粘钢技术在溢流坝弧形闸门加固中的应用

王远旺

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

粘钢技术在溢流坝弧形闸门加固中的应用

王远旺

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

钢闸门使用一定年限后会发生锈蚀，使闸门的强度相应降低。钢闸门加固普遍采用焊接的方法。大量施焊，会产生焊接变形和焊接内应力，对闸门产生不利影响。采用粘钢技术对钢闸门进行加固补强，能够避免或减小焊接变形和焊接内应力，是一种较好的加固措施。

粘钢技术；结构胶；加固补强；施工工艺

1 工程概况

朱庄水库位于海河流域子牙河水系滏阳河流域沙河干流上，坝址在邢台市沙河市孔庄乡朱庄村西，距邢台市35km，是一座以防洪、灌溉为主，发电为辅综合利用的大（Ⅱ）型水利枢纽工程。控制流域面积1220km2，总库容4.162亿m3。水库于1971年动工兴建，1978年完成主体工程。朱庄水库枢纽工程由溢流坝、非溢流坝、泄洪底孔、放水洞、发电洞、高低电站及南、北干渠渠首建筑物等组成。

溢流坝位于河床段，堰顶建闸6孔，每孔净宽14m，每孔设有14m×12.5m-12m（孔宽×门高－设计水头）露顶式弧形工作闸门1扇，共6扇。弧形闸门启闭设备为6台2×450kN弧门卷扬启闭机。闸门加固前已经运行近30年。

2 弧形闸门粘钢加固设计

2.1 弧形闸门的锈蚀情况

弧形闸门共6扇，抽取其中3扇闸门的主要构件进行了蚀余厚度检测，检测结果为：闸门面板锈蚀量为1.14～1.48mm，平均锈蚀速率0.044～0.057mm/a；主横梁锈蚀量1.47～1.79mm，平均锈蚀速率0.057～0.069mm/a；纵梁锈蚀量1.52～1.70mm，平均锈蚀速率0.054～0.064mm/a；支臂锈蚀量1.40～1.65mm，平均锈蚀速率0.054～0.063mm/a；水平次梁锈蚀量1.73～1.86mm，平均锈蚀速率0.067～0.072mm/a。3扇闸门总体平均锈蚀量1.56～1.68mm，标准差0.34～0.38mm，平均锈蚀速率0.06～0.065mm/a。3扇闸门的锈蚀量频数分布规律基本相似，锈蚀量频数峰值基本位于1.2～1.3mm区间，锈蚀量主要分布在0.8～1.7mm之间，其频数分别为85.2%、88.6%和82.5%。锈蚀量大于2mm的频数分别为1.6%、5.4%和7.6%。3扇闸门锈蚀状况基本相似，整体为较重锈蚀，局部有严重锈蚀。严重锈蚀主要发生在以下部位：水平次梁及与其相联结的面板、边纵梁腹板、下主横梁腹板及前翼缘、支臂肋板附近、支臂与连接系的连接部位等。这些部位锈坑深度多为1.2～2.5mm，最深4mm，局部锈皮分层叠起，最厚12mm。

2.2 粘钢加固设计

2.2.1 容许应力的选取

容许应力同时与闸门的重要程度和运行条件有关。在对闸门结构进行强度复核时，根据SL74—95《水利水电工程钢闸门设计规范》，首先确定材料的容许应力，而容许应力与钢材的种类、钢号和厚度直接相关。该闸门门叶结构的材料为Q235钢，闸门各构件的厚度不同，其容许应力亦不相同。闸门主横梁的翼缘、支臂的腹板及翼缘厚度介于16～40mm之间，属钢材尺寸分组中的第2组，其容许应力为［σ］= 150MPa，［τ］=90MPa；其他构件所用钢材的厚度均不大于16mm，属第1组，其容许应力［σ］=160MPa，［τ］= 95MPa。

对于大中型工程的工作闸门和重要事故闸门，容许应力应乘以0.90～0.95的调整系数。此外，SL226—98《水利水电工程金属结构报废标准》规定，对在役闸门进行结构强度验算时，材料的容许应力应按使用年限进行修正，容许应力应乘以0.90～0.95的使用年限修正系数，达到或超过折旧年限的修正系数取0.9。根据以上规定，取容许应力的修正系数k=0.9×0.9=0.81。

闸门各主要构件材料的容许应力见表1。

表1 闸门各主要构件材料的容许应力单位：MPa

2.2.2 粘钢加固设计

粘钢加固前，需对闸门的主要构件按锈蚀后的截面尺寸进行强度复核计算，根据复核计算结果、构件的结构型式、截面尺寸确定加固的部位和粘钢的规格尺寸，并对加固后的构件强度重新进行复核计算，保证加固后构件强度满足规范要求。

2.2.2.1 水平次梁的支座和跨中部位强度均不满足要求

加固方案：水平次梁共18根；1#次梁[18a，在其腹板上，用厚度6mm，宽度130mm钢板加固；2#～5#次梁为[18a，在其腹板上，用厚度6mm，宽度150mm钢板加固；6#～11#次梁为[18a，在其腹板上，用厚度6mm，宽度150mm钢板加固，在其后翼板上，用厚度6mm，宽度80mm钢板加固；12#～17#次梁[20a，在其腹板上，用厚度6mm，宽度170mm钢板加固，在其后翼板上，用厚度6mm，宽度50mm钢板加固；18#次梁[20a，在其腹板上，用厚度6mm，宽度140mm钢板加固。水平次梁加固钢板长度与次梁长度基本相同，遇纵梁腹板处加固钢板断开。

