崔立軍

（唐山市陡河水庫事務(wù)中心，河北 唐山 063021）

陡河水庫于1955年開始興建，1956年建成并投入運用，工程建設(shè)經(jīng)歷了續(xù)建、震后修復(fù)和除險加固等階段。水庫現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要有：溢洪道升臥式平面定輪工作閘門2扇及其固定卷揚式啟閉機2臺；輸水洞平面檢修閘門2扇及其固定卷揚式啟閉機2 臺，平面工作閘門2 扇及其固定卷揚式啟閉機2臺。目前，輸水洞工作閘門已經(jīng)運行超過60 a，溢洪道閘門也已運行近50 a。經(jīng)過幾十年運行以后，由于受銹蝕和磨損等因素影響，不可避免地造成輸水洞工作閘門和溢洪道閘門安全系數(shù)的降低。

1 安全評價依據(jù)

陡河水庫金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備安全分析評價全部按新的調(diào)洪標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)行規(guī)范進行：按1 000 a 一遇洪水進行設(shè)計，10 000 a 一遇洪水位進行校核；按《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》（SL74-2013）、《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011）和《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標(biāo)準(zhǔn)》（SL226-98）執(zhí)行。

陡河水庫金屬結(jié)構(gòu)分析計算是按照原圖紙并結(jié)合河南華水工程質(zhì)量檢測有限公司編制的《陡河水庫大壩安全鑒定現(xiàn)場檢測報告》中閘門的銹蝕情況進行的，銹蝕厚度分析該部件的最大銹蝕量和平均銹蝕量。

2 安全鑒定復(fù)核計算方法

2.1 水壓力計算

水壓力計算公式為：

式中：r為水的容重（kN/m3）；p為閘門中心所受水壓力強度（kN/m2）；h為閘門所受荷載高度（m）。

2.2 面板折算應(yīng)力驗算

面板折算應(yīng)力驗算公式為：

式中：σMY為垂直于主梁軸線面板支承長邊中點的局部彎曲應(yīng)力（N/mm2）；σmx為面板沿主梁軸線的局部彎曲應(yīng)力（N/mm2）；σox為對應(yīng)于面板驗算點的主梁上翼緣的整體彎曲應(yīng)力（N/mm2）；α為彈塑性調(diào)整系數(shù)。

2.3 主梁應(yīng)力驗算

主梁應(yīng)力驗算公式為：

式中：M為所驗算截面的彎矩（N·mm）；wj為凈截面的抵抗矩（mm3）；其余變量含義同上。

2.4 主梁剛度驗算

主梁剛度應(yīng)力驗算公式為：

式中：q為梁的均布荷載（kN/m）；l0為梁的計算跨度（m）；E為彈性模量（kN/m2）；I為等截面梁的截面慣性矩（m4）；[F]為梁的容許撓度（mm）。

2.5 小橫梁應(yīng)力驗算

小橫梁應(yīng)力驗算公式為：

式中：M為連續(xù)梁的最大彎矩（N·mm）；W為截面的抵抗矩（mm3）；其余變量含義同上。

2.6 啟門力計算

啟門力計算公式為：

式中：nT為摩擦阻力安全系數(shù)；Tzd為支承摩阻力（kN）；Tzs為止水摩阻力（kN）；Px為下吸力（kN）；nG為計算啟門力用的閘門自重修正系數(shù)；G為閘門自重（kN）；Gj為加重塊重量（kN）；Ws為作用在閘門上的水柱重量（kN）。

3 溢洪道安全評價分析

溢洪道位于輸水洞左側(cè)，于1971年建成，設(shè)有2扇工作閘門，為升臥式定輪鋼閘門。工作閘門孔口尺寸（寬×高）12 m×7 m，底檻高程34.0 m，最大設(shè)計擋水頭6.37 m，設(shè)計水位40.37 m。閘門采用平面焊接鋼閘門，主次梁結(jié)構(gòu)采用雙主橫梁同層布置，為雙吊點，面板支承在小橫梁、縱梁、邊梁與主橫梁組成的梁格上，面板與梁格直接焊縫。主橫梁為焊接工字形截面組合梁，縱梁為焊接T字形截面組合梁，小橫梁為槽鋼。根據(jù)原設(shè)計圖紙，溢洪道工作閘門主要構(gòu)件材料為16 Mn 鋼，相當(dāng)于現(xiàn)在的Q345 鋼。閘門支承型式采用4套懸臂滾輪，主軸材質(zhì)為45鋼，主輪采用ZG45，止水型式采用前止水。啟閉機選用2臺2×250 kN 手電兩用固定卷揚式啟閉機，啟閉力500 kN，運用方式為動水啟閉。

