小浪底水利枢纽排沙洞工作闸门安全评价方法及结论

崔鑫 杨燕 张豫 廖昕宇

【摘要】为解小浪底水利枢纽金属结构运行现状及存在的安全隐患，小浪底水利枢纽于2012年度组织进行了小浪底水利枢纽排沙洞工作闸门的安全评价工作，文章主要讲述了检测和复核排沙洞工作闸门的方法，得出了可靠性的结论，对小浪底水利枢纽的安全稳定运行提供了依据。

【关键词】小浪底水利枢纽；安全评价；超声波探伤；闸门检测

1、工程概况

小浪底水利枢纽排沙洞共三孔，位于发电塔进水口的下部，底槛高程175.00m，每条排沙洞进口平面上分为六孔，而后会合成二孔，前设检修门槽，后设事故门槽，二孔事故门后又汇为单孔，直至出口。三孔排沙洞进口共设有检修门槽18套，检修闸门六扇，事故闸门及其门槽和启闭机各六扇（套、台）。出口闸室内各设一套偏心铰弧形工作闸门及其门槽、衬护和主、副液压启闭机等设备。

排沙洞出口处孔口尺寸4.5·4.5m，底槛高程153.15m，设计水头122.05m。工作门门型采用双主横梁直支臂偏心圆柱铰结构形式。弧门启闭采用转动式液压启闭机操作。

2.闸门检测方法

2.1 外观检查

现场检查时三孔闸门均处于关闭挡水状态，门后无水，经检查外观形态和锈蚀状况如下：

（1）闸门外观形态基本完好，门体无明显变形，各主要构件无损伤和局部明显变形。

（2）面板背水面涂层基本完好，局部有锈斑，属轻微锈蚀。

（3）主横梁、垂直隔板涂层基本完好，局部锈斑，属轻微锈蚀。边梁、顶梁、底梁和水平次梁整体涂层大部分完好。

（4）上下支臂、竖撑、斜撑及横向联结系表面涂层大部分完好，局部脱落，属一般锈蚀。支臂与主横梁连接处、支臂饺座铰链涂层分离有锈皮，闸门固定螺栓普遍锈蚀，属较重锈蚀。

（5）三孔闸门中除2#闸门底部右侧轻微漏水外，其余部位止水密封良好。

（6）边导板、底槛平整度较好，边导板表面涂层大部分完好，局部有锈斑，属轻微锈蚀；底槛表面涂层局部脱落，属一般锈蚀。

2.2 蚀余厚度检测

工程蓄水运行至今已经13年，锈蚀速率的计算年限为13年，抽样选取3#排沙洞工作闸门采用超声测厚仪对闸门面板背水面、主中梁、纵梁、边梁、支臂桁架等构件蚀余厚度进行检测，共获得有效检测数据250个。

由3#排沙洞工作闸门锈蚀量频数分布的统计图表可看出：

（1）闸门锈蚀量主要位于0.1mm～0.8mm，频数为77.5%，频数峰值位于0.5mm～0.6mm，其频数为24.6%。

（2）闸门主梁、纵梁、边梁、左支臂、右支臂总体平均锈蚀量分别为0.75mm、0.43mm、0.53mm、0.80mm、0.62mm，表明主梁和支臂锈蚀较严重，纵梁、边梁锈蚀相对较轻。

（3）工作闸门总体平均锈蚀量为0.65mm，标准差为0.39mm，平均锈蚀速率为0.050mm/a；各主要构件的平均锈蚀速率为0.033mm/a～0.062mm/a。

2.3 涂层厚度检测

抽样选取3#排沙洞工作闸門采用QuaNix7500型涂层测厚仪对闸门面板背水面、主梁、纵梁、边梁、支臂桁架等构件涂层厚度进行检测，共获得有效检测数据255个。

所测工作闸门面板、主梁、纵梁、边梁、顶梁、支臂桁架等构件涂层平均厚度在186μm～536μm间。根据金属结构设计要求，深孔弧门（面板迎水面除外） 涂层厚度为260μm，所测涂层厚度低于设计要求的部位约占总测点均值数的19.6%。根据规范要求，弧形工作闸门涂层厚度应不小于220μm，低于规范要求的测点均值数约占5.9%，零星出现在纵梁和支臂。

2.4 闸门焊缝超声波探伤

超声波探伤采用ONEND5100型探伤仪进行，距离-波幅曲线利用CSK-ⅢA试块实测。现场检测3#排沙洞工作闸门。根据闸门受力状况和焊缝类别，选定闸门面板、主梁为探伤构件。接受超声波探伤的焊缝为面板对接焊缝、主梁腹板对接焊缝、主梁腹板与面板T形连接焊缝等。所检闸门焊缝未见质量缺陷。

3、检测结论

（1）闸门外观形态基本完好，门体无明显变形，各主要构件无损伤和局部明显变形。

（2）面板背水面涂层基本完好，局部有锈斑，属轻微锈蚀；主横梁、垂直隔板涂层基本完好，局部有锈斑，属轻微锈蚀；边梁、顶梁、底梁和水平次梁整体涂层大部分完好。

（3）上下支臂、竖撑、斜撑及横向联结系表面涂层大部分完好，局部脱落，属一般锈蚀；支臂与主横梁连接处、支臂饺座铰链涂层分离有锈皮，闸门固定螺栓普遍锈蚀，属较重锈蚀。

（4）三孔闸门中除2#闸门底部右侧轻微漏水外，其余部位止水密封良好。边导板、底槛平整度较好，边导板表面涂层大部分完好，局部有锈斑，属轻微锈蚀；底槛表面涂层局部脱落，属一般锈蚀。

（5）3#排沙洞工作闸门锈蚀量主要位于0.1mm～0.8mm，频数为77.5%，频数峰值位于0.5mm～0.6mm，其频数为24.6%。工作闸门主梁、纵梁、边梁、左支臂、右支臂的总体平均锈蚀量分别为0.75mm、0.43mm、0.53mm、0.80mm、0.62mm，表明主梁和支臂锈蚀较严重，纵梁、边梁锈蚀相对较轻。工作闸门总体平均锈蚀量为0.65mm，标准差为0.39mm，平均锈蚀速率为0.050mm/a；各主要构件的平均锈蚀速率为0.033mm/a～0.062mm/a。

（6）3#排沙洞工作闸门面板、主梁、纵梁、边梁、顶梁、支臂桁架等构件涂层平均厚度在186μm～536μm之间。所测涂层厚度低于设计要求的部位约占总测点均值数的19.6%，分布较分散，主梁、左支臂出现较多，其他构件较少。

（7）对3#排沙洞工作闸门进行焊缝探伤，选定面板、主梁为探伤构件。接受超声波探伤的焊缝为面板对接焊缝、主梁腹板对接焊缝、主梁腹板与面板T形连接焊缝等。所检闸门焊缝未见质量缺陷。

（8）经复核计算，工作闸门构件强度和启闭力满足要求。

参考文献：

[1]段晓惠，汪术明. 水工钢闸门安全检测探讨. 水电自动化与大坝监测，2004

[2]郑圣义，郭建斌.水工钢闸门腐蚀状况评价方法及安全诊断技术.《水利水电技术》，2005