水庫閘門及啟閉機(jī)安全檢測與分析

苗康

摘 要：閘門作為水庫建筑的重要結(jié)構(gòu)組成，承載著重要的水位控制、水流攔截等功能，其本身與啟閉機(jī)的工作運(yùn)行狀態(tài)，直接影響著水庫正常的使用功能和使用安全。水庫經(jīng)過長時間的使用后，各部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件逐漸老化，需根據(jù)相關(guān)規(guī)定對其進(jìn)行全面、詳細(xì)的安全檢測，及時發(fā)現(xiàn)水庫運(yùn)行安全隱患，并根據(jù)隱患類型、成因提出相應(yīng)的解決措施，以保障水庫的正常運(yùn)行。筆者從水庫閘門及啟閉機(jī)入手，結(jié)合水庫安全檢測實(shí)例，就其檢測內(nèi)容、檢測方法以及檢測評價，發(fā)表幾點(diǎn)看法，以供相關(guān)單位參考。

關(guān)鍵詞：水庫；閘門；啟閉機(jī)；安全檢測；分析

水庫是一種常見的水利工程建筑，主要用于調(diào)節(jié)水流和攔洪蓄水，同時在農(nóng)業(yè)、電力、漁業(yè)等領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用。水庫閘門是水庫重要的功能結(jié)構(gòu)，直接影響著水庫的使用功能和使用安全。我國部分水庫自建成后一直處于運(yùn)行狀態(tài)，隨著時間的推移，工程設(shè)施逐漸老化，相同增加了水庫的運(yùn)行風(fēng)險。因此，針對水庫工程設(shè)施，尤其是水庫閘門和啟閉機(jī)進(jìn)行全面、細(xì)致的安全檢測和分析，及時發(fā)現(xiàn)水庫運(yùn)行存在的安全隱患，并制定相應(yīng)的設(shè)備更新及工程加固措施，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、安全檢測項(xiàng)目及具體內(nèi)容概述

水庫閘門及啟閉機(jī)安全檢測是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜的工作，其具體的檢測項(xiàng)目和內(nèi)容，需在相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合水庫實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)及存在的問題，同時聯(lián)合相關(guān)專業(yè)機(jī)構(gòu)共同確定。

（一）外觀檢測項(xiàng)目分析

水庫閘門外觀檢查主要通過目測完成，適當(dāng)使用標(biāo)尺、放大器等科學(xué)測量儀器。水庫閘門外觀檢查重點(diǎn)主要在于以下幾點(diǎn)內(nèi)容：1）閘門及相關(guān)制成結(jié)構(gòu)的外部形態(tài)完整性觀察；2）閘門相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷情況檢查，具體包括老化、形變、裂縫等。

（二）腐蝕檢測項(xiàng)目分析

閘門腐蝕項(xiàng)目主要包括閘門蝕余厚度及防腐涂層厚度的檢測，分別使用超聲波厚度檢測設(shè)備、涂層厚度檢測設(shè)備以及深度游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量。

a）腐蝕部位及其分布狀況，蝕坑（或蝕孔）的深度、大小、發(fā)生部位密度。

b）嚴(yán)重腐蝕面積占閘門和啟閉機(jī)構(gòu)件表面積的百分比。

c）腐蝕構(gòu)件的蝕余截面尺寸。

腐蝕程度評定標(biāo)準(zhǔn)分為4個等級：

A級，輕微腐蝕。

B級，一般腐蝕。

C級，較重腐蝕。

D級，嚴(yán)重腐蝕。

（三）材質(zhì)質(zhì)量檢測項(xiàng)目分析

材料質(zhì)量檢測需在閘門結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力區(qū)域外的部分進(jìn)行取樣分析，通過相應(yīng)的硬度檢測和化學(xué)分析，對材料的強(qiáng)度等級以及牌號進(jìn)行確定。

（四）無損探傷檢測項(xiàng)目分析

無損探傷檢測主要針對閘門結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要受力焊縫進(jìn)行，即一、二類焊縫，以確定焊縫的質(zhì)量狀態(tài)。

