劉海群

一、工程概況

斗龍港閘位于江蘇省鹽城市大豐區(qū)三龍鎮(zhèn)，1966年6月建成運行，是江蘇省里下河地區(qū)洪水排澇入海的重要控制工程。該工程為大（2）型排澇擋潮閘,設(shè)計日均流量200m3/s，設(shè)計最大流量1260m3/s，控制流域面積4428km2。截至2017年底，斗龍港閘累計開關(guān)閘15909潮次、排水696.59億m3，為保障流域地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展和人民安居樂業(yè)作出了重大貢獻。

斗龍港閘共8孔，單孔凈寬10m，其中左岸1號孔兼作通航孔，系平板鋼閘門，在滿足排水功能的同時，兼顧上下游船只通航。通航孔采用上下扉直升平面鋼閘門，其余7孔為排水孔，系弧形鋼閘門，為輕型桁架結(jié)構(gòu)，9臺QHB2×100kN卷揚式啟閉機。閘孔中墩厚1.1m，邊墩厚0.9m，閘身總寬93.575m。閘底板共計4塊，兩邊孔各1塊，中間6孔分2塊，閘底板順水流向長17m，高程-3.0m，底板厚1.6m。排水孔弧形鋼閘門為主橫梁式直支臂框架結(jié)構(gòu)，主橫梁及支臂均為桁架結(jié)構(gòu)，位于內(nèi)河側(cè)。門葉吊耳布置在下主梁與支臂交接處，位于外海測。

二、工程狀況及原因分析

1.工程狀況

2017年8月，工程例行檢查發(fā)現(xiàn)6號排水孔弧形閘門下桁架與面板梁格在兩支臂處聯(lián)接螺栓斷裂，近支臂第二、第三梁格螺栓松動，其聯(lián)接處松動間隙15～30mm。經(jīng)對其他7孔進行全面檢查，除通航孔外，發(fā)現(xiàn)其他6孔弧形閘門支臂聯(lián)接處均有不同程度的松動間隙，存在一定的安全隱患，鋼閘門已經(jīng)不能滿足工程安全運行，需要迅速維修加固。

2.原因分析

（1）經(jīng)現(xiàn)場檢查、檢測，螺栓無明顯塑性變形，為脆性斷裂，且表現(xiàn)為低應力脆斷，此處應力最大，間隙最大位置和螺栓斷裂處位于閘門吊耳背面。閘門由閉合到開啟，瞬時（＜4s）拉力最大，螺栓在接近或超過其屈服強度的循環(huán)應力作用下，在低于1×104～1×105次塑性應變循環(huán)失效，屬于疲勞破壞，這是螺栓斷裂的主要原因。

（2）閘門桁架為輕型結(jié)構(gòu)，裝配精度不高，螺栓不能均勻受力，加之螺栓為普通鋼材Q235，強度儲備不夠。

（3）從結(jié)構(gòu)設(shè)計方面分析，在閘門最大應力處未增設(shè)斜撐，導致幾何形狀突然變化形成應力集中，致使螺栓斷裂。

（4）支鉸軸承長期缺少潤滑，增加運行阻力，加大螺栓應力。

（5）螺栓聯(lián)接部位是閘門的防腐死角，螺栓在海水長年腐蝕下，最大銹蝕率達到30%以上。夏季、冬季啟閉閘門時，環(huán)境溫度變化對螺栓聯(lián)接部位疲勞強度影響更加顯著，熱應力變化易引起螺栓銹蝕，從而大大降低螺栓強度。

（6）斗龍港閘鋼閘門為雙吊點，運行過程中因鋼絲繩不平衡、兩吊點水平誤差產(chǎn)生閘門整體應力分布不均，造成局部應力過于集中，從而導致螺栓斷裂。

（7）斗龍港閘鋼閘門經(jīng)過2000年、2015年兩次大修，閘門支撐桿件多次切割、更換，2003年又意外遭遇砂石運貨船撞擊，造成應力集中，引發(fā)安全隱患。

