葛洲坝电厂二江泄水闸弧形闸门病害分析及预防对策

魏晓翔(中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443002)

葛洲坝水利枢纽工程是我国万里长江上建设的第一个大坝，是长江三峡水利枢纽的重要组成部分。该工程是世界上最大的低水头大流量、径流式水电站，是我国水电建设史上的里程碑。葛洲坝水利枢纽工程于1970-12-30日破土动工。1974年10月主体工程正式施工。第一期工程于1981年完工，实现了大江截流、蓄水、通航和二江电站第一台机组发电，第二期工程1982年开始，1988年底整个葛洲坝水利枢纽工程建成。

葛洲坝水利枢纽工程坝轴线全长2 606.5 m，最大坝高53.8 m，水库库容约为7.41亿m3。枢纽设计洪水流量为86 000 m3/s，校核洪水最大流量为110 000 m3/s，27孔二江泄水闸是主要的泄洪建筑物，该闸要求调节库水位以确保发电、通航、调整河势、排除泥沙等。泄洪弧门闸室底板高程为37.00 m，泄水时为淹没出流，水跃跃头进入闸室，接近闸门底缘，而下游地基为粉砂岩，抗冲能力低，故要求闸门必须局部开启控制流量及水跃跃头位置，使水流不致对下游防冲设施造成危害。二江泄水闸孔口尺寸12 m×24 m，设计水头29 m，选用上部平板闸门下部弧形闸门的双扉门方案，下扉弧形闸门用于常年洪水局部开启控制流量，上扉门为平板定轮门。

葛洲坝水利枢纽主要的泄洪建筑物27扇泄洪弧形闸门自1981年全部完建以来，在长期局部开启下已安全运行接近40年，表明闸门的性能状态达到设计运行要求，但经过长时间运行之后，闸门的许多病害经过累积也越来越明显的影响闸门的耐久性及安全性，本文以第26扇闸门为例综述了泄洪弧形闸门目前几类典型病害的呈现状态、分布规律及发展程度，从锈蚀、气蚀、机械刮擦，高速水流冲刷等几个方面，分析了导致闸门病害的产生原因。以期为病害的治理提供参考。

1 蚀坑病害

1.1 蚀坑病害抽样统计结果

二江泄洪闸26号弧形闸门各构件的翼缘与腹板上分布大量蚀坑，尤其以下支臂翼缘与纵梁腹板分布最严重，如图1、图2所示。以一个面积30 cm×30 cm的测量方格为例，纵梁腹板在测试方格内，锈蚀坑数量约为242个，最大锈蚀坑深约1.7 mm；下支臂翼缘在测试方格内，锈蚀坑数量约为216个，最大锈蚀坑深约1.5 mm，部分测量数据见表1。闸门纵梁与下支臂锈蚀测量数据统计分析见表2。

图1 纵梁腹板表面蚀坑图

图2 下支臂翼缘表面蚀坑图

表1 闸门纵梁与下支臂部分锈蚀测量数据表 mm

表2 闸门纵梁与下支臂锈坑测量数据分析表

1.2 蚀坑病害分布特征

通过闸门外观检测，闸门蚀坑病害分布特征如下：

1)蚀坑病害主要分布在闸门水迹线以下，也即在离上主梁1.3 m的闸门下部区域；蚀坑呈蜂窝状，分布密集；

2)纵梁腹板蚀坑分布密度最大、坑最深，其次依次为下支臂翼缘、边梁腹板、下主梁翼缘；

3)纵梁腹板比纵梁翼缘严重，边梁腹板比边梁翼缘严重，主横梁翼缘比主横梁腹板严重，支臂翼缘比支臂腹板严重；

4)闸门水迹线以上各构件蚀坑病害轻微；

5)腐蚀表面生物粘附不明显。

1.3 蚀坑病害产生原因分析及防治方法

蚀坑病害主要分布在闸门水迹线以下，水迹线以上没有，证明闸门材料在耐蚀性方面没有化学缺陷；支臂翼缘蚀坑分布密度与坑深比腹板严重证明闸门局部积水潮湿非蚀坑产生重要原因，同时生物腐蚀的迹象也不明显；闸门纵梁、边梁构件的腹板蚀坑分布密度与坑深比翼缘严重得多，支臂、主横梁构件的翼缘蚀坑分布密度与坑深比腹板严重得多，这两个现象显示蚀坑分布有明显的方向性；因此含沙高速水流冲涮与单纯的材料锈蚀应该不是蚀坑产生的主要原因，主要原因应该是气蚀先损坏防腐涂层然后气蚀与锈蚀的综合作用导致蚀坑病害的产生与扩展。

既然蚀坑病害是由多因数引起，蚀坑病害的防治方法要综合治理：一方面寻找最优的闸门开度及闸门组合开启次序，从而获得最好的闸门出流流态；另一方面及时补充闸门损坏涂层防止潮湿空气的直接侵蚀，用这两种方法共同防治闸门蚀坑病害的进一步扩展速度。

2 面板受刮擦病害

2.1 刮擦病害检测结果

葛洲坝二江泄洪弧门迎水面病害见图3，病害面积约占全部面积的60%，病害深度见超声测厚数据表3，病害横向分布特征为交替出现，纵向分布特征是有明显的走向性。病害最大深度2.2 mm。最大平均深度1.74 mm。

图3 弧门上游面锈蚀区分布特征图

2.2 刮擦病害产生原因与防止措施

葛洲坝二江泄洪闸选用上部平板门下部弧形门的双扉门方案，下扉弧形闸门用于常年洪水局部开启控制流量，上扉门为平板定轮门。

由于弧形闸门顶部靠近平板闸门的底槛，当弧形闸门开启时，平板闸门下部的防射水封刮擦弧形闸门面板迎水面因而导致刮擦病害。

防射水封要防止高压水流射水，必须用强度很高的弹簧钢，因此要抑制刮擦病害有一定难度。需从结构形式、材料选用、工艺改进、被动保护等多方面采取措施进行治理。

表3 闸门面板超声测厚数据表 mm

从结构空间布置能否缩小防射水封尺寸，减小水封对弧门面板的挤压力，从而减轻刮削程度；闸门面板可否用一种强度与弹簧钢相近的材料对弧门面板进行被动保护，双方结构都减小刮擦程度，诸多措施均需要根据具体情况进行设计，并通过工程实际的施行与考验。

3 高速水流冲刷病害

二江泄洪闸长期受到高速水流冲刷磨损，尤其洪水期水流含沙量增加，磨损程度加重，在闸门迎水面面板下部1.5 m范围形成严重磨损带，防护涂层基本冲掉，使该部分面板直接暴露于水中，导致锈蚀滋生加重。闸门迎水面的其他部位以及闸门背水面冲刷效应不明显。

通过采用环氧金刚砂涂刷面板，水流冲刷病害基本得到抑制，对面板取得了良好的保护作用，见图4。

图4 弧门迎水面面板下部1.5 m范围用环氧金刚砂涂刷保护图

4 结 语

对水工金属结构进行安全检测和评估是及时发现问题和隐患、保障水电站运行安全和经济效益的重要手段。葛洲坝二江泄洪弧形闸门的安全与耐久性关系到葛洲坝电厂的安全度汛和水库的正常运行调度。葛洲坝水电站水工金属结构和启闭设备配套完备，维护良好，总体运行正常。但对弧门典型病害的全寿命检测、监测、诊断及定性定量评估工作仍需加强，必要时做专项研究，从而为水工金属结构的高质量安全运行打下基础，为国内水工金属结构的高质量安全运行提供宝贵经验。