钢闸门和启闭机安全检测优化方案

水工钢闸门（含拦污栅，下同）和启闭机是渠首枢纽有关建筑物和渠系中水闸等建筑物的主要组成部分，其安全与否，直接影响着工程的正常运行。在对取水枢纽和单个水闸安全性评估之前，应根据SL101—94《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》［6］，对水工钢闸门和启闭机应进行检测。

1.基本规定

（1）钢闸门和启闭机安全检测的技术性很强，涉及多种专业，检测工作应由具备资质的单位和有相应资格证书的人员承担，探伤结果评定应由Ⅱ级或Ⅱ级以上的检测人员担任；所用的仪器设备应通过计量检定机构检定并满足精度要求。

（2）在检测前，应首先全面搜集以下资料与情况：①设计及竣工图，包括总布置、装配、部件及必要的零件图等；②设计计算书的有关部分；③主要材料出厂质量证明书；④制造质量合格证；⑤制造安装最终检查、试验记录；⑥重大缺陷处理记录；⑦焊缝探伤报告及射线照相底片；⑧设计单位编制的制造、安装、运行使用说明书和管理单位编制的操作规程；⑨制造质量等级证书；⑩安装质量等级证书；⑪有关水工建筑物变形观测记录；⑫运行操作、维修保养记录和事故记录；⑬闸门、启闭机运行管理等级评定记录。对于1993年1月1日以前投入运行的闸门和启闭机可缺上述⑨、⑩两项资料。

（3）安全检测应包括三种：①第一次检测，应在闸门挡水运行并承受设计或接近设计水头时进行，若达不到设计水头，则在运行6年之内进行。②定期检测，第一次检测后应每隔10～15年检测一次，凡未进行定期安全检测的，大型工程运行满30年、中型满20年的，必须进行一次全面的安全检测。③特殊情况检测，若遇7度及以上地震、超设计标准洪水、误操作事故、破坏事故等时，必须进行的检测；检测时，可先进行巡视检查和外观检测，必要时再进行其他项目的检测。

（4）安全检测的项目为：①巡视检查；②外观检测；③材料检测；④无损探伤；⑤应力检测；⑥闸门启闭力检测；⑦启闭机考核；⑧水质及底质分析。其中第④～⑦项应根据闸门运行状况、布置位置等按表2-37 中的孔数比例抽样检测。

表2-37　抽样比例表

2.巡视检查

巡视检查也称巡查，也是安全检测前必须进行的，并参照表2-38 做好现场检查记录。

表2-38　巡视检查记录表

主要内容：①泄水时，闸门的进水口、门槽附近及闸门后水流流态是否正常；②闸门关闭时的漏水状况；③闸墩、门槽、胸墙、门墩、牛腿等部位是否有裂缝、剥蚀、老化等异常情况；④门槽及孔口附近区域是否有气蚀、冲刷、淘空等破坏现象；⑤闸墩及底板伸缩缝的开合错动情况，是否有不利于闸门和启闭机的不均匀沉陷；⑥通气孔是否有坍塌、堵塞或排气不畅等情况；⑦启闭机室是否有错动、裂缝、漏水、漏雨等异常现象，并判明对启闭机运行的影响；⑧闸门和启闭机的附属设施是否完善；⑨寒冷地区闸门的防冻设施是否有效；⑩电气控制系统及设备和备用电源能否正常工作，自备电源起动时间是否满足要求。

3.外观检测

外观检测是工程单位经常性的工作，也是安全检测前必须进行的。在详细了解闸门和启闭机的保养、检修和运行情况的基础上抽样进行，并应参照表2-39做好详细记录。

表2-39　外观形态检测记录表

（1）外观形态检测。以目测为主，配合必要的量具进行。①闸门门体的明显变形，构件的折断、损伤及局部明显变形；②焊缝及其热影响区表面的裂纹等危险缺陷及其异常变化；③闸门和启闭机零部件（吊耳、吊钩、吊杆、连接螺栓、侧反向支承装置、充水阀、止水装置、滑轮组、制动器、锁定等装置）的表面裂纹、损伤、变形和脱落；④闸门和移动式启闭机行走支承系统的变形损坏和偏斜、啃轨、卡阻现象，滚轮的变形损坏，转动灵活程度；⑤平面闸门轨道（弧形闸门轨板和铰座）、门楣（包括钢胸墙）、止水座板、钢衬砌等埋设件的磨蚀和变形；⑥启闭机机架的损伤、裂纹和局部明显变形；⑦启闭机传动轴的裂纹、磨损及明显变形；⑧开式齿轮轮齿啮合状况，轮齿的断齿、崩角、磨损和压陷等；⑨卷扬式启闭机卷筒表面、卷筒幅板、轮缘的损伤和裂纹等；⑩螺杆式启闭机螺杆和螺母的裂纹、磨损，螺杆的弯曲；⑪液压启闭机的缸体、端盖、活塞杆等零件的损伤和裂纹，液压缸和油路的泄漏。