1）首先檢查焊縫有無裂紋，發(fā)現(xiàn)裂紋時，應(yīng)根據(jù)具體情況在裂紋的延伸方向增加探傷長度，直至焊縫全長。

2）根據(jù)《水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全檢測技術(shù)規(guī)程》SL101-2014規(guī)定焊縫內(nèi)部缺陷探傷長度占焊縫全長的百分比應(yīng)按下列原則確定：一類焊縫，超聲波探傷應(yīng)不少于20%；二類焊縫，超聲波探傷應(yīng)不少于10%。

（五）啟閉力及啟閉機(jī)設(shè)備性能項(xiàng)目檢測分析

啟閉機(jī)設(shè)備性能的檢測主要分為兩個階段進(jìn)行，第一階段通過設(shè)備外觀檢查和專業(yè)的運(yùn)行狀態(tài)測試，對設(shè)備內(nèi)部電器元件、相關(guān)機(jī)構(gòu)以及設(shè)備整體的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測；第二階段，使用電阻應(yīng)變動態(tài)檢測的方式，檢測啟閉力的達(dá)標(biāo)情況。

二、檢測實(shí)例及安全檢測方法分析

（一）水庫閘門安全檢測方法分析

1.閘門外觀檢測分析

針對水庫的工作閘門進(jìn)行外觀安全檢測后，主要發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)問題：

1）八扇工作閘門對應(yīng)的主梁翼板、腹板，均發(fā)生了銹蝕問題，原銹蝕坑較為明顯；

2）八扇閘門的焊縫均存在不同程度的任意施焊問題；

3）面板與主梁翼緣板的焊縫局部存在較嚴(yán)重的未焊透問題現(xiàn)象；

4）所有閘門的側(cè)輪均存在表面銹蝕的問題；

5）閘門的止水封膠老化問題嚴(yán)重，部門底止水封出現(xiàn)嚴(yán)重形變問題；

6）主梁與閘門支臂相連的螺栓發(fā)生偏短問題。

2.閘門腐蝕狀況檢測分析

如水庫閘門存在腐蝕問題，其腐蝕構(gòu)件的橫截面積減小，則必然導(dǎo)致截面應(yīng)力增大，進(jìn)而造成結(jié)構(gòu)整體剛度和強(qiáng)度下降等問題，影響閘門的正常使用。使用超聲波檢測儀器對閘門進(jìn)行檢測后，主要發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)問題：

1）局部腐蝕。水庫八扇工作閘門所遭受的局部腐蝕問題較為相似，蝕坑主要分布在主梁腹板表面、面板以及閘門支臂等位置，其中支臂腹板腐蝕問題最為嚴(yán)重；

2）閘門圖層厚度檢測。通過專業(yè)儀器的厚度檢測可以得出，閘門蝕坑的平均深度約為0.22～0.39mm，最大深度可達(dá)1.0mm，支臂腹板上的腐蝕相對嚴(yán)重，其蝕坑最大深度可達(dá)4.50mm。

3.閘門材質(zhì)檢測分析

通過取樣試驗(yàn)分析可得，閘門所用材料標(biāo)準(zhǔn)符合施工設(shè)計(jì)要求。

4.超聲探傷檢測結(jié)果分析

針對水庫閘門所有受力焊縫進(jìn)行超聲探傷檢測后發(fā)現(xiàn)，其一類焊縫均局部存在未焊透問題現(xiàn)象，二類焊縫不合格現(xiàn)象普遍，根據(jù)現(xiàn)有的焊接標(biāo)準(zhǔn)分析，其不達(dá)標(biāo)率較高。

