馬銀珍

（水利部山西水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，太原 030024）

1 問題的提出

水工金屬結(jié)構(gòu)是水工建筑物的重要組成部分之一，其運(yùn)行是否正常直接影響水工建筑物的正常運(yùn)行，若其中某一部件結(jié)構(gòu)布置和選型不合理，勢必造成閘門漏水、或操作不方便、抑或運(yùn)行不靈活，從而導(dǎo)致水頭和水量的損失，造成經(jīng)濟(jì)損失、影響維修工作的正常進(jìn)行、甚至引起閘門振動和威脅下游人群生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，為了水庫金屬結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行和建筑物的安全，合理布置水工金屬結(jié)構(gòu)和合理進(jìn)行閘門各部件的選型與布置在水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。

2 水庫金屬結(jié)構(gòu)布置

冊田水庫金屬結(jié)構(gòu)部分包括正常溢洪道弧形工作閘門和疊梁檢修閘門、北干渠放水洞平板工作閘門、大同引水放水閘平板工作閘門、陽源灌渠放水閘平板工作閘門、放水閘疊梁檢修閘門、非常溢洪道弧形工作閘門和疊梁檢修閘門，以及與各閘門配套的門槽埋件和起吊設(shè)備。

3 金屬結(jié)構(gòu)存在問題及改造設(shè)計(jì)

根據(jù)冊田水庫工程金屬結(jié)構(gòu)實(shí)際存在問題進(jìn)行更新改造設(shè)計(jì)。

3.1 正常溢洪道

原正常溢洪道弧形工作門共4孔，孔口尺寸為8.0m×6.0m，設(shè)計(jì)水頭12.7m，動水啟閉。各弧形閘門前均設(shè)疊梁檢修門槽1孔，共用一套疊梁檢修閘門，疊梁門的孔口尺寸為8.0m×9.6m，設(shè)計(jì)水頭12.7m，靜水啟閉。

3.1.1 弧形工作閘門

1）存在問題及原因

閘門因年久失修銹蝕嚴(yán)重；由于止水橡皮老化、破損，漏水嚴(yán)重。

2）改造設(shè)計(jì)原閘門及與其配套的起吊設(shè)備運(yùn)行基本正常，此次除險(xiǎn)加固對該閘門和卷揚(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行防腐處理，閘門更換止水橡皮，卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行大修后，方可投入運(yùn)行。

3.1.2 疊梁檢修閘門

1）存在問題

根據(jù)現(xiàn)場查勘，冊田水庫正常溢洪道疊梁檢修閘門實(shí)際存在以下問題：閘門嚴(yán)重銹蝕，止水效果很差，運(yùn)行極不靈活，操作極為不便。

由于正常溢洪道疊梁檢修閘門存在問題較多，為此，本次水庫金屬結(jié)構(gòu)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，重點(diǎn)就放在該閘門的更換設(shè)計(jì)上。

2）出現(xiàn)問題的原因

根據(jù)存在問題對閘門結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了分析，找出原設(shè)計(jì)方案的缺陷。有針對性地對該閘門進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，新設(shè)計(jì)的閘門達(dá)到了預(yù)期的運(yùn)行效果。

閘門門體：

①依據(jù)目前《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》的有效版本，對該閘門進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計(jì)算，其主梁強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求。原疊梁閘門主梁所有鋼板厚度偏薄，又未設(shè)主梁上翼緣，經(jīng)過對閘門主梁的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性復(fù)核驗(yàn)算，其計(jì)算結(jié)果：主梁前翼緣正應(yīng)力 σ1=298N/mm2＞［σ］（［σ］=160N/mm2），主梁后翼緣正應(yīng)力σ2=327.2N/mm2＞［σ］，可見主梁強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求。

②因年久失修，受自然條件影響，閘門嚴(yán)重銹蝕；

③底止水和節(jié)間止水采用木材，止水效果很差。側(cè)止水P頭方向布置不合理，影響止水效果；

④閘門支承采用簡支輪，已完全銹死，不能轉(zhuǎn)動。

門槽埋件：

①門槽埋件變形嚴(yán)重；

②沒有止水不銹鋼板；

③門槽埋件銹蝕嚴(yán)重，水面以上部分有10m長的門槽未設(shè)埋件，水面以下情況尚不清楚；

④門體難以入槽，嚴(yán)重影響工作閘門的正常檢修。

啟吊方式：在每節(jié)疊梁兩邊梁外側(cè)，各設(shè)置1個(gè)吊環(huán)，通過鋼絲繩，完全由人工操作對閘門進(jìn)行起吊。而且每節(jié)疊梁左右兩側(cè)都各配一套鋼絲繩，該閘門共9節(jié)疊梁，所有疊梁入槽后，多根鋼絲繩經(jīng)常纏繞在一起（尤其在12.7m深的水下），操作極為不便。

