泄水闸工作门槽侧轨变形原因分析及处理探讨

曹建伟

【摘 要】长洲水利樞纽15台机组于2009年投产发电，2018年初水下检查发现泄水闸3#闸孔工作门槽侧轨存在凹陷变形现象，文章针对变形产生的原因进行了分析，提出了将槽钢更换为“工”字钢并用环氧砂浆修补的处理措施，总结了经验与体会，希望可以为行业内运行水电站门槽侧轨的维修或者待建水电站门槽侧轨的设计起到一定的借鉴作用。

【关键词】泄水闸;工作门槽;侧轨变形

【中图分类号】TV663 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）12-0102-02

长洲水利枢纽横跨三江两岛，内中外三江共布置有43孔泄水闸，2009年10月全部机组投产发电。2018年初水下检查发现，内江泄水闸3#闸孔工作门槽侧轨凹陷变形，变形原因及处理措施令人深思。

1 枢纽概况

长洲水利枢纽坝址位于广西梧州市上游12 km的浔江干流上，坝址控制流域面积为30.86万km2，多年平均流量为6 120 m3/s，水库正常蓄水位为20.6 m，死水位为18.6 m，汛期限制水位为18.6 m，水库总库容为56.0亿m3，正常蓄水位时库容为18.6亿m3，属一等工程。主要水工建筑物布置有内外江厂房、三江泄水闸、船闸等。

2 内江泄水闸门槽介绍

内江泄水闸布置在内江主河槽，总长度为237.50 m，共有12孔，最低建基面高程为-16.00 m，最大坝高50.40 m，闸墩厚度为3.5 m。堰顶高程为4.0 m，每孔设1扇工作闸门，门型为露顶式平面定轮钢闸门。该闸门布置于堰顶下游侧，运行条件为动水启闭。闸门孔口尺寸为16 m×17.5 m，底槛高程为3.69 m，门槽顶部高程为34.40 m。泄水闸主体混凝土采用C25，工作门槽侧轨采用[20槽钢，后浇二期凝土C30（断面尺寸为350 mm×700 mm）。工作门槽型式采用II型，门槽宽度为2 000 mm，深度为1 000 mm，宽深比为2.0。门槽内设主轨、反轨、侧轨和底槛。

3 3#闸孔工作门槽侧轨变形简介

2018年初，内江泄水闸在水下检查时发现3#工作门槽右侧侧轨自3.89 m（底槛以上20 cm处）至8.39 m高程存在严重凹陷变形，平均凹陷深度为5 cm，凹陷最深处达10 cm，侧轨中间出现明显的5 cm宽的侧轮压痕，变形严重的侧轨部位已经开裂，变形侧轨长度为4.5 m，侧轨底部及两侧二期混凝土挤压脱落（如图1所示）。

4 侧轨变形原因分析

（1）二期混凝土浇筑不密实。现场检查发现侧轨两侧二期混凝土局部存在蜂窝、狗洞现象，未振捣密实，造成浇筑后的混凝土强度达不到设计标准。

（2）二期混凝土离析。现场检查发现二期混凝土骨料间的砂浆较少，混凝土从上方下料时骨料优先落到底部，造成混凝土脆性增强，抗压强度降低。

（3）槽钢受力性能差。槽钢承受垂直荷载的能力与其垂直方向的有效截面高度成正比，依照钢结构理论，槽钢的翼板受力性能最好，腹板受力最差，也是就是说槽钢应该立着受力，而不是趴着受力。原侧轨采用槽钢腹板受力，一旦二期混凝土强度不达标极易出现凹陷变形。

（4）闸门振动。闸门运行有时在约1 m开度时，会有振动现象。闸门振动恶化了侧轮与侧轨的受力状态，加重了侧轨的变形。

（5）侧轮宽度小且数量少。工作闸门每侧设计有4个侧轮，侧轨宽度虽然为20 cm，但是每个侧轮宽度只有5 cm，与侧轨接触面小，在底部侧轮受力集中时造成侧轨局部受压压强过大。

（6）闸门提落频繁。长洲水利枢纽水库为日调节水库，出库流量和入库流量基本维持平衡状态，出库流量要随时根据入库流量变化而变化，汛期上游来水变幅大，43孔泄水闸汛期操作频繁，侧轮与侧轨多次反复摩擦，也容易造成侧轨磨损变形。

（7）水流作用。在临接近底槛状态下，受强烈的水流作用，使闸门受到水流频繁脉动及左右不对称的泄流冲击，会引起闸门侧轮与侧轨碰撞或挤压，破坏侧轨及混凝土[1]。

（8）工作门安装未准确居中。门槽设计时，在门槽与闸门侧轮之间留有15 mm的间隙。现场检查发现3#工作门槽只有右侧侧轨有摩擦接触痕迹，而左侧门槽侧轨没有任何接触痕迹，说明工作闸门安装时竖直方向未在闸孔两侧门槽间准确居中，这是引起侧轨变行的次要原因。

5 侧轨变形处理措施

针对工作门槽侧轨凹陷变形这一缺陷，采用上游事故门和下游检修门，抽干水后拆除原槽钢及二期混凝土，更换为“工”字钢（配套焊接200 mm宽钢垫板）并采用HK-UW预包装环氧砂浆修补。HK-UW预包装环氧砂浆常温下固化快，具有强度高、抗冲击、耐磨损、耐腐蚀、抗冻性、黏结性好等优点。更换侧轨的具体处理措施如下。