2.2.2.2 主横梁的支座部位强度不满足要求，跨中部位强度满足要求

加固方案：在支座处腹板上，用厚度8mm，宽度1175mm，长度2800mm钢板加固，遇纵梁腹板处加固钢板断开。

2.2.2.3 支臂强度不满足要求

选取在本院接受治疗的无排卵型月经失调患者，选取时间段为2016年4月至2017年12月，病例数为90例。利用电脑数字表随机方式分组，平均分成对照组和观察组各45例。对照组内患者24～35岁，平均(29.37±2.54)岁；观察组内患者23～36岁，平均(29.55±2.26)岁；经对比组间患者的基线资料具有可比性，差异无统计学意义(P>0.05)。

加固方案：在前后翼板上，分别用厚度8mm，宽度400mm，长度1950cm钢板加固。

闸门的主要构件加固前、后应力核算结果列于表2。

表2 闸门的主要构件加固前后应力核算结果单位：MPa

2.3 粘钢加固施工工艺

2.3.1 粘钢结构胶的性能

粘钢结构胶由A组分和B组分组成，配置前需将A组分、B组分分别搅拌均匀，然后按比例称量混合，充分搅拌至没有沉淀色差后使用。粘钢结构胶的性能见表3。

表3 粘钢结构胶性能

2.3.2 施工工艺

（1）根据设计图纸尺寸和现场实际情况切割加固用钢板。

（2）在需要加固构件的表面划线，确定加固钢板的位置。

（3）对构件粘钢范围内的表面进行除锈、除污、除漆处理，要求表面无灰尘、无油污。

（4）对加固钢板需要粘贴的表面进行除锈、除污、找平处理，粗糙度尽量大些，要求表面无灰尘、无油污。

（5）支臂的加固钢板尺寸较大，采用间断焊＋压力灌胶法粘接。主梁、水平次梁的加固钢板尺寸较小，采用直接粘接。

（6）采用间断焊+压力灌胶法粘接加固的钢板上根据实际需要加工灌胶孔和排气孔。构件钢板与加固钢板之间留1～2mm的间隙，沿钢板周边采用断续角焊缝焊接，焊角高度4mm，每段焊缝长20～30mm，间隔70～80mm。

（7）除灌胶孔和排气孔外的所有缝隙用封缝胶封堵，封堵必须密实、牢固、打压时无泄漏。

（8）在封缝胶固化后即可配胶。将A、B两组分按比例混合，用人工或搅拌机搅拌均匀（胶颜色均一）。搅拌机具及容器不得有油污，避免任何杂物进入容器。

（9）将灌胶管与注胶罐和灌胶孔接通，将胶液装入注胶罐，胶液量不宜超出罐体容器的75%。将小型空压机连接到注胶罐的单向进气嘴上，关闭出胶口的阀门，启动空压机，充气压力达到0.2MPa时，打开出胶阀门，即可开始灌胶，也可边加压边灌胶。待排气孔出胶后将其封闭，再继续压注几分钟即可停止灌胶。当加固钢板较长时，需进行多次灌胶。待空腔内胶体达到初凝而不外流时，再用结构胶将灌胶孔和排气孔抹平、封口。

（10）用小锤轻轻敲击加固钢板，检查构件钢板与加固钢板粘结密实度，若有空洞声，表示该处粘结不密实，应采取补救措施，若补救无效，应剥下钢板，重新粘接。

（11）结构胶可在常温下养护、固化。胶体未完全固化前，不能扰动钢板，3d基本固化，10d左右可承载使用。

（12）各工序完成后，对加固钢板粘接质量全面检查，钢板有效粘接面积应不少于90%，检查方法仍采用小锤轻轻敲击钢板，从声响判断有无空洞，若不满足要求可采用灌胶补救措施，若补救无效，应重新粘接。

3 结语

闸门部分构件强度不能满足规范要求，报废更新施工困难、造成较大浪费或尚未达到报废条件，可以考虑采用粘钢技术对钢闸门进行局部加固补强，以避免或减小焊接变形和焊接内应力，延长闸门的使用年限，是一种较好的加固措施。

［1］SL74—95，水利水电工程钢闸门设计规范［S］.

［2］SL101—94，水工钢闸门和启闭机检测技术规程［S］.

［3］SL226—98，水利水电工程金属结构报废标准［S］.

［4］河北省水利水电勘测设计研究院.朱庄水库除险加固工程初步设计报告［R］.2007.

［5］侯发亮.建筑结构粘接加固的理论与实践［M］.武汉：武汉大学出版社，2003.

［6］水利部水工金属结构检测中心.朱庄水库水工金属结构安全检测报告［R］.2005.

Application of Bonding Steel Technology in Strengthening Radial Gate of Overflow Dam

WANG Yuan-wang
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250，China）

The steel gate will occur corrosion after using for certain years and the strength of the gate is reduced accordingly.The reinforcement for steel gate widely adopts the method of welding.With a large number of welding，the welding deformation and internal stress will accur，which will have detrimental effects on steel gate.The welding deformation and stress will be reduced or avoided by using bonding steel technology to reinforce and strengthen steel gate，this is a better measure of reinforcement.

bonding steel technology；structural adhesive；reinforcement；construction technology

TV34

A

1672-9900（2013）01-0044-03

2012-12-07

王远旺（1972-），男（汉族），天津人，高级工程师，主要从事水利水电工程金属结构设计工作，（Tel）13820258395。