堆放：該疊梁閘門未設(shè)門庫，平時(shí)將9節(jié)疊梁全部鎖定在各門槽上方，每孔門槽上至少堆放2節(jié)，使用該閘門時(shí)，由于操作空間太小，對本來就不方便的操作系統(tǒng)來說，更增加了操作難度。

3）改造設(shè)計(jì)

針對該閘門存在問題，為了更好地、徹底地從根本上解決閘門漏水問題，設(shè)計(jì)方案定為將疊梁門、門槽埋件及啟閉機(jī)全部拆除，進(jìn)行更新設(shè)計(jì)。

改造后的檢修疊梁門共分7節(jié)，增加了主梁上翼緣，選取合理的鋼板厚度，增大了主梁截面面積。經(jīng)計(jì)算其主梁強(qiáng)度、剛度均滿足規(guī)范要求。計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 正常溢洪道新疊梁門主梁受力計(jì)算結(jié)果

該閘門每節(jié)疊梁均由門體、主滑塊、側(cè)滑塊、反向滑塊、封水及吊耳等構(gòu)件組成。門體由面板、兩根主梁、邊梁及隔板拼焊而成。所有封水均采用P型橡皮，側(cè)止水改變了P頭方向，閘門封水跨度為8.16m，底止水和節(jié)間止水改用P型橡皮，可大大改善了疊梁閘門的止水效果。支承采用自潤滑滑塊，支承跨度為8.41m，利用該支承形式可減小支承摩阻力。閘門門體和門槽埋件材料均采用Q235B鋼。

門槽埋件由主軌、反軌、門楣及底檻組成，各部分均為焊接鋼結(jié)構(gòu)。此次改造后的門槽埋件下游與閘門止水配合處，增加4mm不銹鋼板，這不僅改善了止水效果，而且還起到保護(hù)橡皮的作用。該門槽寬度尺寸比疊梁門自然厚度總尺寸小2mm，這樣進(jìn)行改進(jìn)后，不僅解決了本閘門止水問題，而且改善了一般疊梁閘門漏水量大的缺點(diǎn)。

啟閉設(shè)備：在每節(jié)疊梁頂端設(shè)置兩個(gè)吊耳結(jié)構(gòu)，采用雙吊點(diǎn)起吊，吊點(diǎn)距5.5m。選用2×100kN移動式電動葫蘆通過新增設(shè)的自動抓梁配合起吊，可靈活自如地在水下下放和提升疊梁門。增設(shè)自動抓梁，主要解決了操作不方便的問題。

原電動葫蘆懸掛在混凝土L梁上，因?yàn)樵黾恿俗詣幼チ?，原排架高度不滿足改造后的運(yùn)行要求，為施工和安裝方便，將混凝土L梁改造為門型鋼梁。

堆放：由于現(xiàn)行環(huán)境條件所限，無法增建疊梁門庫，只能將門型鋼梁向左右兩個(gè)方向各增加1孔，因而增大了操作空間，極大地改善了閘門使用過程中的操作性。對此建議：疊梁閘門設(shè)計(jì)中，在條件允許的情況下，考慮設(shè)置門庫，不僅美觀而且操作方便。

3.2 放水閘

冊田水庫放水閘包括北干渠放水洞平板工作閘門1孔、大同引水放水閘平板工作閘門2孔與陽源灌渠放水閘平板工作閘門1孔。各放水閘工作門孔口尺寸和設(shè)計(jì)水頭完全相同，孔口尺寸3.0m×2.0m（寬×高），設(shè)計(jì)水頭12.0m，動水啟閉。這4孔工作閘門前各設(shè)1孔檢修門槽，共用1套疊梁檢修閘門（共4節(jié)），其孔口尺寸為3.0m×2.8m，設(shè)計(jì)水頭均為13.5m，靜水啟閉。

3.2.1 放水閘工作閘門

1）存在問題及原因

原放水閘工作閘門為鋼絲網(wǎng)混凝土閘門，頂、側(cè)橡皮止水設(shè)置在門槽埋件上，閘門門體上未設(shè)置止水不銹鋼板，在起吊和下放閘門過程中，止水與門體粗糙的混凝土表面直接摩擦，對橡皮磨損嚴(yán)重，甚至可將橡皮撕裂，嚴(yán)重影響止水效果，而且底止水設(shè)置在閘門上，為此頂、側(cè)、底止水沒有形成封閉形式，由此可見，漏水嚴(yán)重現(xiàn)象勢必出現(xiàn)。另外更換門槽止水很困難，而且本混凝土閘門結(jié)構(gòu)很笨重，本次改造將對此閘門及門槽埋件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與更換。