（2）腐蚀状况检测。可采用测厚仪或其他有效的方法及工具进行检测。

1）腐蚀检测内容：①腐蚀部位及其分布状况；②严重腐蚀面积占闸门和启闭机或构件表面积的百分比；③蚀损构件的蚀余截面尺寸；④蚀坑（或蚀孔）的深度、大小、发生部位及其密度。

2）构件蚀余尺寸的测量原则：①施测截面应位于构件的腐蚀严重部位；②每根杆件的检测截面应不少于2 个，每个截面的测点，角钢的每肢，槽钢或工字钢杆件的上下翼缘和腹板的测点均应不少于2点；③每块节点板的测点应不少于2点；④闸门面板应根据腐蚀状况划分为若干个测量单元，每个单元的测点应不少于5 点；⑤测量构件蚀余尺寸时，应除去构件表面涂层或扣除涂层厚度。

3）应视构件腐蚀的严重程度，适当增加其隐蔽部位或腐蚀严重部位的检测截面和测点。

4）由检测数据计算构件的平均蚀余厚度、平均腐蚀速率、最大腐蚀深度和最大腐蚀速率。

4.材料检测

当工程管理单位出具的材料出厂质量证明书和工程验收等文件，足以证明材料牌号和性能符合设计要求时，可不进行材料检测。若主要材料牌号不清或对主要材料牌号有疑问时，应进行材料牌号鉴别检测。

冰冻地区运行多年的闸门用钢材，应作低温冲击试验，以鉴定材料脆化程度。闸门和启闭机发生事故遭破坏时，应对破坏构件、零件进行机械性能试验及金相试验。

对材料牌号鉴别检测方法的要求：①设备允许取样时，按金属材料化学分析和机械性能试验试件标准要求取样试验，确定材料牌号；②设备不允许取样时，应在非受力部位钻取屑样进行化学分析，同时测量其材料硬度，按GB1172—74《黑色金属硬度及强度换算标准》换算出抗拉强度的近似值，综合分析确定材料牌号；③允许用其他无损检测方法鉴别材料牌号。

5.无损探伤

闸门主要受力焊缝（一、二类焊缝），当外观检测怀疑有裂纹又难于确定时，应采用渗透或磁粉探伤方法进行表面或近表面裂纹检查。渗透探伤方法按GB150—89《钢制压力容器》附录H“钢制压力容器渗透探伤”执行，磁粉探伤方法按JB3965—85《钢制压力容器磁粉探伤》执行。

闸门主要受力焊缝的内部缺陷，应进行射线探伤或超声波探伤。射线探伤方法按GB3323—87《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》进行，超声波探伤按GB11345—89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》进行。

焊缝内部缺陷探伤长度占焊缝全长的百分比应满足：①一类焊缝，超声波探伤应不少于20% ，射线探伤应不少于10%；②二类焊缝，超声波探伤应不少于10% ，射线探伤应不少于5% ；③使用年限较短的闸门，抽检比例可酌减；④发现裂纹时，应根据具体情况在裂纹的延伸方向增加探伤长度，直至焊缝全长。

受力复杂、易于产生疲劳裂纹的零部件，应采用渗透或磁粉探伤方法进行表面裂纹检查；发现裂纹时，应进行射线或超声波探伤，以确定裂纹走向、长度和深度。

必须对探伤中发现的裂纹进行原因分析，并判断其发展趋势。下次安全检测时，该部件需进行复探。

6.应力检测

应力检测的部件主要是闸门的主梁、边梁、吊耳、支臂、面板，启闭机的门架结构、塔架结构、吊具等受力构件。检测点的布置，应根据材料、结构参数、荷载条件等，按闸门和启闭机的现行设计规范对其主要结构进行应力计算确定；对称结构，除在一侧布置检测点外，还应在对称侧布置适量比照测点。将检测结果与理论计算分析比较，推算设计荷载与校核荷载时的应力。

