鄔顯強(qiáng) 曾繁欽 曾文

摘 要：為滿(mǎn)足白藤大閘重建工程通航孔的功能性與景觀適宜性，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的型式、具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行比選設(shè)計(jì)，確定有軌雙開(kāi)的新型弧形閘門(mén)為工作門(mén)的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)過(guò)程最大化保證了金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的安全、實(shí)用、美觀。

關(guān)鍵詞：白藤大閘 通航孔 金屬結(jié)構(gòu) 比選設(shè)計(jì) 工程景觀

1.引言

目前，在城市規(guī)劃中，水利工程與生態(tài)、景觀融合是亟需解決的熱點(diǎn)問(wèn)題，也是未來(lái)水利設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。白藤大閘是珠海市唯一的一座大型水閘，其周邊已成為珠海市、斗門(mén)區(qū)的重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。大閘重建工程除要求滿(mǎn)足傳統(tǒng)擋潮、排澇、通航、防咸等功能外，還對(duì)工程景觀提出了高要求，合理進(jìn)行通航孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建立水利工程風(fēng)景區(qū)，體現(xiàn)城市生態(tài)核心的重要一環(huán)。

2.通航孔金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1工程概況

白藤大閘重建工程等別為II等，規(guī)模為大（2）型。工程建筑物包括14孔水閘、1孔通航孔，總凈寬159m。其中通航孔凈寬12m，可通航最大噸位100噸的船舶。通航孔金屬結(jié)構(gòu)包括工作閘門(mén)、檢修閘門(mén)及活動(dòng)鋼橋及相應(yīng)的啟閉設(shè)備。

2.2通航孔工作閘門(mén)

2.2.1閘門(mén)門(mén)型比選

根據(jù)水工布置要求，工程設(shè)有1孔通航孔，通航孔可選閘門(mén)門(mén)型有：垂直提升門(mén)、升臥門(mén)、下臥門(mén)、有軌雙開(kāi)弧形閘門(mén)。為保證通航的凈空，若采用垂直提升門(mén)和升臥門(mén)均需設(shè)置排架；而采用下臥門(mén)、有軌雙開(kāi)弧形閘門(mén)則不用設(shè)置啟閉機(jī)排架。下臥門(mén)需在河床底部進(jìn)行開(kāi)挖，門(mén)底容易淤積，不利于檢修維護(hù)。

有軌雙開(kāi)弧形閘門(mén)為近年來(lái)生態(tài)水利、景觀水利相結(jié)合的門(mén)型，是介于三角閘門(mén)和橫拉門(mén)之間的一種新型閘門(mén)，可以實(shí)現(xiàn)雙向擋水，不需要設(shè)置啟閉機(jī)排架，景觀效果好，過(guò)船時(shí)不影響通航凈空和凈寬，但該閘門(mén)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，設(shè)計(jì)上具有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性。國(guó)內(nèi)已建成的案例較少，目前僅有兩例：常州牛塘防洪工程（單孔凈寬90m）和引江濟(jì)漢工程拾橋河樞紐（單孔凈寬60m）。

白藤大閘處于珠海市斗門(mén)區(qū)重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，工程的設(shè)計(jì)中要求突出開(kāi)放式城市水利風(fēng)景特色，提升城市形象。因此該通航孔工作閘門(mén)的設(shè)計(jì)擯棄了傳統(tǒng)的閘門(mén)型式，采用與城市生態(tài)建設(shè)相適宜的有軌雙開(kāi)弧形閘門(mén)。

2.2.2基本資料

（1）水文氣象。年平均氣溫：22.4℃，多年平均降雨量：1760～2325mm，實(shí)測(cè)年最大24小時(shí)降雨量482mm，設(shè)計(jì)風(fēng)速：14.8m/s。

（2）流量、特征水位。外江防洪（潮）設(shè)計(jì)水位：3.40m（P=1%），外江多年平均最高潮位：1.76m，內(nèi)河最高控制水位：0.50m，內(nèi)河最低控制水位（即景觀水位）：-0.30m，內(nèi)河正常蓄水位（即經(jīng)常性水位）：0m。