2）改造設(shè)計(jì)

本次放水閘改造設(shè)計(jì)，首先考慮將止水設(shè)在閘門上，且使頂、側(cè)、底止水橡皮接合面牢固粘接在一起，以形成封閉形式，改善止水效果。

改造后的放水閘工作閘門均為滑動式平板鋼閘門，閘門由門體、支承滑塊、側(cè)滑塊、反向滑塊、封水及吊耳等構(gòu)件組成。門體由面板、主梁、次梁、邊梁及隔板拼焊而成。上游止水，頂、側(cè)封水采用P型橡皮、底封水采用條型橡皮止水，閘門封水跨度為2.98m，支承跨度為3.44m。該閘門為雙吊點(diǎn)起吊，吊點(diǎn)距2.6m。支承滑塊采用自潤滑滑塊。

門槽埋件由主軌、反軌、門楣及底檻組成，各部分均為焊接鋼結(jié)構(gòu)。門楣埋件與上游埋件上焊接不銹鋼板，以保證頂、側(cè)止水效果和對橡皮的保護(hù)。由于鋼閘門比混凝土閘門結(jié)構(gòu)緊湊，厚度尺寸減小，此次改造后的門槽比原有門槽尺寸相應(yīng)減小。

啟閉設(shè)備：原有啟閉機(jī)還可正常運(yùn)行，本次改造延用原有2×250kN固定式卷揚(yáng)機(jī)起吊，但應(yīng)對該啟閉機(jī)進(jìn)行防腐處理和檢修，保證閘門正常運(yùn)行。

3.2.2 放水閘疊梁檢修門

1）存在問題及原因

閘門銹蝕嚴(yán)重；由于止水橡皮老化、破損，漏水嚴(yán)重；與其配套的啟閉設(shè)備已丟失。

2）改造設(shè)計(jì)

將原放水閘疊梁檢修閘門進(jìn)行防腐處理和更換止水橡皮后即可繼續(xù)使用；新增加2臺50kN手拉葫蘆解決閘門起吊問題。

3.3 非常溢洪道

非常溢洪道設(shè)置6扇弧形工作閘門，孔口尺寸12.0m×9.6m（寬×高），設(shè)計(jì)水頭10m，每扇弧形門前設(shè)1道檢修疊梁門槽，6道門槽共用1套疊梁檢修閘門，孔口尺寸12.0m×6.3 m（寬×高），設(shè)計(jì)水頭10m。

1）存在問題及原因

閘門水封止水不嚴(yán)，漏水引起溢洪道泄槽底板產(chǎn)生凍融破壞，鋼絲繩銹蝕嚴(yán)重，需要更換。

2）改造設(shè)計(jì)

非常溢洪道閘門（包括弧形工作閘門和疊梁檢修閘門）運(yùn)行時(shí)間較短，且門體質(zhì)量好，可正常運(yùn)行。但自1988年建成至今，運(yùn)行20余年未進(jìn)行過大修，本次改造，將弧形門與疊梁門進(jìn)行防腐處理和更換橡皮，對卷揚(yáng)式啟閉機(jī)、移動式電動葫蘆和移動式門型鋼梁進(jìn)行防腐處理和大修，更換卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩后，方可保證正常運(yùn)行。

4 結(jié)語

冊田水庫經(jīng)過除險(xiǎn)加固后，設(shè)計(jì)情況下的泄流量可通過正常溢洪道安全下泄，校核情況下的泄流量可通過非常溢洪道安全下泄，確保大壩的穩(wěn)定與安全，延長了水庫運(yùn)行期和使用壽命；使水庫得以繼續(xù)發(fā)揮作為山西水利骨干工程的作用，繼續(xù)發(fā)揮城市工業(yè)供水、灌溉及防洪效益；提高了水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)，消除了隱患，提高了水資源的利用率，解決北京地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的水資源緊缺、水環(huán)境污染和生態(tài)失衡問題，確保21世紀(jì)初期首都水資源可持續(xù)利用；對保證山西省出境水量起到重要作用；還可開發(fā)本地區(qū)的養(yǎng)殖和旅游資源，將對本地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到巨大的推動作用。