水工钢闸门腐蚀检测及评价方法研究

水工钢闸门腐蚀检测及评价方法研究

王怿之，江朝华，毛 成，金 晨

（河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098）

摘 要：针对水工钢闸门锈蚀检测与评价，在总结国内外研究成果的基础上，根据闸门结构及所处环境特点，研究对钢闸门锈蚀检测具有关键作用的项目，提出包括腐蚀外观、涂层厚度、蚀余厚度和蚀坑深度的可以反映钢闸门锈蚀的指标参数；根据钢闸门受力及水位变动等特点对闸门进行区域划分，确定钢闸门各检测指标对应的检测技术和方法；在此基础上将各项目检测结果分为不同等级，按相关规范的要求根据检测结果进行评价，为钢闸门是否需要修复处理提供判断和评价依据。 关键词：钢闸门；腐蚀检测；评价

中图分类号：TV663.4 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）09-0126-04

一、概述

水闸闸门结构长期受周边环境和运行荷载的影响，容易发生防腐涂层剥落、钢板锈蚀、磨损、变形等破损。并且由于其长期在水下或干湿交替的环境中运行，受到周围各种介质的侵蚀，锈蚀更为严重和突出[1]。闸门的锈蚀速度和锈蚀程度与闸门的使用条件、所处的环境、水质、钢材的质量以及闸门的防腐措施是否得当密切关系，是影响闸门寿命的主要原因[2]。闸门金属构件腐蚀后，截面面积减小，截面应力相应提高，从而导致整个结构强度削弱，承载能力下降，最终直接影响闸门结构的安全运行，缩短闸门的使用寿命。因此，测定闸门腐蚀情况是闸门安全检测的一项重要内容。

现行规范中《水利水电工程金属结构报废标准》（SL-98）规定闸门的构件当蚀余厚度小于6mm时该构件必须更换；闸门的面板主梁及边梁弧形闸门支臂等主要构件发生锈损该构件必须更换；闸门主要构件发生腐蚀应进行结构检测并根据实际条件作强度刚度复核计算，不满足强度条件和刚度条件的构件必须更换。钢闸门的腐蚀评价通常根据构件的蚀余厚度和腐蚀速度，进行结构应力计算和安全评估构分析。周立[3]提出采用金属检厚仪测出实际的面板锈蚀后的厚度，根据面板承受的水压力，面板区格的尺寸，钢材的型号来验算面板的局部弯应力强度，以此为闸门维修或更换的依据。如当锈蚀严重而使板厚有较大的减少，不能满足强度条件时，就必须采用针对性的解决方案；汪滨等[4]以现行有关规范为评估依据，采用腐蚀情况、强度（抗弯、抗剪）、挠度三个方面四个指标对常见水电工程钢结构的安全性进行评估和使用寿命的预估；苏建明[5]基于仪器的检测和数据处理分析，采用空间静力有限元对其结构进行强度和刚度复核，对节制闸钢闸门是否满足规范要求，能否安全正常运行使用进行评估；段洪琴等[6]根据测得的闸门腐蚀后板厚，复核闸门构件的应

收稿日期：2017-06-25

作者简介：王怿之（1994-），男，江苏昆山人，河海大学 港口海岸与近海工程学院，研究生，主要从事港工新材料新技

术研究。

基金项目：江苏省水利科技项目（2016034）。

力，计算其剩余的使用年限，从而判断其更换时间或是否需要采用必要的补强措施。

从以上分析可知，目前相关的水工闸门的腐蚀检测与评价规范主要有《水利水电工程金属结构报废标准》（SL-98）和《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》（DL/T 835-2003），但其对钢闸门的检测和评价内容缺乏具体性和全明性。闸门的腐蚀检测尚无专门的规范可遵循。水闸闸门由于水位变化等原因，各区域受力及损坏程度不同。因此，有必要针对水闸闸门结构腐蚀特性开展全面的检测方法及评价技术研究，根据闸门结构特点和使用环境，对闸门结构进行区域划分，确定对水闸闸门具有关键作用的检测指标以及各指标对应的检测方法，建立相应的评价体系，为其是否需要修复提供判断和评价依据。

