閘門的設(shè)計施工要重視

現(xiàn)在小型水庫在除險加固過程中，對水工建筑物的質(zhì)量抓得嚴，但對于金屬結(jié)構(gòu)重視不夠，閘門的制作安裝不到位，止水及預(yù)埋件往往被忽視，但這些小部件可能會影響大壩運行安全。因此在設(shè)計及施工過程中，對金屬結(jié)構(gòu)及閘門要與水工建筑物同樣重視，啟閉設(shè)施要按照設(shè)計工況進行選擇，閘門、止水及預(yù)埋件要按規(guī)范驗收合格才能投入使用。

2.2 大力推廣新材料、新技術(shù)、新工藝

從上述破壞型式可以看出，閘門的破壞與材料、支承、止水、預(yù)埋件、防銹、啟閉機及啟閉方式有很大的關(guān)聯(lián)，故針對小型水庫特點提出相應(yīng)的處理措施。

（1）現(xiàn)在的小型水庫基本都是20世紀60～70年代建設(shè)的，當時的鋼鐵材料較為缺乏，閘門及支承件一般采用的鑄鐵材料指標不滿足要求，且運行時間稍長，其物理力學性能就會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，使摩擦系數(shù)增大，以致發(fā)生啟閉機的超載現(xiàn)象。現(xiàn)在閘門材料可以采用性能指標更先進的球墨鑄鐵系列、鋼系列、復(fù)合纖維系列，支承材料可以選用如42CrMo等。

（2）小型水庫閘門的止水特別容易損壞，因為其使用頻率高，運行條件差，一般采用的常規(guī)止水是靠一定的止水預(yù)壓量，才使止水密封，當水頭增高時，需預(yù)壓縮量增大，在啟閉過程中磨損嚴重，使止水易損壞。因此如果小型水庫庫水位較高，底層閘門的止水可以采用充壓式止水，這種止水在閘門關(guān)閉后，對止水進行充壓，迫使止水推出，與面板接觸，達到要求的接觸應(yīng)力封水。

（3）預(yù)埋件在那個年代的水庫建設(shè)中，很多時候采用的是將漿砌石臥管上用水泥漿磨平，然后止水與磨平的水泥面接觸止水。有預(yù)埋件的都是些鑄鐵材料，表面平整度不夠，導(dǎo)致止水效果不好。現(xiàn)在設(shè)計中都應(yīng)考慮用鋼板止水，而且要與取水口的混凝土一起澆筑，并設(shè)置錨桿，保證止水與混凝土牢固緊密結(jié)合，達到止水效果。

（4）以前的閘門雖然相應(yīng)的采取了防銹措施，但使用年限不長，施工工藝較差，現(xiàn)在采用新的金屬噴涂工藝，熱噴鋅和熱噴鋁，及鋅鋁合金等長效防腐蝕材料，再加封閉材料，可以大大提高閘門的防銹能力。

（5）閘門啟閉方式以前是一根鋼絲繩啟閉臥管上所有閘門，要啟閉哪扇閘門，相應(yīng)的閘門人工操作將鋼絲繩裝上，在洪水期間，特別容易產(chǎn)生安全事故，因此在小型水庫除險加固中，每扇閘門對應(yīng)一根鋼絲繩。啟閉機采用手電兩動，考慮最不利情況下需要的啟閉力，保證可以在最不利工況下的閘門開啟。

2.3 要與水工設(shè)計緊密結(jié)合

在小型水庫的設(shè)計過程中，水工與金屬結(jié)構(gòu)很獨立，互不干擾，水工設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，金屬結(jié)構(gòu)還沒開始，導(dǎo)致水工沒有跟金屬結(jié)構(gòu)很好的結(jié)合，如未考慮閘門的啟閉工況、閘門的預(yù)埋件，這些情況在將來閘門的運行過程中往往會引起閘門破壞，因此在水工設(shè)計過程中，要針對閘門的啟閉工況及運行條件來調(diào)整水工建筑物（如臥管、消力井等）的設(shè)計，使水工建筑物能滿足金屬結(jié)構(gòu)的運行要求。

2.4 要加強運行管理

小型水庫由于水利投入不足，造成小型水庫管理機構(gòu)不健全，管理經(jīng)費不到位、管理人員不穩(wěn)定和管理制度不落實。閘門在運行中出現(xiàn)的問題不能及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致閘門破壞。

因此對于小型水庫要加強管理，配備專門的管理人員，定期對閘門進行防銹處理，并定期對閘門進行檢修，才能保證閘門的正常運行。

3 結(jié) 論

通過對小型水庫金屬結(jié)構(gòu)閘門的破壞型式進行分析，得出其破壞的主要原因，并提出了相應(yīng)的解決方法。在婁底市近兩年的小型水庫除險加固及建后管理中，金屬結(jié)構(gòu)重視程度得到了加強，新化縣的茅嶺水庫、龍溪水庫等，在閘門設(shè)計和施工中運用了新的技術(shù)、工藝、方法，產(chǎn)生了良好的工程效益，希望通過上述對策的提出，閘門的設(shè)計施工會越來越合理，水庫的工程效益可以得到更大的發(fā)揮。