某节制闸闸门启闭系统损坏原因分析

孔楠楠 杨 智

一、概述

某节制闸为开敞式结构，设计为8孔，每孔净宽4m，闸室段顺水流长12m，垂直水流方向长40.4m，闸墩厚1m。该闸于2006年1月完成维修加固，随后管理部门发现在关闭闸门的过程中，启闭机台梁抖动严重并发出异常响声，启闭机和机台抖动剧烈，启闭机螺杆弯曲、变形严重，大部分启闭机底脚螺栓被顶起，5#、6#孔大梁被顶起，基座和机台混凝土隆起，机房内混凝土地坪裂缝纵横交错，闸门不能关闭到底。

由于资金空缺和管理不当等各方面的问题，该闸一直带病运行至今。为了解该闸启闭系统的损坏情况，现对其结构现状进行检测，在检测结果的基础上进行复核计算，并对损坏原因进行分析。

二、现场检测成果

经现场勘察，该节制闸主要问题出现在闸门启闭系统，其他部分如交通桥、闸墩、护坡、翼墙等结构均基本保持完好。因此，检测工作只针对闸门启闭系统展开。

1.金属结构机电设备部分

经现场外观普查分析，该闸门启闭系统的金属结构和机电设备部分损毁的主要表现形式有以下几种：

（1）大部分启闭机地脚螺栓被顶起，机组倾斜，其中以 3#、6#、8#倾斜最为严重。

（2）二次导向装置固定螺栓被拉开，螺杆弯曲变形严重，用经纬仪量测螺杆外径母线直线度公差最大偏差值达 60mm/m（ 5#启闭机）。

（3）运行时启闭机和机台有抖动现象。

（4）闸门门体无明显变形、构件折断和损伤现象。

（5）闸门埋件、滑块有不同程度的锈蚀和变形。

（6）由于闸门采用楔形门槽、闸门提取过程中，门体有整体倾斜现象。

2.启闭机房混凝土结构

由于闸门启闭系统在运行过程中产生的剧烈震动，启闭机房混凝土结构破坏严重。具体表现在如下几个方面：

（1）部分启闭机梁两端预埋的锚固在排架柱上的螺丝已经松动，梁下方与排架柱的搭接处已出现架空，以左侧第3根、第7根和第8根排架柱上方最为明显。

（2）启闭机房底板开裂现象严重，且多数为贯穿裂缝，该底板中部沿垂直水流方向有向上凸起现象，裂缝宽度多为上宽下窄，通过裂缝宽度测定仪量测，最大裂缝开展宽度达4.5mm（第3孔上方），且裂缝两侧已出现错台现象。

三、复核计算分析

该闸设置8孔平板钢闸门，闸底板高程为 22.20m；闸门尺寸宽4.48m，高5.20m；配置螺杆式启闭机，启闭能力为：8台×25t， 图1为启闭机梁、板结构设计图。

由检测结果知，闸门启闭系统的损毁主要是由关闭过程中的剧烈振动导致的，现选取闸门启闭系统进行复核计算分析，拟主要分析闸门的闭门力（以中跨为例）。

闭门力Fw计算采用公式：

Fw=nT（Tzd+Tzs）-nGG+Pt

上式中：

nT——摩擦阻力安全系数；

Tzd——滚轮摩阻力（kN），滑动轴承的滚轮摩阻力计算采用公式（ f1r+f） ；

Tzs——止水摩阻力（kN），Tzs=f2Pzs；

nG——计算闭门力用的闸门自重修正系数，采用0.9；

G——闸门自重（kN）；

Pt——上托力，包括底缘上托力及止水上托力（kN）。

表1 启闭机、梁受力分析表

在上右侧水位为28.75m、下右侧无水工况时，经计算，闸门所需闭门力为78.7kN，显然，该闭门力是启闭机所施加的。选择启闭机、梁为研究对象进行分析，如表1所示。

由表1可知，在此工况下，启闭机、梁和板的自重不足以抵消关闭闸门时的通过螺杆对启闭机施加的反力。因此，关闭闸门过程中，当启闭机梁两端没有和排架柱的锚固措施失效后，启闭机梁极有可能被顶起，进而会直接导致梁在排架柱上方悬空和启闭机房底板开裂。

另外，闸门埋件、滑块的锈蚀变形和闸门在关闭过程中的倾斜必然导致其摩擦阻力产生异常，也会在很大程度上影响闸门的正常关闭。

四、结论和建议

综上所述，该节制闸由于启闭系统在运行过程中产生的振动，导致启闭机房、梁损坏严重，急需维修加固，现提出如下建议：

（1）由于启闭机房、梁损坏严重，已无加固维修价值，建议对启闭机房及启闭机梁拆除重建。

（2）启闭机台及螺杆变形严重，建议对启闭机及螺杆进行更换，必要时可采用卷扬式启闭机，避免启闭系统类似损坏现象的出现。

（3）门槽埋件锈蚀及其严重变形增大了闸门关闭时的闭门力，情况严重时极易导致启闭机梁的失稳，建议采用平面闸门及与之相配套的门槽