二、水闸闸门腐蚀检测及评价指标选取

研究根据闸门所处环境特点选取腐蚀外观、涂层厚度、蚀余厚度和蚀坑深度四个指标进行检测与评价。

1．腐蚀外观

闸门的腐蚀外观检测内容主要包括闸门钢结构表面涂层的粉化、变色、裂纹、起泡和脱落生锈等外观变化情况，以及闸门钢结构表面剥蚀、锈蚀、点蚀或穿孔等情况。闸门由于易受水流冲蚀及环境水化学作用，其表面锈蚀、剥落及涂膜劣化等损害更为严重。这些类发生在闸门表面的缺陷会降低闸门寿命，对其正常使用造成不同程度的影响。

闸门腐蚀外观检测宜记录表面涂层的粉化、变色、裂纹、起泡和脱落生锈等外观变化情况，以及蚀斑、蚀迹、蚀坑等腐蚀部位及分布状况。

2．涂层厚度

在钢结构表面喷（涂）防腐蚀涂料或油漆涂料，可以有效防止钢结构的腐蚀。其中涂层干膜厚度是涂层防护效果的

第9期 王怿之等：水工钢闸门腐蚀检测及评价方法研究 127 重要指标，涂层厚度低于设计要求，钢结构表面就不能被涂层有效覆盖，其使用寿命就会缩短。涂层厚度主要是测量闸门钢结构表面涂层干膜厚度并与原设计厚度进行比较，以此为依据进行安全评价及采取相应的处理措施。

3．蚀余厚度

钢闸门构件腐蚀后，将降低蚀余厚度，减少有效截面积，增大应力，承载时将出现应力集中、突变等现象，从而导致整个构件的有效承载急剧降低。因此蚀余厚度对评估钢闸门安全性状有十分重要的作用。明确钢闸门构件详细、准确的蚀余尺寸，是进行钢闸门安全评价的前提。钢结构构件厚度检测应根据外观检测结果选择腐蚀严重和应力大的部位进行。通过蚀余厚度的检测结果可以计算得到腐蚀构件的腐蚀速率、蚀余截面尺寸及腐蚀率等参数，为闸门的安全性评价提供依据。

4．蚀坑深度

蚀坑由点蚀导致，蚀孔一旦形成，具有“探挖”的动力，即孔蚀自动向深处加速进行，从而蚀孔不断地向纵深处发展，若连续发展能导致钢板穿孔。因此点蚀导致的蚀坑对闸门结构具有极大的隐患性及破坏性。蚀坑深度的检测宜记录蚀坑（或蚀孔）的深度、大小、发生部位，以及蚀坑（蚀孔）密度等情况。

三、钢闸门检测方法 1．测区及测点选择

闸门主要由面板、主横梁、纵梁等构件组成，由于闸门面板直接用来挡水，承受水压力，有时与水接触，有时又暴露在大气中，锈蚀最为严重。并且钢面板锈蚀后，厚度减薄，将降低面板的承载能力，因此闸门面板的锈蚀检测是重要内容。闸门面板应根据环境、板厚及腐蚀状况等因素划分不同的测量区域，侧区竖向划分宜针对水上区、水位变动区和水下区三个不同区域进行。每个测量区域的测点应注意分布的均匀性和代表性。闸门面板每10m2取点范围是3~5个，每个测区测点数不能少于5个，其中厚度检测测点不少于2个。在面板上锈蚀严重的区域，测点应加密。

闸门主要受力构件的安全性状是确保闸门在设计承载下安全运行的基石，对主横梁、纵梁等构件，宜按承载分类，以主要受力构件为腐蚀状况检测的对象。测点位置的选择要设在容易发生锈蚀的部位，如主横梁腹板上的测点宜选在左、中、右三点，弧形闸门支臂腹板的测点一般选在下段最容易发生锈蚀的部位。其中钢结构构件厚度检测应根据外观检测结果选择腐蚀严重和应力大的部位。每根构件的检测截面应不少于2个。构件平整表面上每10m2应不少于3个测点。结构复杂，面积较小的表面原则上每2m2取1个测点。另外应根据构件腐蚀的严重程度，适当增加隐蔽部位或严重部位的检测截面和测点。