溢洪道自1971年建成以來，只有1977年最高水位達到34.03 m，僅僅超過堰頂高程0.03 m，所以溢洪道閘門和啟閉機實際沒有正式運用過。1985 年，只是對閘門進行了噴沙除銹和涂氯化橡膠漆防腐處理；1995 年，只是更換了溢洪道工作閘門電氣開關(guān)柜至啟閉機的電纜；2007 年上半年，更新了溢洪道配電柜及啟閉機控制柜。

3.1 現(xiàn)場安全檢測

根據(jù)對陡河水庫金屬結(jié)構(gòu)進行的現(xiàn)場檢測，發(fā)現(xiàn)溢洪道工作閘門和固定卷揚式啟閉機存在下列問題：①溢洪道工作閘門主次梁等主要構(gòu)件局部銹蝕，連接螺栓銹蝕；②閘門整體焊縫質(zhì)量較差，多個部位存在焊縫缺陷和焊接變形；③止水橡皮老化、龜裂；④主輪銹蝕；⑤啟閉機動滑輪罩銹蝕、開裂、變形；⑥埋件局部銹蝕。

3.2 計算分析

3.2.1 基本參數(shù)

孔口尺寸（寬×高）為12.0 m×7 m，設(shè)計水頭6.37 m。閘門采用平面焊接鋼閘門，主材為Q345，運行條件為動水啟閉；啟閉設(shè)備選用2×250 kN 手電兩用固定卷揚式啟閉機。

根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測，面板厚度8.92 mm，主梁腹板厚度10.4 mm、下翼緣厚度18.3 mm，邊梁腹板厚度10.5 mm、翼緣厚度19 mm，吊耳板厚度16 mm。

根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》（SL74-2013）中相關(guān)規(guī)定，對于大中型工程的工作閘門和重要事故閘門來說，其容許應(yīng)力應(yīng)乘以0.90～0.95 的調(diào)整系數(shù)，本工程設(shè)備使用年限均超過大型水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)折舊年限30 a，根據(jù)《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標(biāo)準(zhǔn)》（SL226-1998）3.2強度條件的規(guī)定，閘門進行強度驗算時材料的容許應(yīng)力應(yīng)按使用年限進行修正，達到和超過折舊年限取0.9的使用年限修正系數(shù)。根據(jù)上述要求，閘門材料的容許應(yīng)力修正系數(shù)為k=0.95×0.90=0.855。

閘門結(jié)構(gòu)復(fù)核計算成果，詳見表1。

表1 閘門結(jié)構(gòu)復(fù)核計算成果

依據(jù)復(fù)核計算結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)溢洪道閘門的面板、主梁、邊梁、小橫梁、支承滾輪的強度、剛度滿足規(guī)范要求，均小于規(guī)范允許值，但9 支承輪輪軸、輪軸浮動板、吊耳板等零部件強度不滿足規(guī)范要求。

3.2.3 啟閉機容量復(fù)核計算

經(jīng)計算，在設(shè)計條件下最大啟門力為491 kN，閉門力為-81.9 kN，閘門依靠自重能夠關(guān)閉。啟閉機容量滿足設(shè)計要求。

4 輸水洞安全評價

輸水洞位于攔河壩左壩頭鳳山山坡，入口為2 個長方形的進水洞口，洞口尺寸為1.75 m×3 m（寬×高），配置2 扇平面定輪鋼工作閘門，工作閘門前均配備了檢修閘門。