三、工程改造對策

1.閘門加固

（1）就位檢修門，將閘門提升至正常水位以上固定，清洗閘門。

（2）用5T新型增力手拉葫蘆與閉口滑車變力20T，相對于桁架處校正，同時扭緊螺栓，使間隙最小、相序而進。

（3）每孔鋼閘門更換8-M22×658.8級螺栓，配平墊和彈墊，扭力符合規(guī)范要求。

（4）為使閘門平衡受力，重新緊固兩支臂中間格梁與主桿聯(lián)接螺栓，對銹死無法緊固的螺栓進行割除，更換新螺栓。

（5）實施鋼板加固。為防止閘門應力集中、遭受疲勞破壞，要在下支臂與面板位置增設(shè)拉桿。因斜拉桿為細長桿，中間需加撐桿。由于焊接點多，防腐施工不便，維修保養(yǎng)費用較高。因此，在下桁架兩支臂與面板格梁聯(lián)接節(jié)點處向下加裝鋼板，圓弧過渡，居中焊接（見圖1），避免應力集中。焊接拼縫，穿透間隙小于0.5mm，以減少變形。焊接位經(jīng)機械打磨確保無其他附著物。焊接選取不銹鋼焊條A102。該焊條可全位置焊接，焊接性能、熔敷金屬力學性能和抗晶間腐蝕性能良好。

圖1 排水孔支臂加固示意圖

（6）防腐施工。

①加固鋼板。在現(xiàn)場實際取樣，工廠制作，噴砂后涂環(huán)氧富鋅車間底漆（702）2遍，現(xiàn)場焊接后除雜復涂1遍。

②焊縫燒損位防腐。焊縫雖為不銹鋼焊接，但燒損位仍需防腐。手工打磨 St3、清潔度 Sa2、粗糙度 20～40μm，涂低表面環(huán)氧封閉漆，復涂低表面環(huán)氧防銹漆，再涂842環(huán)氧云鐵、環(huán)氧面漆。涂裝間隔按照規(guī)范要求實施。

（7）疲勞安全系數(shù)

原結(jié)構(gòu)允許抗剪承載力：N=4×3.799×1350=20515kg

更新后結(jié)構(gòu)承載力N

螺栓加載力：N1=0.7×4×1.5×15000=63000kg

焊接鋼板：N2=35×0.1×2350/2=82250kg

N=N1+N2=145250kg

疲勞安全系數(shù)：

np=145250/20515=7.08

在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提高7.08疲勞安全系數(shù)。

2.支鉸潤滑

支鉸的主要作用是將閘門全部水壓力和部分門重傳給閘墩，并保證閘門能繞水平軸轉(zhuǎn)動，它是閘門中很重要一部份。轉(zhuǎn)動鉸軸在長期失潤、動載劇增情況下，磨損劇烈增大而形成劇烈磨損期。隨著加速磨損期延長，鉸軸磨擦系數(shù)0.03～0.07升高為0.25～0.6。當軸與套粘著時，磨擦系數(shù)＞0.8，軸運行阻力增加12倍以上，故應安裝鉸軸外置潤滑裝置。

（1）關(guān)閉閘門，用專用模具在鉸鏈上鉆孔，深度到軸，置中。利用強磁去鉆孔鐵屑、油污清潔劑清洗，拆除軸端擋板，用松銹除銹劑清洗，頻繁啟閉閘門后松銹除銹劑壓力加入，打通軸與軸套油路。

（2）外置油箱于支臂處，隨支臂升降連接管路。當閘門開啟時，隨支臂角度變化打開閥門自動加油，閘門閉合時自動關(guān)閉，使支鉸長期處于潤滑狀態(tài)。

（3）每月按期檢查鉸軸外置潤滑裝置，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時采取措施，防止非正常狀態(tài)運行導致疲勞破壞和磨損失效，從而有效提高裝置使用年限。

四、應用效果

斗龍港閘鋼閘門改造工程效果顯著，具有以下特點：

（1）工序簡單，僅對原有鋼閘門進行適度改造。

（2）更新螺栓便于施工安裝。

（3）施工成本低廉，材料市場易購，易于焊接和機械加工。

（4）日常維修保養(yǎng)工作方便。

五、結(jié)語

斗龍港閘鋼閘門改造工程消除了工程運行隱患，滿足了工程安全運行和運行期限。該閘工程施工和防腐措施對我國沿海擋潮閘具有一定示范意義，可供類似鋼閘門結(jié)構(gòu)工程維修改造參考■