2．闸门腐蚀检测方法 （1）腐蚀外观检测

闸门钢结构锈蚀外观检测方法可以采取目测、尺量、锤击、摄影和录像等方法。检测工具可采用照相机、摄像机、 

钢尺、读数显微镜和小锤等。涂层劣化外观检测方法可采用目测、读数显微镜测量、锤击、摄影和录像等方法进行。闸门腐蚀外观检测可参照《港口水工建筑物检测与评估技术规范》（JTJ302-2006）附录D“钢结构锈蚀检测方法”进行。

闸门腐蚀外观检测应针对水上区、水位变动区和水下区等不同部位分别进行，测点位置应选择在不同区域具有代表性的部位，并重点选择腐蚀严重部位进行，异常部位或构件应适当增加测点。

钢结构的外观检查应记录锈蚀发生的位置、面积、宽度和长度；钢结构表面锈蚀深度、点蚀或穿孔及其分布情况；局部腐蚀深度在3 mm以上时宜采用深度计测定腐蚀深度；钢结构表面涂层劣化外观检测前应清除检测部位的附着物，记录粉化、变色、裂纹、起泡和脱落生锈等外观变化及分布情况。腐蚀情况应记录并绘制在构件表面展开图上。

（2）涂层厚度

涂层干膜厚度检测可采用测厚仪测量，测厚仪的精度不低于10%，测厚仪应经标准样块调零修正。涂层厚度检测可参照《港口水工建筑物检测与评估技术规范》JTJ302-2006 E.5“涂层劣化检测”以及《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》6.1规定进行，或《水工金属结构防腐蚀规范》（SL 105-2007）附录D“涂膜厚度检测方法”进行。

涂层厚度检测宜按大气区、水位变动区和水下区分别布置测点，测点应根据外观整体变化情况，布置在有代表性的结构部位，异常部位或构件应适当增加测点。每一测点应测取3次读数，每次测量的位置相距25~75 mm。取3次读数的算术平均值为此点的测定值。闸门面板每10 m2不得少于3个测点，主横梁、纵梁等构件每2 m2不得少于1个测点。

（3）蚀余厚度

超声波测厚仪测量闸门钢板蚀余厚度是最常用和最精确的一种无损检测方法，测量精度可达0.01mm。但检测时要求被测表面平整光洁，这样才能与超声波探头更好的耦合。闸门钢结构水下部分蚀余厚度检测可采用钢结构水下超声波厚度测定仪测定，并满足：钢结构水下超声波厚度测定仪测量允许偏差为±0.2mm；壁厚测定前除去钢结构表层的海生物和浮锈等要求。

测量构件蚀余厚度时，应除去构件表面涂层。如带涂层测量，在厚度读数中要扣除2倍的涂层厚度值。原因是超声波（纵波）在涂层中的声速（环氧类和聚酯类涂料约2,400~3,000m/s）是其在钢板中声速（约5,900m/s）的一半，反应在超声测厚仪上的厚度值则相当于钢的2倍。

蚀余厚度检测可参照《港口水工建筑物检测与评估技术规范》（JTJ302-2006）附录D“钢结构锈蚀检测方法”进行。钢厚度测点应选择在水上区、水位变动区及水下区不同区域进行，应根据外观检测结果选择腐蚀严重和应力大具有代表性的部位进行。同一构件代表性部位的测点数量不应少于3点。蚀余厚度检测结束后应对各代表区域的测值用数理统计方法计算钢结构厚度的最大值、最小值、平均值和标准

128 中 国 水 运 第17卷 差。根据蚀余厚度可以计算得到腐蚀构件的腐蚀速率、蚀余截面尺寸、严重腐蚀面积占闸门表面积的百分比等参数。

其中钢结构腐蚀腐蚀速率可按以下公式计算：

p

(DiDf) （1）

t

式中：P— 钢结构腐蚀速率（mm/a）；D— 钢结构原始

厚度（mm）；Df— 钢结构实测厚度（mm）；t—钢结构暴露于环境中经历的时间（a）。

4．蚀坑深度

蚀坑深度可以采用深度计或特制的游标卡尺（带尖）进

行测量。对于均匀腐蚀，或虽有锈坑，但深度较浅的构件，通常采用测厚仪直接测量法。若构件上锈坑较深（如蚀孔腐蚀），但少而分散，宜采用特制的量具如焊缝检验尺（精度为0.05mm）进行检测。若构件上锈坑较深而密布成片时，宜采用橡皮泥填充法，对于允许切割的部位，也可采用割取试件法。