（1）将变形损坏的侧轨（[20槽钢）割除。

（2）凿除原二期混凝土（断面尺寸为350 mm×700 mm），至一期混凝土面并凿毛。

（3）凿除后暴露原有锚筋，锚筋方向如有明显歪的要进行矫正，将锚筋外露部分清理干净，必要时可补植锚筋。

（4）按照新侧轨图纸（如图2所示）要求将I20a“工”字钢与钢板制作好，其中钢板与“工”字钢段用断焊形式，钢板与“工”字钢焊接后应保证钢板平整。

（5）割除锚筋上原来焊的螺杆，根据“工”字钢固定的要求重新焊接螺杆并紧固垫板。

（6）将“工”字钢侧轨两头打磨出焊接倒角，调节螺栓使“工”字钢的垫板上下端与原槽钢齐平，左右方向与两侧混凝土齐平。将垫板与原侧轨焊接牢固，并打磨焊缝，使原侧轨与新侧轨平滑过渡。

（7）立模板进行环氧砂浆浇筑，对砂浆进行振捣，务必保证砂浆密实，保证侧轨符合《水电水利工程钢闸门制造安装及验收规范》（DL/T 5018—2004）中表9.1.3[2]的要求。

（8）将工作表面打磨平滑，无凸起或凹陷。

此外，将工作闸门原来宽度5 cm的侧轮全部更换为11 cm的侧轮，有效增大了侧轮与轨道的接触面积，缓解了接触面的压强，改善了侧轨的受力状态。同时，闸门开度变化时运行人员及时到现场进行巡视检查，发现闸门振动时及时调整开度，消除振动现象。

6 经验与体会

（1）设计阶段侧轨型钢首选“工”字钢，工作闸门侧轮宽度及数量适当扩大。设计单位在设计门槽侧轨时明显低估了侧轨的受力，运行期诸多因素导致侧轨受力集中且状况复杂。在不考虑二期混凝土的情况下，“工”字钢翼板的受力性能要远高于槽钢腹板的受力性能，故侧轨设计时优先考虑“工”字钢（配套焊接钢垫板）。此外，设计侧轮的数量和宽度不宜过小，重点增加闸门两侧底部侧轮的数量。同时，可以适当提高二期混凝土的强度等级。

（2）施工阶段加强混凝土施工质量控制。水电站施工期遗留缺陷往往在运行期需要进行处理，所以需要在源头上把好关。门槽二期混凝土浇筑空间狭小，容易导致浇筑不密实，因此更需要加强混凝土浇筑质量控制，进行必要的分段振捣并振捣到位，保证混凝土密实，抗压强度达到设计标准。

（3）運行阶段加强巡视检查和维护。长洲水利枢纽有43孔泄水闸，泄水闸门槽在汛后要及时逐个进行检查，并扩大到检修和事故门槽，尤其是水下部分容易被忽略，要定期安排水下检查，发现轨道问题及时安排处理，利用枯水期闸门不泄水的有利时机抓紧实施并在汛前完成，确保闸门正常运行。针对闸门在小开度情况下出现振动的现象，除加强运行人员巡视检查外，必要时可在闸门上安装振动在线监测装置，以便于在第一时间发现振动现象并及时调整闸门开度消除振动现象，同时可减轻运行人员巡检工作量。此外，还应重视对启闭机双吊点定滑轮吊轴同步性检查，保证在启闭双吊点闸门时，闸门平稳同步升降，避免侧轨频繁承受侧向挤压荷载，并注意观察，避免发生主行走滚轮偏离主轨中心行走的现象[1]。

7 结论

长洲水利枢纽内江泄水闸3#闸孔工作门槽侧轨采用“工”字钢更换后，目前已运行1年多时间，经过水下检查发现侧轨处于完好状态，说明采用更换“工”字钢和环氧砂浆修补的方案是合适的。泄水建筑物门槽的轨道完好与否直接关系闸门能否正常启闭，进而影响着水电站大坝的防洪度汛，所以水电站运行单位务必要格外重视，决不能掉以轻心和马虎大意，一定要做到勤检查和勤维护，发现缺陷及时处理，确保泄水建筑物正常运行，保证大坝安全。本文从内江3#泄水闸工作门槽侧轨变形实际出发，分析了变形产生的原因，介绍了采用“工”字钢替换槽钢并采用环氧砂浆修补的处理措施，总结了经验体会，希望可以为行业内运行水电站门槽侧轨的维修或者待建水电站门槽侧轨的设计起到一定的借鉴和参考作用。

参 考 文 献

[1]杨占鳌.长洲水利枢纽泄水闸工作闸门缺陷成因及处理[J].红水河，2018（5）.

[2]DL/T 5018—2004，水电水利工程钢闸门制造安装及验收规范[S].

[3]孙学勇.水工闸门产生渗漏水的常见原因及处理方法[J].水利科技与经济，2015（4）.

[4]张庚辛，胡文军，任玉房.浅谈水工闸门的养护与维修[J].河南水利，2005（11）.