（1）结构静应力检测。检测注意事项：①在接近设计水头时进行，必要时应充分利用实际条件获得最大水头进行检测。启闭机结构静应力检测需要外加荷载时，荷载的传力方式和作用点应明确，加载必须安全可靠。②测点布置原则：在满足检测目的前提下，测点宜少不宜多；测点必须有代表性，便于分析和计算；为保证检测数据的可靠性，应布置适量的校核测点。③对电阻应变片和传感器必须做好绝缘防潮或防水处理，检测仪器应置于安全且便于操作的位置。④加载程序：荷载可以分级时应分级加载，以确定各级荷载下的结构应力；否则采用一次加载检测。⑤每一级荷载应重复检测2 遍，每次检测数据的采集应不少于3次。⑥检测数据应及时整理，各次数据相差较大时，应找出原因并重新检测。检测数据的处理应根据单向、双向、三向电阻应变片的实测值分析计算。⑦大型闸门和启闭机，应测定其主要受力构件的残余应力，并分析对结构安全产生的影响。闸门（包括平面滑动门、平面定轮门及平面链轮门，人字门和弧形门）和拦污栅、启闭机分档标准，分别见表2-40、表2-41 所示。

表2-40　水工钢闸门和拦污栅分档表

表2-41　启闭机分档表

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（2）运动状态结构应力检测包括：①在闸门开启、关闭过程中主要受力构件产生附加应力，应测定此时主要受力构件的应变波形图，并据以计算应力过程线；②测点应布设在附加应力作用影响大的主要受力构件、危险构件或具有特殊要求的构件上；③检测必须重复进行2～3 次。

（3）结构动应力检测包括：①检测应在闸门运行过程中发生剧烈振动并影响结构安全时进行；②测点应布置在主要受力构件上；③检测应重复2～3 次。

（4）自振特性检测：①检测对象为有专门要求的结构。②检测内容应包括自振频率、阻尼比、振型等。③测点应布置在振动反应较大的位置；自振频率检测时，拾振器的拾振方向应与结构的振动方向一致；振型检测时，杆件结构的测点应沿长度方向布置，平面结构的测点应选择几条竖向或水平向测线按平面布置。④测定方法是用激振器使结构产生振动，用测振传感器测出振动位移或振动加速度，通过放大器将信号放大，由记录仪记录波形。⑤测振传感器必须与结构连接牢固，在振动过程中不能松动，电缆应夹紧或粘结固定在结构物上，避免产生“颤动噪声”。⑥对实测波形应进行分析处理，确定自振频率、阻尼比和振型；复杂的波形应采用频谱分析仪进行分析。

7.闸门启闭力检测

启闭力检测必须在完成上述巡视检查和外观检测后，并在设计允许的高水头作用下进行。检测前，应按SDJ13—78《水利水电工程钢闸门设计规范》计算检测条件下的理论启闭力。

（1）检测条件：门槽结构情况良好，门槽内无异物卡阻；闸门整体无影响运行的变形；闸门的支承、支铰等装置能正常工作；启闭机吊具与闸门连接可靠，卷扬式启闭机（含门机和台车式，下同）钢丝绳必须安全可靠、在卷筒和滑轮上缠绕正确，绳端固定牢固；双吊点闸门应满足同步要求；移动式启闭机全行程范围内的轨道两旁无影响运行的杂物，制动器动作正确、可靠；启闭机的所有机械部件、连接装置、润滑系统、电气设备及控制系统等都能正常工作；参照表2-42 的格式做好各项记录。

（2）检测内容：①测定实际水头作用下的启门力、持住力、闭门力及启闭力过程线，并确定此工况下闸门的最大启门力、最大持住力、最大闭门力；②由检测数据反演计算设计情况下的启门力、持住力、闭门力和最大启门力、最大闭门力、最大持住力。计算中应考虑止水及支承装置局部损坏对启闭力的影响。

表2-42　闸门启闭力检测记录表

（3）检测方法：①启闭力检测可采用拉、压传感器，也可用动态应变仪或其他测力计；②采用动态应变仪时，测点应布置在启闭机吊具、吊杆、吊耳等构件的受力均匀部位，闸门每个吊点上的应变片不应少于4个；③检测应进行3次，当各次检测数据相差较大时，应找出原因，并重新检测。

（4）检测注意事项：①快速闸门的检测时，应能随时手动停机，以防闸门过速下降；②检测完毕，应全面检查闸门的支承、止水、起吊及启闭机传动等装置的零部件、机架、电气设备等，有无明显的异常现象和残余变形，并作好记录。

8.启闭机考核

启闭机考核必须在完成上述巡视检查和外观检测和必要的维修后进行。

（1）检测条件。电气装置应接线正确，接地可靠，绝缘符合有关电力规程的要求。过负荷保护装置、制动器、限位开关、终点（极限）行程开关、信号装置等零部件完好，动作正确、可靠。所有机械部件、连接装置、润滑系统等都必须处于正常工作状态，注油量符合要求。液压启闭机泵站系统和管路系统工作正确，液压缸及活塞杆密封的泄漏不超过允许值。液压缸的支撑或悬挂装置牢固可靠。启闭机及其运行状况应满足“启闭力检测”时的要求。应参照表2-43 做好各项检测记录。