（3）通航孔運(yùn)行條件。本工程通航孔所在航道Ⅵ級(jí)，根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2014），航道最小控制水深為1.6m；航道設(shè)計(jì)通航水位主要由內(nèi)河常水位控制，為-0.3～0.5m，在開(kāi)啟通航孔時(shí)應(yīng)選擇在內(nèi)外水頭差不大于0.2m的時(shí)段。

2.2.3工作閘門(mén)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)及對(duì)策

（1）閘門(mén)總體布置。有軌雙開(kāi)弧形閘門(mén)主要由門(mén)體結(jié)構(gòu)、支承系統(tǒng)、止水系統(tǒng)等部分組成。門(mén)體結(jié)構(gòu)采用空間剛架結(jié)構(gòu)，包括面板系、支臂等。支承系統(tǒng)包括活動(dòng)支鉸和閘門(mén)底部支承。閘門(mén)關(guān)閉擋水時(shí)，水壓力由弧形面板梁格系通過(guò)支臂傳遞至支鉸，再由支鉸最終傳遞至閘首邊墩上，豎向力則由底部支承和活動(dòng)支鉸承受。

通航孔閘室凈寬12.0m，閘室底板高程-2.80m，閘內(nèi)外水位基本齊平時(shí)開(kāi)閘通航，采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉操作。閘門(mén)在上、下游水位基本齊平時(shí)啟閉（水頭差小于0.2m）。閘門(mén)面板為弧形面板，R=6800mm，支臂支承中心線與通航孔中心線夾角為32.5°。通航孔工作閘門(mén)布置圖見(jiàn)圖1～圖2。

（2）閘門(mén)活動(dòng)支鉸設(shè)計(jì)。閘門(mén)活動(dòng)支鉸采用鑄鋼支鉸，自潤(rùn)滑球面軸承支承。同時(shí)為了克服活動(dòng)支鉸承受豎直荷載的難題，軸端部支承在混凝土牛腿，可承受門(mén)體部分豎向荷載，大大提高了活動(dòng)支鉸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的安全性和可靠性。

（3）閘門(mén)底部支承設(shè)計(jì)為了選擇一種運(yùn)行可靠、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、維護(hù)方便的閘門(mén)底部支承型式，設(shè)計(jì)中研究了滑塊支承和滾輪支承兩種常見(jiàn)支承型式。滑塊支承不用設(shè)置較高的軌道，門(mén)底淤積情況相對(duì)較好，滑塊承載力高，摩擦系數(shù)相比滾輪大，相應(yīng)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)容量較大；滾輪支承的主要優(yōu)點(diǎn)是滾輪摩擦系數(shù)小，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)容量較小且易于布置閘門(mén)底止水。綜合比較后，采用滾輪支承型式，沿閘門(mén)底部弧長(zhǎng)方向設(shè)置2個(gè)滾輪，滾輪直徑為Φ500mm，采用自潤(rùn)滑軸承。

（4）啟閉機(jī)設(shè)計(jì)。通航孔工作閘門(mén)采用2×250KN/2×250KN的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行操作，啟閉機(jī)支鉸安裝高程為1.9m，油缸工作行程為3793mm，啟閉工作閘門(mén)時(shí)間4m in，啟門(mén)速度約1m/min，液壓系統(tǒng)最大壓力≤20MPa。液壓泵站采用比例泵進(jìn)行控制。活動(dòng)鋼橋與單側(cè)雙開(kāi)弧形閘門(mén)共用1套電氣控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)兩根液壓桿運(yùn)行同步。

2.3通航孔檢修閘門(mén)

2.3.1閘門(mén)選型

通航孔閘室底板常年處于水下，為滿(mǎn)足通航孔閘室及金屬結(jié)構(gòu)的檢修條件，在閘室的內(nèi)河、外江側(cè)均設(shè)置1道檢修門(mén)。浮式疊梁門(mén)各節(jié)性質(zhì)一致，通用性強(qiáng)，重量輕，啟閉容量要求低。此工程通航孔檢修閘門(mén)利用浮式疊梁門(mén)節(jié)約鋼材的同時(shí)減小啟閉容量，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