輸水洞于1956 年建成并投入運行。建庫以來，僅僅對輸水洞工作閘門、啟閉機進行了如下改造：1989年提高保壩標(biāo)準(zhǔn)后，更換了啟閉機，加固了進水塔，并在頂部新建了啟閉機房；對閘門進行了如下維護：1985年，對閘門進行了噴沙除銹和涂氯化橡膠漆防腐處理；1992年，更換底封水，并換頂、側(cè)封水為橡膠封水；2002年，再次對閘門進行噴沙除銹和涂料防腐處理。

輸水洞工作閘門為潛孔式平面定輪鋼閘門，閘門主材選用A3F 鋼材（相當(dāng)于現(xiàn)在的鋼Q235），孔口尺寸（寬×高）為1.75 m×3.0 m，門葉結(jié)構(gòu)全部用鉚釘連接，為木封水。啟閉設(shè)備于1989年更換為400 kN固定卷揚式啟閉機。

輸水洞檢修閘門1960 年由原來的混凝土閘門改建為潛孔式平面滑動鋼閘門，孔口尺寸（寬×高）為1.8 m×3.5 m，啟閉設(shè)備于1989 年更換為250 kN固定卷揚式啟閉機。2002 年，對閘門進行噴砂除銹和涂料防腐處理。

“等等，你們在拿走金銀之前，也要問問我的泥刀！”大胡子工匠立在桌旁，右手捏著泥刀，雙腳扎起了弓步，他的三個兄弟也抽出泥刀跟在他身后，長安匠作門，泥水刀法，渾水摸魚，砍頭如砍磚，殺人如起樓，筑屋蓋房用得著，爭場打架也用得著的。做房子的時候用泥刀兢兢業(yè)業(yè)，打架的時候用泥刀，那是威風(fēng)凜凜。

4.1 現(xiàn)場安全檢測結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)輸水洞檢修閘門、工作閘門及固定卷揚式啟閉機存在下列問題：①根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》（SL74-2013）3.2.2 的規(guī)定，泄水孔工作閘門的上游應(yīng)設(shè)置事故閘門，工作閘門前檢修閘門現(xiàn)狀為靜水啟閉的平面滑動鋼閘門，不滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求；②工作閘門面板、主次梁等主要構(gòu)件存在麻面、局部銹蝕；③工作閘門個別鉚釘頭銹蝕，個別連接鉚釘有銹損；④工作閘門主輪可靈活轉(zhuǎn)動，但滾輪表面有銹跡、銹皮脫落。

4.2 計算分析

4.2.1 檢修閘門

（1）基本參數(shù)?？卓诔叽纾▽挕粮撸?.8 m×3.5 m，門型為潛孔式平面滑動鋼閘門，主材為Q235，底坎高程22.545 m，設(shè)計水頭11.455 m，閘門操作運行方式為靜水啟閉，啟閉機為250 kN固定卷揚式啟閉機。

根據(jù)現(xiàn)場檢測，面板厚度10.57 mm，主梁腹板厚度10.6 mm、翼緣厚度13.8 mm，邊梁腹板厚度13.6 mm、翼緣厚度10.7 mm，吊耳板厚度27 mm。

本工程設(shè)備使用年限均超過大型水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)折舊年限30 a，根據(jù)《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標(biāo)準(zhǔn)》（SL226-98）3.2強度條件的規(guī)定，閘門進行強度驗算時材料的容許應(yīng)力應(yīng)按使用年限進行修正，達到和超過折舊年限時取0.9的使用年限修正系數(shù)。

（2）閘門結(jié)構(gòu)復(fù)核計算成果，詳見表2。復(fù)核計算結(jié)果表明，閘門面板厚度、主梁跨中最大彎應(yīng)力、主梁撓度均小于規(guī)范允許值。

表2 閘門結(jié)構(gòu)復(fù)核計算成果

（3）啟閉機容量復(fù)核計算。經(jīng)計算，在設(shè)計條件下最大啟門力為121 kN，閘門為靜水關(guān)閉。啟閉機容量為250 kN，滿足設(shè)計要求。