蚀坑深度检测可参照《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》DL/T835-2003进行。蚀坑深度检测点应选择在水上区、水位变动区及水下区不同区域进行，应根据外观检测结果对局部腐蚀深度在3mm以上的蚀坑采用深度计等方法测定腐蚀深度。蚀坑深度检测宜记录蚀坑（或蚀孔）的深度、大小、发生部位密度。

四、钢闸门腐蚀评价方法研究

水闸等水工建筑物的闸门检测评估目前尚无相应的规范，参照《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》（DL/T 835-2003）、《港口水工建筑物检测与评估技术规范》（JTJ302-2006）以及《水利水电工程金属结构报废标准》（SL-98）等相关规范及相关文献，将各项目检测结果分为A、B、C和D四个等级（见表1），按相关规范的处理要求进行修复和补强处理（见表2）。

1．腐蚀外观

腐蚀外观检测内容主要包括表面涂层的粉化、变色、裂纹、起泡和脱落生锈等外观变化情况，以及蚀斑、蚀迹、蚀坑等腐蚀部位及分布状况。根据《港口水工建筑物检测与评估技术规范》JTJ302-2006 中6.4“钢结构涂层劣化检测与评估”以及相关文献，可以得到如表1中1.1的腐蚀外观的评定等级。

2．涂层厚度

涂层厚度评定可依据《港口水工建筑物检测与评估技术规范》（JTJ302-2006）中6.4“钢结构涂层劣化检测与评估”得到表11.2的评定：

3．蚀余厚度

根据《水利水电工程金属结构报废标准》（SL-98）规定闸门的构件当蚀余厚度小于6mm时该构件必须更换。由于根据蚀余厚度可以计算得到腐蚀构件的腐蚀速率、蚀余截面尺寸、严重腐蚀面积占闸门表面积的百分比等参数，并以此为依据进行闸门腐蚀的评估，因此本研究根据相关规范及

文献 

[7]

按公式（2）将蚀余厚度换算成腐蚀率划分等级： 

A1A

󰀀 （2） 式中：A1—

构件均匀或坑蚀等各种腐蚀引起的截面减少的面积；A— 构件腐蚀前截面积。

蚀余厚度分级见表1中1.3所示。 4．蚀坑深度

依据《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》（DL/T 835-2003），蚀坑深度等级划分见表1中1.4所示。

