小型水库闸门破坏型式及解决对策

邹双七

（娄底市水利水电勘测设计院 娄底市 417000）

娄底市位于湘中丘陵湘江和资江分水岭地带，辖娄星区和新化县、双峰县及涟源市、冷水江市，总面积8117 km2，总人口420万，现有水库732座（含电站类水库），其中大（ⅠⅠ）型水库1座，中型11座，小（Ⅰ）型108座，小（Ⅰ）型612座。这些水库大多建于20世纪60～70年代，病险问题十分突出。

根据调查统计发现，小型水库中金属结构部分由于当时的技术水平、材料和资金限制，土石坝大部分采用卧管取水，闸门为悬臂铸铁闸门，采用手摇绞车启闭，浆砌石坝多采用平板铸铁闸门，采用卷扬式启闭机进行启闭。由于建成运行多年，管理维护不善，这些闸门存在各种不同型式的病险，在汛期闸门无法开启，不能降低库水位，导致大坝溃坝事件偶有发生，因此闸门的病险问题严重影响水库安全及效益。

1 小型水库闸门破坏型式

现根据近几年娄底市小型水库进行安全鉴定和除险加固过程中闸门的应用情况，对闸门的破坏型式进行简单分析，闸门的破坏型式存在以下几种。

1.1 闸门无法正常开启

闸门在启闭过程中，除门重G外，还有支承的摩擦阻力Tzd、止水摩擦阻力Tzs、门底的上托力Pt、下吸力Px、门顶的水柱重Ws或加重块Gj，其中持住力FT、启门力FQ。

计算公式如下：

根据公式及娄底市小型水库的运行情况，知道闸门在运行过程中，出现下列几种情况使启闭力增大，超过启闭设施的启闭极限，使闸门无法正常开启或在启闭过程中拉断钢丝绳，而使闸门损坏或无法开启。

（1）悬臂闸门使用多年后，往往会引起闸门的绞支座老化及磨损，引起支承摩擦系数增大，20世纪60～70年代建的水库，其绞支座材料使用年限短，采取的防锈措施不满足运行要求，导致摩擦阻力增大。

（2）悬臂闸门的止水（一般为P型或条形橡胶止水）也会随时间的推移出现磨损和老化，从而使止水摩擦阻力增大。

（3）悬臂闸门一般不全部开启，门叶开启一定角度时，倾斜面上出现负压，存在很大的下吸力。

（4）因悬臂闸门制造精度不高或安装不当，在开启过程中，支承与闸门承台发生卡阻，使闸门无法正常开启。

（5）水库采用卧管取水，闸门开启，水流进入卧管，其压力将急剧变化，易产生负压，在一定条件下会发生空穴现象，导致闸门及其它部件损坏，使闸门运行工况恶劣，启闭时发生卡阻。

（6）闸门运行多年后，悬臂闸门的背面有大量泥沙或污物沉集，使Gj增加，启门力变大。娄底市小型水库实际运行中，有时有缠绕物缠绕住闸门，管理人员强行开启，导致闸门悬臂断裂或钢丝绳断裂。

（7）启闭机的启闭力没有经过计算，当水库蓄满水后，水压力加大，开启最底层闸门时，启闭机启闭力不够，导致闸门损坏。

（8）娄底市的小型水库大部分位于山区，山区水库来洪水时夹杂树枝、泥沙等物，而卧管进水口泄洪时，这些杂物有时会堵塞进水口，导致闸门无法正常开启关闭，对闸门产生负压，闸门损坏。

（9）启闭设施一般为手摇绞车，当洪水期卧管放水时，人工操作无法启闭闸门，导致闸门运行工况不佳，闸门破坏。

1.2 闸门腐蚀严重，闸门无法正常使用

（1）闸门止水漏水引起缝隙空穴，导致门叶表面严重空蚀破坏。

（2）尽管悬臂闸门在制造时进行了防腐（喷锌、喷漆等），但运行多年后，因水流的冲蚀和大气的侵蚀，闸门仍然会受到腐蚀，根据 《水利水电工程金属结构报废标准》，当构件蚀余厚度小于6mm时，必须更换；主要构件发生锈损，应进行强度、刚度复核计算，不满足要求，必须更换；当更换构件达到 30%以上，闸门应报废。而在病险水库闸门的检测中，腐蚀是闸门无法正常使用的主要原因；20世纪60～70年代投入使用的闸门多为腐蚀严重而报废。

1.3 悬臂闸门振动破坏

引起悬臂闸门振动的原因是多方面的，除闸门自身刚度过小，易引起振动，另外还有以下几个方面：

（1）悬臂闸门开启放水时，不能完全开启，因为闸门关闭时要依靠闸门的自重，因此闸门开启一般会形成45°角，水跌落入卧管时，水跃会冲击门叶，造成强烈振动。

（2）卧管及消力井设计不合理，由于小型水库放水流量不大，通常未考虑泄洪需要，因此在遇到较大流量时，消力井及卧管之间会出现水锤，引起闸门的振动。

（3）由于闸门止水及预埋件老化破损，闸门关闭不严，长年有水渗漏，会造成负压，导致闸门振动。

闸门振动可能会造成闸门断裂及焊缝撕裂，使闸门无法正常使用。另外还有设计时选材不当，制作时浇铸和焊接质量太差，制造精度不高，非正常操作，外部条件恶劣等，也可能会引起闸门的破坏。

