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        一種新型雙扉擋潮閘在?;◢u1# 橋閘中的應用

        2022-03-19 07:53:30游孟陶胡添翼常智慧
        城市道橋與防洪 2022年2期
        關鍵詞:啟閉機閘門景觀

        游孟陶,胡添翼,常智慧

        [上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司,上海市200092]

        0 引言

        近年來,隨著全球氣侯變暖加劇,極端天氣日益頻發(fā)。濱海地區(qū)一線擋潮閘在日益頻繁的風暴潮及洪水的侵襲下,承擔了愈發(fā)重要的防洪防潮功能。由于直面風浪襲擊,風浪強,潮差高,跨度大,受力條件復雜,一線擋潮閘始終是防潮工程設計中的重要難點。目前應用較多的閘門型式包括直升門、升臥門、弧形門、雙扉門、鋼壩閘等[1],但是由于自身的局限,上述門型都存在各自的應用盲區(qū)。如何揚長避短,優(yōu)化創(chuàng)新,尋找更具普適性的閘門型式,是今后擋潮閘研究的重要方向。本文以海南自貿(mào)港?;◢u1# 橋閘工程設計為例,介紹了一種新型的上下雙扉門型閘門,在確保防潮安全的前提下,優(yōu)化了水閘的受力結構,改善了水閘的景觀效果,有效降低了工程投資,值得進一步推廣應用。

        1 擋潮閘概述

        擋潮閘多位于河道入???,與一線海塘連接,直面海洋風暴襲擊,同時承受河道行洪壓力,兼具防潮、防洪的重要功能,目前應用較多的閘門型式主要包括直升門、升臥門、弧形門、雙扉門、鋼壩閘等。

        1.1 平面鋼直門

        直升式平面鋼閘門作為一種傳統(tǒng)的門型,廣泛應用于各種節(jié)制閘工程。該門型結構簡單、布置容易、運行可靠、便于維護、造價較低,可以滿足雙向擋水、動水局部開啟控制流量的要求。但該門型需要較高的排架和啟閉機房,景觀效果較差(見圖1)。

        圖1 直升門示意圖

        1.2 升臥門

        升臥門是平面直升門的一種變型,具有結構簡單,布置容易,運行可靠、便于維護,造價較低等優(yōu)點,同時閘門開啟后橫臥于工作橋下,能適當降低啟閉機排架的高度,景觀效果優(yōu)于直升門(見圖2)。

        圖2 升臥門示意圖

        1.3 上下雙扉門

        上下雙扉門為平面直升門的改進型,將傳統(tǒng)的一扇直升門分為上、下兩扇門,在保證防潮安全的同時,適當降低了啟閉機排架的高度(見圖3)。

        圖3 雙扉門示意圖

        1.4 鋼壩閘

        鋼壩閘是近年較為流行的一種閘門型式,該閘門主要由液壓啟閉機、傳動底軸、門頁三部分組成。閘門平時藏于水下,關閘時通過啟閉機帶動底軸翻轉門頁關閉。該門型景觀效果好,但是運行可靠性略差,適用于安全要求較低的景觀水閘(見圖4)。

        圖4 鋼壩閘示意圖

        2 ?;◢u1#橋閘工程

        恒大?;◢u位于海南自貿(mào)港西部,是我國著名的海島旅游度假區(qū),其中1# 橋閘工程連接1# 島與3# 島,既承擔了區(qū)域防潮的重要功能,也是區(qū)域內(nèi)重要的景觀節(jié)點工程(見圖5)。

        圖5 ?;◢u1# 橋閘工程區(qū)位圖

        海花島1# 橋閘工程防潮標準為100 a 一遇高潮位+12 級臺風,主橋總長度478 m,水閘孔口凈寬354 m,引堤長580 m,為國內(nèi)最大的跨海橋閘工程。為確保滿足區(qū)域防洪擋潮的重要功能,又有效滿足橋閘景觀功能,本工程采用了“橋+ 閘+ 橋”的總體布置方案,將水閘隱藏在橋梁中間,有效改善了橋閘景觀(見圖6)。

