王家崖水库工程金属结构问题及改造措施分析

张亚宜，刘有飞

（陕西省宝鸡峡引渭灌溉中心兴平总站,陕西 兴平 713100）

1 水库概况

王家崖水库地处陕西省西部渭北高原千河峡谷口,坝址以上总流域面积3288 km2,总流域面积、库容均是宝鸡峡灌区6 座水库之最。按照“水利是农业的命脉”的指导方针,水库于1958 年“大跃进时期”开始修建,采用土法上马+人海战术施工,1961 年因为国家经济困难、施工技术难题等原因下马停工。1969 年陕西省委省政府下定决心,组织受益县区民工凭着一股“愚公移山改造山河、彻底解决渭北地区千年旱塬靠天吃饭历史”的拼劲,开展万人会战,多方百计,苦干实干,恢复水库工程修建,于1970 年终于建成投入运行。整个工程建设过程复杂,属于边设计边建设、边使用边维修类水利项目。枢纽工程由土坝、溢洪道、输水洞、坝东引水闸、进水道及坝后抽水站等组成,为Ⅲ等中型水库,是一座以灌溉为主,兼有防洪、旅游、养殖效益的重要水库,在解决渭北地区数千年干旱缺水问题、促进农业增产丰收、保障下游地区城镇、厂矿、交通安全方面作用巨大。因为在多年运行中出现诸多安全病患,经过多次维修修缮仍不能从根本上解决问题。2013 年陕西省发改委批复决定实施水库工程除险加固,以使水库兴利功能全面恢复,安全保障功能得到增强[1]。

2 存在问题

王家崖水库在多年实际使用中,在金属结构方面出现问题是：

①溢洪道闸门腐蚀漏水严重,启闭卡阻。6 孔溢洪道闸门有4 孔漏水严重,主要受力构件（如主梁等）腐蚀严重；闸门启闭过程中存在卡阻现象,其中2 孔严重卡阻；启闭机陈旧,没有荷重和行程控制装置,钢丝绳锈蚀严重,制动器不灵敏,开关继电器打火,减速机漏油,电压电流表显示不可靠,电气设备老化不能满足规范使用要求。

②放水洞闸门老化锈蚀破损漏水严重。放水洞钢衬腐蚀严重,闸门锈蚀严重漏水；机闸启闭机零件局部变形、断裂、破损,涡轮蜗杆磨损严重配合间隙太大、漏油严重,工作闸门不能正常启闭,卡阻严重,存在较大安全隐患。

③引水闸、节制闸门均锈蚀漏水严重。水位变幅区闸门锈蚀严重,启闭机陈旧,电机飞轮破损,运行中振动严重,噪音大,皮带磨损严重,没有荷重和行程控制装置,启动电流大,易烧坏电气设备。

④闸门与启闭机均已使用35 年,远超《水利水电工程金属结构报废标准》（SL 226-98）规定的20 年折旧年限。

3 改造措施

1）更新改造溢洪道机闸设备

因原溢洪道闸门、启闭机已经使用35 年,超过规范规定的折旧年限,所以应更新工作闸门及启闭设备,增设检修闸门及启闭设备。改造溢洪道闸门6 孔,孔口尺寸保持不变,使水库正常蓄水位达到602.00 m。

按照投资节约、结构合理、使用可靠、效能最优设计目标,对溢洪道工作闸门型式,从结构组成、制安费用、使用效能诸多方面,进行平板闸门、升卧式闸门和弧形闸门三种方案比选,见表1。

表1 溢洪道工作闸门方案比较[2]

从表1 比较可以看出：尽管平板闸门、升卧闸门结构简单,制造安装简便,但这都是一次性完成的；而弧形闸门方案,无论工程综合造价、使用水流状态均较优,从长期使用效能比较,更为省事有利,更具有长效价值,故决定采用弧形闸门方案。工作闸门维持原结构形式,为升卧式平面钢闸门,滚轮支承。运行方式为动水启闭,总水压力3296 kN。通过工程除险改造,以解决多年存在的机闸设备老化锈蚀、失灵、操作效率低下、渗漏水等问题。