以上是闸门的几种主要破坏形式，实际上可能是因为多种因素同时出现，才造成闸门的破坏。

2 解决问题的对策

从小型水库闸门的破坏型式中可以看出，闸门的破坏有多种因素，闸门发生破坏也是多种因素造成的，因此在小型水库除险加固过程中，要针对上述原因提出相应的处理措施，提高小型水库的工程效益，更好的服务于农业农村发展。解决的主要对策有以下几方面。

2.1 对小型水库闸门的设计施工要重视

现在小型水库在除险加固过程中，对水工建筑物的质量抓得严，但对于金属结构重视不够，闸门的制作安装不到位，止水及预埋件往往被忽视，但这些小部件可能会影响大坝运行安全。因此在设计及施工过程中，对金属结构及闸门要与水工建筑物同样重视，启闭设施要按照设计工况进行选择，闸门、止水及预埋件要按规范验收合格才能投入使用。

2.2 大力推广新材料、新技术、新工艺

从上述破坏型式可以看出，闸门的破坏与材料、支承、止水、预埋件、防锈、启闭机及启闭方式有很大的关联，故针对小型水库特点提出相应的处理措施。

（1）现在的小型水库基本都是20世纪60～70年代建设的，当时的钢铁材料较为缺乏，闸门及支承件一般采用的铸铁材料指标不满足要求，且运行时间稍长，其物理力学性能就会出现老化现象，使摩擦系数增大，以致发生启闭机的超载现象。现在闸门材料可以采用性能指标更先进的球墨铸铁系列、钢系列、复合纤维系列，支承材料可以选用如42CrMo等。

（2）小型水库闸门的止水特别容易损坏，因为其使用频率高，运行条件差，一般采用的常规止水是靠一定的止水预压量，才使止水密封，当水头增高时，需预压缩量增大，在启闭过程中磨损严重，使止水易损坏。因此如果小型水库库水位较高，底层闸门的止水可以采用充压式止水，这种止水在闸门关闭后，对止水进行充压，迫使止水推出，与面板接触，达到要求的接触应力封水。

（3）预埋件在那个年代的水库建设中，很多时候采用的是将浆砌石卧管上用水泥浆磨平，然后止水与磨平的水泥面接触止水。有预埋件的都是些铸铁材料，表面平整度不够，导致止水效果不好。现在设计中都应考虑用钢板止水，而且要与取水口的混凝土一起浇筑，并设置锚杆，保证止水与混凝土牢固紧密结合，达到止水效果。

（4）以前的闸门虽然相应的采取了防锈措施，但使用年限不长，施工工艺较差，现在采用新的金属喷涂工艺，热喷锌和热喷铝，及锌铝合金等长效防腐蚀材料，再加封闭材料，可以大大提高闸门的防锈能力。

（5）闸门启闭方式以前是一根钢丝绳启闭卧管上所有闸门，要启闭哪扇闸门，相应的闸门人工操作将钢丝绳装上，在洪水期间，特别容易产生安全事故，因此在小型水库除险加固中，每扇闸门对应一根钢丝绳。启闭机采用手电两动，考虑最不利情况下需要的启闭力，保证可以在最不利工况下的闸门开启。

2.3 要与水工设计紧密结合

在小型水库的设计过程中，水工与金属结构很独立，互不干扰，水工设计已经结束，金属结构还没开始，导致水工没有跟金属结构很好的结合，如未考虑闸门的启闭工况、闸门的预埋件，这些情况在将来闸门的运行过程中往往会引起闸门破坏，因此在水工设计过程中，要针对闸门的启闭工况及运行条件来调整水工建筑物（如卧管、消力井等）的设计，使水工建筑物能满足金属结构的运行要求。

2.4 要加强运行管理

小型水库由于水利投入不足，造成小型水库管理机构不健全，管理经费不到位、管理人员不稳定和管理制度不落实。闸门在运行中出现的问题不能及时发现，导致闸门破坏。

因此对于小型水库要加强管理，配备专门的管理人员，定期对闸门进行防锈处理，并定期对闸门进行检修，才能保证闸门的正常运行。

3 结 论

通过对小型水库金属结构闸门的破坏型式进行分析，得出其破坏的主要原因，并提出了相应的解决方法。在娄底市近两年的小型水库除险加固及建后管理中，金属结构重视程度得到了加强，新化县的茅岭水库、龙溪水库等，在闸门设计和施工中运用了新的技术、工艺、方法，产生了良好的工程效益，希望通过上述对策的提出，闸门的设计施工会越来越合理，水库的工程效益可以得到更大的发挥。