表1 钢闸门检测项目等级评定

检测项目

等级

无粉化变色或轻微粉化变色，无裂纹、起泡和脱落生锈；轻微腐蚀。表面涂层A

基本完好，局部有少量蚀斑或不太明显的蚀迹，金属表面无麻面现象或只有少

量浅而分散的蚀坑

明显粉化变色，分散的裂纹、起泡和脱落生锈面积不大于0.3%。涂层局部脱落，B

有明显的蚀斑、蚀坑，蚀坑深小于0.5mm，或虽有较深的蚀坑，深度在

1.1腐蚀外观

1.0mm~2.mm之间，但较分散

较严重粉化变色，裂纹起泡和脱落生锈面积大于0.3%且不大于1.0%。表面涂C

层大片脱落，脱落面积不小于100mm×l00mm，或涂层与金属分离且中间夹有

腐蚀皮，有密集成片的蚀坑，深度在1.0mm~2.0mm范围

严重粉化变色，大范围的裂纹、起泡和脱落生锈面积大于1.0%。蚀坑较深且密D

集成片，构件局部有很深的蚀坑，深度在3.0mm以上，并有蚀损，出现孔洞、

缺肉等现象

A涂层干膜厚度不小于原设计厚度的90%

B

涂层干膜厚度小于原设计厚度的90%且不小于原设计厚度的75%

1.2涂层厚度

C涂层干膜厚度小于原设计厚度的75%

D涂层干膜厚度小于原设计厚度的75%，刀刮容易剥离

A涂层完好，局部少量锈斑或锈迹，表面有少量分散浅锈坑，腐蚀率2%

B

涂层剥落，出现少而散较深锈坑，构件未明显削弱，腐蚀率2%6.5%

涂层大面积剥落，密集成片的锈坑群或表面庥面严重且区域较大，局部出现较C

1.3蚀余厚度

深锈坑，构件已有一定程度削弱，腐蚀率

6.5%12%

较深锈坑密集成片，局部出现很深锈坑，构件严重削弱，腐蚀率

D

12%20%

备注

闸门的构件当蚀余厚度小于6mm时该构件必须报废更换

有明显蚀坑，蚀坑深小于0.5mm，或虽有较深的蚀坑，深度在1.0mm~2.mmA

之间，但较分散。一般在300mm×300mm范围内不超过30个蚀坑，密集处不

超过60个

有明显蚀坑，蚀坑深小于0.5mm，或虽有较深的蚀坑，深度在1.0mm~2.mmB之间，但较分散。一般在300mm×300mm范围内不超过30个蚀坑，密集处不

1.4蚀坑深度

超过60个

蚀坑深度在1.0mm~2.0mm范围，一般在300mm×300mm范围内超过60个；C

或麻面现象较重，在300mm×300mm范围内虽不超过60个蚀坑，但深度在

2.5nmm以上

蚀坑较深且密集成片，构件局部有很深的蚀坑，深度在3.0mm以上，并有蚀损，

D出现孔洞、缺肉等现象

对于以上闸门包括腐蚀外观、涂层厚度、蚀余厚度及蚀坑深度各项指标，可以根据所获得的检测结果依据表2进行处理：（下转第130页）

130 中 国 水 运 第17卷

图2 凸轮烧溶照片

图3 原排气阀定时凸轮

图4 更换的备用凸轮

拆掉原有凸轮后，对凸轮轴进行抛光出理，更换了备用的修理凸轮。按照说明书中要求的提前角安装上备用凸轮。采取了双面对称上紧的办法对凸轮进行了上紧。实测排气阀定时上止点后117度；符合说明书要求。盘车试验未发现有卡阻的现象。主机启动，进行正倒车试验，逐渐加速到145RPM一切正常。图3和图4示出更换备用的排气凸轮过程。

四、管理过程中的注意事项

根据本船主机排气阀凸轮产生的滑移前后情况，我们应当吸取以下教训：

（1）保证分油机的的正常使用，对损坏的设备及时维修；保证燃烧良好；

（2）按照说明书要求定期检查维修排气阀，特别是阀杆和导套之间间隙的测量，保证在允许的范围内；

（3）在进行对排气阀检修时，不要忽视对排气阀驱动机构上面的液压安全阀的压力试验；

（4）根据说明书要求定期拆检驱动机构，避免出现驱动器卡死的现象；

（5）根据说明书要求定期检查凸轮与驱动器滚轮之间的接触情况；

（6）值班中，一旦设备出现的异常情况，应立即降速并通知驾驶台，机舱换油，通知轮机长，如条件允许，应立即停车检查。避免发生更严重的事故。

总之，排气阀工作环境比较恶劣，故障发生率较高。日常管理过程中，要时刻按照说明书要求，进行科学有效的维护保养，避免事故发生。

  （上接第128页）

表2 钢闸门结构评估分级及处理要求

等级 A B C D

分级标准

劣化度符合A级标准规定 劣化度符合B级标准规定 裂化度符合C级标准规定 劣化度符合D级标准规定

处理要求 不采取措施 及时采取修复措施 立即采取修复、补强措施 视条件采取修复、补强措施或报废

果确定其是否需要进行修复处理，为钢闸门锈蚀后是否需要修复提供判断和评价依据。

参考文献

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五、结论

通过以上研究，得到以下结论：

（1）以水工钢结构有关规范为依据，根据钢闸门结构特点和其使用环境，确定对水闸钢闸门锈蚀具有关键作用的检测与评价指标，得到包括腐蚀外观、涂层厚度、蚀余厚度和蚀坑深度的钢闸门锈蚀检测及评价指标体系。

（2）参照现行规范及相关文献，根据船闸闸门所处的环境等使用条件，根据受力及水位变动等特点对闸门进行区域划分，确定钢闸门各检测指标对应的检测方法。

（3）参照现行规范及相关文献，将各项目检测结果分为A、B、C、D四个不同等级，按相关规范的要求根据检测结