5.結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測分析

通常情況下，水庫結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測使用電測法完成，借助受力構(gòu)件上粘貼的電阻應(yīng)變片，實(shí)現(xiàn)力學(xué)量與電阻量的相互轉(zhuǎn)換，并通過相應(yīng)的動態(tài)采集系統(tǒng)或靜態(tài)采集系統(tǒng)獲得應(yīng)變數(shù)據(jù)，最終在相關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上完成對結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布、大小以及危險載面的判斷。實(shí)際應(yīng)用過程中，檢測狀態(tài)應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)狀態(tài)保持一致。如實(shí)際操作具有難度，應(yīng)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行分級檢測，在使用回歸分析法，建立應(yīng)力與荷載間的實(shí)際關(guān)系，最后對設(shè)計(jì)狀態(tài)對應(yīng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行推算。結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測主要應(yīng)用于閘門應(yīng)用過程中存在劇烈振動的情況，一般情況可以跳過這一環(huán)節(jié)。

（二）啟閉機(jī)安全檢測方法分析

1.閘門啟閉力考核

閘門啟閉力考核相關(guān)內(nèi)容主要使用動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)完成，即借助電阻應(yīng)變片或拉壓傳感對閘門啟閉力實(shí)際值進(jìn)行檢測。檢測狀態(tài)應(yīng)盡量保持與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致，如實(shí)際操作具有難度，應(yīng)結(jié)合相關(guān)實(shí)測數(shù)據(jù)對設(shè)計(jì)水位狀態(tài)下閘門的啟閉力進(jìn)行推算，同時求取閘門啟閉的安全系數(shù)，最終對閘門啟閉的安全程度進(jìn)行判斷。

2.啟閉機(jī)考核分析

啟閉機(jī)考核內(nèi)容相對較多，主要包括動載考核、靜載考核以及電氣設(shè)備檢測三項(xiàng)內(nèi)容。動載考核的檢測內(nèi)容，主要是啟閉機(jī)設(shè)備各安全裝置及機(jī)構(gòu)的實(shí)際性能；靜載考核的檢測內(nèi)容，主要是啟閉機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)的承載能力；電氣設(shè)備檢測主要是針對啟閉機(jī)運(yùn)行過程中各項(xiàng)電氣參數(shù)的檢測。正式檢測操作前，應(yīng)對啟閉機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的檢查和維護(hù)，以確保設(shè)備可以正常的啟動和運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、安全評價分析

綜合以上安全檢測結(jié)構(gòu)，本文中涉及的水庫由于運(yùn)行時間過長，其老化問題較為嚴(yán)重，各部分設(shè)施均存在不同程度的安全性問題，必須進(jìn)行全面的設(shè)備更新和結(jié)構(gòu)加固改造。

根據(jù)安全檢測結(jié)果顯示，水庫閘門銹蝕問題較為普遍，水封橡膠老化問題嚴(yán)重，且閘門受力焊縫普遍存在較嚴(yán)重的質(zhì)量問題。因此需對水庫所有的工作閘門進(jìn)行全面的加固返修，同時對所有的水封橡膠進(jìn)行更換，以消除因設(shè)施老化造成的安全隱患，提高閘門設(shè)施使用性能以及水庫運(yùn)行安全性。

此外，閘門啟閉機(jī)安全檢測結(jié)果顯示，其設(shè)備老化問題嚴(yán)重，具體表現(xiàn)為啟閉力失衡、高度指示顯示偏差以及鋼絲繩老化等問題，故而需對啟閉機(jī)相關(guān)設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行報廢更新。

四、結(jié)語

綜上所述，水庫閘門作為水庫建筑的主要功能結(jié)構(gòu)，其工作狀態(tài)和安全性能直接影響著水庫的安全運(yùn)行狀態(tài)。我國部分水庫建設(shè)時間較早，經(jīng)過多年的運(yùn)行使用，各工程設(shè)施老化問題較為嚴(yán)重。因此，水庫管理部門應(yīng)聯(lián)合相應(yīng)的專業(yè)機(jī)構(gòu)對水庫進(jìn)行全面、細(xì)致的安全檢測，并通過相應(yīng)的加固改造措施，提高水庫運(yùn)行性能和安全性，從而延長水庫使用壽命，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和綜合效益。

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