表2-43　闸门启闭力考核记录表

（2）考核荷载。①1990年1月1日以前投入运行的工程，启闭机以设计文件或图样中规定的静载或动载试验值作为其考核荷载；若无规定，其考核荷载为：对卷扬式启闭机，静载试验为额定启门力FQ 或额定持住力FT 的1.10 倍；动载试验为FQ 或FT 的1.00倍。对液压启闭机，液压系统的试验压力应为最高工作压力的1.50 倍；油缸耐压试验压力应为最高工作压力的1.25倍；保压时间应大于2min。②1990年1月1日以后投入运行的工程，其考核荷载为：对卷扬式启闭机，静载试验为额定启门力FQ 或额定持住力FT 的1.25 倍；动载试验为FQ 或FT 的1.10倍。对液压启闭机，其考核荷载与1990年1月1日以前投入运行的工程相同。③静载试验的荷载可分2～3 级，动载试验的荷载不分级。

（3）静载试验。①荷载应根据分级逐步增加，荷载起升高度应为100～200mm，保持时间不得少于10min；双向移动式启闭机试验时，小车应位于设计规定的最不利位置。②试验结束，未见到各部件有裂纹、永久变形、油漆剥落，连接处无松动或损坏，则认为试验结果合格。

（4）动载试验。①应在全扬程范围内进行3次，双向移动式启闭机试验时，小车应位于设计规定的最不利位置。②启闭机应按操作规程进行控制，且必须把速度、加速度和减速度均限制在启闭机正常工作的范围内。③各部件完成其功能试验结束后，结构构件或零部件无损坏，连接处无松动或损坏，则认为试验结果合格。

（5）移动式启闭机行走试验。①启闭机应处于最不利运行工况，试验荷载为1.10 倍设计行走荷载，试验应往返进行3 次。②试验时应检查：门架或台车架的摆动情况是否有碍正常运行，记录最大摆幅；运行机构的制动装置是否灵活，车轮与轨道的配合是否正常，有无啃轨现象。

（6）稳定性试验。

对于有悬臂或有回转吊的移动门式启闭机应进行稳定性试验，试验荷载按下式计算

式中：P 为稳定性试验荷载，t；Fi 为换算到起升悬臂（或回转吊）头部的重量，t；Fi 的计算见图2-32；FQ 为启闭机额定启门力，kN；r、R 为分别为起升悬臂（或回转吊）的重心半径和头部的重心半径，m；G 为起升悬臂（或回转吊）的质量，t。

图2-32　悬臂和回转吊门式启闭机稳定性验算图

（a）悬臂门式启闭机；（b）回转门式启闭机

在启闭机的吊钩上静止地施加试验荷载而无失稳现象，则认为试验结果合格。

（7）电气设备的检测，应按有关电力规程要求执行。

（8）考核注意事项。①对液压启闭机，应记录因活塞杆密封管路系统漏油而使活塞杆产生的沉降量；②在考核过程中和结束后，应对结构和零部件及各系统的连接情况、变形和损伤情况、振动情况、有无不正常的声响等进行仔细的观察，并做好记录；③其他型式启闭机的考核可参照上述有关规定进行。

9.水质与底质检测

（1）水质水样应取自关闸状态下闸门的上、下游，数量应分别不少于3个，用无菌桶盛装，并采用固定处理方法，以防CO2和硫化物的挥发损失。

（2）水质分析应检测pH 值、总酸度、总碱度、Cl-、S-和CO2 含量等项指标。

（3）底质水样，应取自闸门梁格上的淤积物、岸坡淤积物及闸底淤积物，每扇闸门取样数不得少于3 个。

（4）测定底质所含成分及各成分含量，分析其对闸门腐蚀的影响，给出相应的防腐措施。

10.检测报告

（1）闸门和启闭机安全检测应完成上述2.～9.条的规定项目。

（2）理论分析计算应包括：①检测、设计及校核条件下的闸门应力计算；②检测、设计及校核条件下启闭机（包括门机和桥机）的结构应力计算；③设计及校核条件下闸门启闭力的计算。

（3）检测报告应包括：①工程概况，包括闸门、启闭机设计特性；②运行情况，包括建筑物变形及闸门、启闭机运行；③闸门和启闭机检测成果；④闸门和启闭机理论分析与计算成果；⑤分析评估，分析以上③、④项成果，并做出评价；⑥结论，对运行管理、加固补强、技术改造、设备更新等提出意见。