升掛式閘門在灤河生態(tài)防洪工程中的應(yīng)用

□郭紹艾 李志國

升掛式閘門在灤河生態(tài)防洪工程中的應(yīng)用

□郭紹艾 李志國

升掛式閘門提出閘孔后，由豎直狀態(tài)空中翻轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，平臥懸掛于洪水位以上。水閘采用升掛式閘門，可有效降低啟閉機(jī)室排架高度，提高閘室抗震性能，改善閘室受力條件，降低工程投資。本文主要介紹了升掛式閘門的適用條件、閘室布置和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對設(shè)計(jì)蓄水位和洪水位相差較大的水閘設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

升掛式；閘門；設(shè)計(jì)

為攔蓄小洪水及大、中洪水灤河生態(tài)防洪工程4號(hào)橡膠壩位于遷安市爪村大橋下游1.55km灤河主槽，由橡膠壩和泄水閘組成。主要任務(wù)是攔截洪水的尾水，形成水面補(bǔ)充地下水，同時(shí)為避免頻繁升壩塌壩，布置泄水閘滿足非汛期洪水過流和下游灌區(qū)用水要求。橡膠壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，洪峰流量13818m3/s，設(shè)計(jì)洪水位47.05m,50年一遇校核洪水位48.37m，設(shè)計(jì)蓄水位41.0m。洪水位與蓄水位相差7.37m，為使泄水閘啟閉靈活可靠，不影響河道行洪，需采取措施有效降低啟閉機(jī)的高度。

1.閘門型式選擇

根據(jù)泄水閘的功能要求，閘門型式設(shè)計(jì)比選了平面直升門、弧形門、翻板門、人字門、舌瓣門方案，各方案均有優(yōu)缺點(diǎn)。

弧形門、翻板門、人字門、舌瓣門雖能均能降低啟閉機(jī)室高度或取消啟閉機(jī)室，但河道行洪期間閘門處在洪水中，部分影響河道行洪，在洪水位超過閘墩頂運(yùn)行時(shí)，啟閉設(shè)備浸水嚴(yán)重影響閘門正常運(yùn)行甚至造成啟閉設(shè)備損壞。

平面直升勢閘門是應(yīng)用十分廣泛的門型，它能滿足各種類型泄水孔道的要求，可以提升至設(shè)計(jì)洪水位以上，不影響河道行洪，啟閉設(shè)備不受洪水影響，運(yùn)用靈活可靠。但平面直升閘門需要增加啟閉機(jī)高度，在地震等荷載作用下閘室受力狀態(tài)差，增加工程投資。

為節(jié)省工程投資，方便管理運(yùn)用，在平面直升門的前提下，通過科研攻關(guān)，設(shè)計(jì)選用了一種升掛式閘門。閘門提出閘孔后，由豎直狀態(tài)空中翻轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，平臥懸掛于洪水位以上。

2.閘室布置

泄水閘共2孔，單孔凈寬8.0m。閘室為開敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，2孔一聯(lián)。工作門為升掛式平板鋼閘門，設(shè)主、輔2臺(tái)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，工作門前設(shè)檢修門槽。

閘室順?biāo)鞣较蜷L12.0m,底板厚度1.20m,中墩厚度1.2m,邊墩厚度1.0m,閘底板高程36.5m，墩頂高程42.0m,排架柱頂高程50.37m，比采用直升式閘門排架高度降低5.6m。排架柱面500×600mm，橫梁斷面尺寸400× 500mm。

主起升啟閉機(jī)選為固定卷揚(yáng)QP-2×160kN，揚(yáng)程8.5m，輔助啟閉機(jī)選為固定卷揚(yáng)QP-2×100kN，揚(yáng)程8m，共4臺(tái)。

3.設(shè)計(jì)要點(diǎn)

升掛式閘門水閘總體布置、水力計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算與常規(guī)水閘相同，只是閘門結(jié)構(gòu)、啟閉方式等有所區(qū)別，分別介紹如下。