4.2.2 工作閘門

（1）基本參數(shù)。輸水洞工作閘門為潛孔式平面定輪鋼閘門，由上、下兩節(jié)組成，上、下節(jié)閘門之間采用膠木止水，孔口尺寸（寬×高）為1.75 m×3 m，主材為Q235，底坎高程22.545 m，設(shè)計水頭17.825 m。閘門門葉為鉚接結(jié)構(gòu)，梁格布置形式為同層布置。面板支承點主要集中在主橫梁、縱梁和邊梁組成的梁格上，主橫梁、縱梁和邊梁均為角鋼鉚接而成的工字形截面組合梁。閘門的整體主要由8 個主輪支承。啟閉機為400 kN 卷揚式啟閉機。閘門操作運行方式為動水啟閉。

根據(jù)陡河水庫大壩安全鑒定現(xiàn)場檢測，面板厚度13.4 mm，主梁腹板厚度13.4 mm、翼緣厚度13.4 mm，邊梁腹板厚度13.5 mm、翼緣厚度13.7 mm。

根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》（SL74-2013）中的相關(guān)規(guī)定，對于大中型工程的工作閘門和重要事故閘門來說，其容許應(yīng)力應(yīng)乘以0.90～0.95的調(diào)整系數(shù)。本工程設(shè)備使用年限均已超過大型水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)折舊年限30 a。根據(jù)《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標(biāo)準(zhǔn)》（SL226-1998）3.2強度條件的規(guī)定，閘門進行強度計算時材料的容許應(yīng)力應(yīng)按使用年限進行修正，達到和超過折舊年限時取0.9的使用年限修正系數(shù)。根據(jù)上述要求計算，閘門材料的容許應(yīng)力修正系數(shù)為k=0.95×0.90=0.855。

（2）閘門結(jié)構(gòu)復(fù)核計算成果，詳見表3。復(fù)核計算結(jié)果表明，閘門面板、主梁等應(yīng)力滿足規(guī)范允許應(yīng)力。

表3 閘門結(jié)構(gòu)復(fù)核計算成果

（3）啟閉機容量復(fù)核計算。經(jīng)計算，在設(shè)計條件下最大啟門力為314 kN，閉門力為-27 kN，閘門依靠自重能夠關(guān)閉。啟閉機容量滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)論及建議

5.1 溢洪道

溢洪道工作閘門外觀整體狀況基本尚好，閘門的面板、主梁、邊梁、小橫梁、支承滾輪的強度、剛度滿足規(guī)范要求，但主次梁等主要構(gòu)件、主輪、閘門連接螺栓、埋件均存在銹蝕現(xiàn)象；止水橡皮存在老化現(xiàn)象；支承輪輪軸、輪軸浮動板、吊耳板等零部件強度不滿足規(guī)范要求，且閘門已經(jīng)運行近50 a，超過折舊年限。建議對閘門盡快加固或改造，對閘門的輪軸浮動板、吊耳進行補強，并更新支承輪輪軸。對溢洪道金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備存在的缺陷及損壞部件進行維修更換，并及時進行閘門防腐維護處理。

雖然啟閉設(shè)備外觀尚可，但設(shè)備也已經(jīng)運行近50 a，超過折舊年限，一些零部件或成品目前已老舊、淘汰，建議更換啟閉設(shè)備安全保護裝置，平時加強運行管理，及時發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

5.2 輸水洞

輸水洞工作閘門、檢修閘門及啟閉設(shè)備外觀整體狀況基本尚好，零部件（含止水裝置零部件）齊全，連接牢靠，閘門容許應(yīng)力和剛度均滿足規(guī)范要求，啟閉機容量也滿足要求。但鑒于閘門已經(jīng)運行超過60 a，啟閉設(shè)備也已運行超過30 a，超過或接近折舊年限，并且檢修閘門為靜水啟閉的平面滑動鋼閘門，不滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求，同時工作閘門面板、主次梁等主要構(gòu)件存在麻面、局部銹蝕、閘門連接鉚釘銹損現(xiàn)象，啟閉設(shè)備一些零部件或成品目前已淘汰。建議盡快加固或改造。輸水洞金屬結(jié)構(gòu)更新改造前，及時進行閘門防腐維護處理，并加強設(shè)備的運行管理，制定閘門啟閉應(yīng)急預(yù)案，保證設(shè)備安全運行。