2.3.2閘門(mén)設(shè)計(jì)

閘室寬度12.0m，底坎高程-3.25m，閘門(mén)靜水閉門(mén)、平壓開(kāi)啟。采用浮式疊梁平面滑動(dòng)閘門(mén)，單節(jié)1m，板梁結(jié)構(gòu)，滑道支承。閘門(mén)為雙吊點(diǎn)，吊點(diǎn)設(shè)在疊梁的頂部，單節(jié)閘門(mén)重量約6噸，采用2×50KN臨時(shí)設(shè)備操作。平時(shí)不用時(shí)存放在門(mén)庫(kù)中。

2.4通航孔活動(dòng)鋼橋

2.4.1活動(dòng)鋼橋選型

根據(jù)水工布置要求，通航孔處需設(shè)置1座活動(dòng)鋼橋，目前常用的活動(dòng)鋼橋型式有垂直提升式活動(dòng)鋼橋、液壓頂升式或斜拉式活動(dòng)鋼橋。從美學(xué)角度該工程不考慮設(shè)置啟閉機(jī)排架的垂直提升式活動(dòng)鋼橋。根據(jù)我公司已有的類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，采用頂升式活動(dòng)鋼橋液壓時(shí)啟閉機(jī)支鉸座處受力狀態(tài)優(yōu)于斜拉式活動(dòng)鋼橋，且我公司已獲得頂升式活動(dòng)鋼橋國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利，并成功用于同類(lèi)工程。本次設(shè)計(jì)采用頂升式活動(dòng)鋼橋。

2.4.2活動(dòng)鋼橋布置

鋼橋按四級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，活動(dòng)鋼橋橋?qū)?2m，兩側(cè)各設(shè)1.25m人行道，支承跨度16.48m。活動(dòng)鋼橋由固定橋體和活動(dòng)鋼橋體兩部分組成，活動(dòng)鋼橋體可繞活動(dòng)支鉸座旋轉(zhuǎn)，活動(dòng)鋼橋最大開(kāi)啟角度為65°，對(duì)應(yīng)活動(dòng)鋼橋通航凈空約11.9m，滿(mǎn)足通航凈空的要求。平時(shí)鋼橋置于閘面通行車(chē)輛和行人，需通航過(guò)船時(shí)全開(kāi)。活動(dòng)鋼橋縱剖面布置圖見(jiàn)圖3。

2.4.3活動(dòng)鋼橋設(shè)計(jì)

活動(dòng)鋼橋采用雙主梁結(jié)構(gòu)，主縱梁為箱型截面，抗彎抗扭剛度強(qiáng)。箱梁梁高為1200mm，間距為7600mm，主橫梁為焊接工字鋼截面，梁高為700mm，梁間距為1500mm，次梁為工22?；顒?dòng)支鉸座及液壓?jiǎn)㈤]機(jī)支鉸座均采用自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承。為了減少橋體重量，適當(dāng)減小鋼結(jié)構(gòu)截面尺寸，活動(dòng)鋼橋橋體采用Q345B作為主材。

活動(dòng)鋼橋采用2×2000/2×2000KN的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行操作，啟閉機(jī)支鉸安裝高程為-2.885m，油缸工作行程為2012mm，油缸最大行程為2250mm，啟閉活動(dòng)鋼橋時(shí)間為3min，啟閉速度約0.7m/min，液壓系統(tǒng)最大壓力≤20MPa。

3.結(jié)語(yǔ)

白藤大閘通航孔金屬結(jié)構(gòu)已制造安裝完成，運(yùn)行情況良好。該工程外形美觀度要求高，設(shè)計(jì)難度較大。設(shè)計(jì)方案在總結(jié)傳統(tǒng)閘門(mén)型式基礎(chǔ)上，探索了新的設(shè)計(jì)思路，使金屬結(jié)構(gòu)的布置合理實(shí)用、欣賞價(jià)值高。設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)水利現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展具有一定價(jià)值。

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