3.1 啟閉機(jī)布置

1扇閘門設(shè)主、輔兩臺(tái)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，均安置在排架頂部啟閉機(jī)室內(nèi)。在水平方向，輔助啟閉機(jī)吊點(diǎn)中心線至主啟閉機(jī)吊點(diǎn)中心線之間的距離等于閘門平臥時(shí)上部吊點(diǎn)與下部吊點(diǎn)之間的距離。閘門開啟后可水平懸掛于主、輔助啟閉機(jī)之間機(jī)架橋下，懸掛高度高于河道洪水位。

3.2 啟閉方式

當(dāng)河道發(fā)生洪水閘門開啟時(shí)，先按照閘門開啟制度由主啟閉機(jī)將閘門提出閘室，然后將輔助啟閉機(jī)的吊鉤與閘門下部吊耳相連，開啟輔助啟閉機(jī)將閘門翻轉(zhuǎn)至平臥，再由主、輔啟閉機(jī)共同將閘門提升并懸掛于洪水位以上。

閘門在平臥懸掛狀態(tài)關(guān)閉時(shí)，首先由輔助啟閉機(jī)下落，使閘門由平臥懸掛轉(zhuǎn)為主啟閉機(jī)垂直懸掛狀態(tài)，然后解除輔助啟閉機(jī)吊鉤與閘門下部吊耳的連結(jié)，再由主起升啟閉機(jī)下落閘門至閘底。

3.3 啟門力計(jì)算

根據(jù)閘門運(yùn)用方式，卷揚(yáng)式啟閉機(jī)比較適合升掛式閘門啟閉。主啟閉機(jī)啟、閉門力計(jì)算方法與直升式閘門相同；輔啟閉機(jī)啟門力,隨閘門由豎向翻轉(zhuǎn)到水平狀態(tài)，輔助啟閉機(jī)提升力由小逐漸變大。閘門水平懸吊時(shí)，輔助啟閉機(jī)最大啟門力與閘門重心至主啟閉機(jī)吊點(diǎn)距離成正比，計(jì)算公式如下：

F=G×L1/L

式中：

F—啟門力（kN）；

G—閘門總重量（N）；

L—閘門吊頭吊點(diǎn)中心至閘門下端吊鉤啟吊中心線距離（m）;

L1—閘門重心至閘門上端吊頭吊點(diǎn)中心線距離（m）。

4.效益分析

灤河遷安市段生態(tài)防洪工程4號(hào)橡膠壩泄水閘采用升掛式閘門，達(dá)到了降低閘門啟閉機(jī)室排架設(shè)計(jì)高度，提高閘室抗震性能，改善閘室受力條件，降低工程投資的目的。與采用直升式閘門相比較，閘室工程量及直接費(fèi)投資變化如下。

啟閉機(jī)室排架高度減小5.6m，地震力明顯減小，排架結(jié)構(gòu)斷面尺寸縮小46%，節(jié)省混凝土49m3，鋼筋4.5t，節(jié)省資金4.9萬元。

閘室地基應(yīng)力減小,基地應(yīng)力不均勻系數(shù)明顯減小，受力條件改善，閘室段長度縮短14.3%，閘墩厚度減薄23%，節(jié)省混凝土118.8m3，鋼筋7.2t，節(jié)省資金9.66萬元。

啟閉機(jī)室與管理處連接橋橋面高程降低5.6m,減少混凝土62.0m3,鋼筋6.145t，漿砌石107.4m3，節(jié)省工程投資9.16萬元。

增加輔助啟閉機(jī)設(shè)備購置費(fèi)8.0萬元。

綜上述，采用升掛式閘門水閘節(jié)省直接工程費(fèi)15.72萬元，占閘室投資的8%。

5.結(jié)語

4號(hào)橡膠壩泄水閘工程已于2012年6月建成并投入運(yùn)用，經(jīng)歷了4個(gè)汛期，洪水到來之前閘門開啟，洪水后期關(guān)閘蓄水，閘門運(yùn)用靈活、安全可靠，很好地解決了閘門在河道行洪期間阻水影響泄洪的難題。設(shè)計(jì)研究的“一種水利工程水閘升掛式閘門”，2013年10月獲得國家專利,專利號(hào)：ZL201320071661.4?！?/p>

2016-05-06

郭紹艾，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，正高級(jí)工程師。

李志國，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，正高級(jí)工程師。