□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)計要點，對設(shè)計蓄水位和洪水位相差較大的水閘設(shè)計具有借鑒意義。

升掛式；閘門；設(shè)計

為攔蓄小洪水及大、中洪水灤河生態(tài)防洪工程4號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，形成水面補充地下水，同時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)計洪水標準20年一遇，洪峰流量13818m3/s，設(shè)計洪水位47.05m,50年一遇校核洪水位48.37m，設(shè)計蓄水位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。

弧形門、翻板門、人字門、舌瓣門雖能均能降低啟閉機室高度或取消啟閉機室，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行時，啟閉設(shè)備浸水嚴重影響閘門正常運行甚至造成啟閉設(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)計洪水位以上，不影響河道行洪，啟閉設(shè)備不受洪水影響，運用靈活可靠。但平面直升閘門需要增加啟閉機高度，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，方便管理運用，在平面直升門的前提下，通過科研攻關(guān)，設(shè)計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臺卷揚式啟閉機，工作門前設(shè)檢修門槽。

閘室順水流方向長12.0m,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。

主起升啟閉機選為固定卷揚QP-2×160kN，揚程8.5m，輔助啟閉機選為固定卷揚QP-2×100kN，揚程8m，共4臺。

3.設(shè)計要點

升掛式閘門水閘總體布置、水力計算、穩(wěn)定計算、結(jié)構(gòu)計算與常規(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 啟閉機布置

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

3.2 啟閉方式

當河道發(fā)生洪水閘門開啟時，先按照閘門開啟制度由主啟閉機將閘門提出閘室，然后將輔助啟閉機的吊鉤與閘門下部吊耳相連，開啟輔助啟閉機將閘門翻轉(zhuǎn)至平臥，再由主、輔啟閉機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，首先由輔助啟閉機下落，使閘門由平臥懸掛轉(zhuǎn)為主啟閉機垂直懸掛狀態(tài)，然后解除輔助啟閉機吊鉤與閘門下部吊耳的連結(jié)，再由主起升啟閉機下落閘門至閘底。

3.3 啟門力計算

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

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號橡膠壩泄水閘采用升掛式閘門，達到了降低閘門啟閉機室排架設(shè)計高度，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投資變化如下。

啟閉機室排架高度減小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。

增加輔助啟閉機設(shè)備購置費8.0萬元。

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

5.結(jié)語

4號橡膠壩泄水閘工程已于2012年6月建成并投入運用，經(jīng)歷了4個汛期，洪水到來之前閘門開啟，洪水后期關(guān)閘蓄水，閘門運用靈活、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：ZL201320071661.4。□

2016-05-06

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

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