2）更换放水洞闸门,对钢衬作防腐处理

由于运行时间长,工作闸门漏水严重,止水损坏,锈蚀严重,启闭设备老化,局部损坏,所以决定更换工作闸门、事故检修闸门和埋件及启闭设备。工作闸门运行方式为动水启闭,总水压力766 kN。按照多年来中小型水库建设修缮经验,选用后水封滑动支承单吊点的平面焊接钢闸门,顶侧水封采用“P”型水封,埋件由主、反轨、门楣及底榄等组成。这种钢闸门有电动、手动两种方式设置,常用电动方式工作效能高,遇到特殊情况停电可手动操作,运行可靠；钢管壁厚度可自行掌握,由生产厂家按照要求制作；闸阀只要吊装到位,连接螺栓即可,施工简单；工作门与检修门分设闸阀控制,中间用活节连接,便于拆卸。闸门和埋件主要材质为Q235 B,启闭设备选用螺杆启闭机LQD300 kN-4.5 m。此种螺杆式启闭机与链式、卷扬式、液压式、台车式等启闭机比较,结构组合简便,性能稳定,经过多年使用,人员技能娴熟,无需培训,优点较多,故选用之。

针对放水洞钢锈蚀严重,环氧砂浆涂抹段有成片的锈包锈斑锈迹等,环氧漆涂抹段布满锈包锈皮锈斑等,需要作喷砂处理,重新防腐。在防腐材料的选用上,考虑到多年来各种工业垃圾排放,造成水质污染比较严重,水环境的恶化,使水工钢闸门腐蚀加重,传统的防腐材料和工艺保护效果下降。经过市场调查和咨询,目前国内使用效果最好的是环氧树脂系列防腐蚀涂料,本文从中挑选了3 种涂料进行如下比较：

①聚烯胺固化环氧树脂防腐蚀涂料。涂膜柔软,抗冲击性、耐水性均较好,在金属、混凝土、木材等表面具有良好的附着力。具备环氧树脂防腐涂料的防腐性质,但带耐酸和耐久性较胺固化的稍差。

②沥青环氧树脂防腐蚀涂料。既保留了环氧树脂优良的附着力、机械强度、耐溶剂型,又具有沥青较好的耐酸、耐碱、耐蚀性和抗渗透性,是一种优良的防腐蚀涂料品种。使用技术成熟,市场货源充足,但颜色为黑色,装饰性较差。

③无溶剂环氧树脂防腐蚀涂料。具有成本低、不易燃烧、毒性小、施工效率高等优点。主要用于水下建筑物及潮湿表面涂装,不仅是一种优良的防腐蚀涂料品种,还有防渗、堵漏等功效。但涂刷性较差,常用于批刮法施工,市场货源紧缺。

经过统筹分析,重点考虑保证施工质量和综合效益优化,最后选用无溶剂环氧树脂防腐蚀涂料作为放水洞钢闸门防腐涂料,进行防腐蚀处理。

3）改造节制闸及启闭设备

由于节制闸漏水严重,止水条严重锈蚀,启闭设备无开度仪,限位失效,应改造更换工作闸门及启闭设备,预设检修闸门门槽,预设启闭设备悬挂设施,不设检修闸门。工作闸门孔口尺寸高4.2 m、宽3.0 m,设计水头3 m,采用动水方式启闭,总压力190 kN,选用平面铸铁闸门。塔内布置事故检修闸门一道。

4）更改进水闸设备,增能提效

进水闸共计3 孔,渠道设计水位602.57 m。由于闸门运行时间长,漏水严重,门槽水位变动区有锈蚀,启闭设备陈旧,涂层老化,部件有破损,所以应更换工作闸门及启闭设备,预设检修闸门门槽,预设检修设备悬挂设施。工作闸门采用动水启闭方式,总水压力110 kN,选用平面铸铁闸门,启闭设备选用螺杆启闭机LQD300 kN/80 kN-4.5 m,以增强水库输水效能。

表2 王家崖水库金属结构特性表

4 结语

水库工程是人类利用自然、改造自然的智慧“杰作”和宝贵工具,其充分发挥作用服务民生促进社会经济发展也是一个长期实践的过程、一个不断研究解决实际问题维护工程设施性能的过程。宝鸡峡王家崖水库工程除险加固改造,针对金属结构方面存在缺陷,精心优化改造方案,努力消除各种病险问题对抗旱防汛工作的现实制约。工程改造完成后,水库设施运行状况良好,机闸启闭由人工控制改为电子控制效率提高了5 倍,能满足各种工况条件下的机闸检修需要,保障了灌溉防汛工作高效开展。今后,应该结合新的实践,针对新出现的实际问题,进一步采用新技术新产品新措施,维护提升水库设施性能,更好地服务社会经济全面发展。