        圖6 海花島1# 橋閘典型斷面

        本工程共布置29 孔閘門,其中1 孔為通航孔,單孔凈寬18 m,其余28 孔凈寬均為12 m,總凈口寬354 m,單孔閘高10 m。本次設計在吸收傳統(tǒng)升臥門、上下雙扉門優(yōu)缺點的基礎上,閘門采用了直升門加升臥門的新型上下雙扉門型式(見圖7)。下扉門為升臥門,為露頂式平面滾輪支承鋼閘門結構,主要承受靜水壓力和部分波浪壓力;上扉門為直升門,為露頂式平面滑塊支承鋼閘門結構,主要承受波浪壓力。

        圖7 新型雙扉擋潮閘門示意

        該門型降低了單扇閘門高度,降低了單扇閘門尺寸及重量(尤其和上下等厚的單扇閘門方案相比,雙扉門中的上扉門不承受靜水壓力,尺寸重量容易控制,雙扉門方案整體重量相較單扇閘門方案更?。?,降低了閘門生產(chǎn)、運輸及安裝的難度,也降低了單臺啟閉機的起吊重量,有效節(jié)省了工程投資;該門型下扉門采用升臥門,啟門后平躺于啟閉機平臺下方,較傳統(tǒng)上下扉門進一步降低了啟閉機平臺高度,可有效改善橋閘景觀效果;根據(jù)物模受力分析,該門型閘門在擋潮工況下的應力條件明顯改善,有效提升了閘門長期運行的安全可靠性;根據(jù)物模試驗,該門型越浪量很小,可完全滿足相關要求,橋閘整體效果圖見圖8。

        圖8 ?;◢u1# 橋閘整體效果

        3 閘門特性物理模型試驗研究

        3.1 試驗方法

        為了對閘門的工作情況做進一步分析,根據(jù)前文布置方案,通過波浪斷面物理模型試驗的方法,對閘門的波壓力、越浪量等內(nèi)容進行研究。試驗分為兩組,一組為前文介紹的新型雙扉擋潮閘門;另一組為單扇升臥門方案,作為對照組(見圖9、圖10)。

        圖9 單扇升臥門模型

        圖10 雙扉門模型

        3.2 試驗結果及分析

        3.2.1 閘門波壓力

        在100 a 一遇高水位下100 a 一遇波浪作用下,采用單扇升臥門設計方案時:非通航閘門最大正向波壓力為194.23 kPa,最大負向波壓力為40.78 kPa;通航閘門最大正向波壓力為195.36 kPa,最大負向波壓力為40.06 kPa;最大正向波壓力出現(xiàn)在靜水面附近位置,最大負向波壓力則出現(xiàn)在靠近閘底部位置處(見表1)。

        表1 閘門波壓力對比

        采用雙扉閘門設計方案時:非通航閘門最大正向波壓力為169.75 kPa,最大負向波壓力為49.88 kPa;通航閘門最大正向波壓力為174.73 kPa,最大負向波壓力為48.36 kPa;最大正向波壓力出現(xiàn)在靜水面附近位置,最大負向波壓力則出現(xiàn)在靠近閘底部位置處。

        試驗結果表明,雙扉門最大波壓力比一體式升臥門方案減小12%左右,閘門所受波壓力明顯減小,初步推測是由于上下扉閘門的兩扇門之間順水流方向前后錯位,相較于傳統(tǒng)單扇閘門方案起到一定的消浪效果;由于采用分體式閘門設計,單個閘門的受力更加明確合理,便于分別進行設計。

        3.2.2 閘門越浪量分析

        在100 a 一遇高水位+100 a 一遇波浪情況下,閘門門頂高程+7.0 m 時,采用單扇閘門設計方案,越浪量為0.27 m3/m/s;采用雙扉門設計方案,由于下扉門是升臥門,需要在防浪結構預留吊孔,越浪量稍大,為0.29 m3/m/s,但兩種閘門方案的越浪量差別不大。

        4 結論

        本文以?;◢u1# 橋閘工程為例,應用了一種新型雙扉擋潮閘門,下扉門為露頂式平面滾輪支承鋼閘門,上扉門為露頂式平面滑塊支承鋼閘門。物理模型試驗結果表明,和傳統(tǒng)單扇升臥門相比,這種閘門所受浪壓力明顯小于傳統(tǒng)單升臥門方案,結構受力更加合理;與此同時,這種閘門的擋浪效果和傳統(tǒng)單扇升臥門相近。綜上所述,本文提出的新型雙扉擋潮閘門景觀效果優(yōu)秀、經(jīng)濟性良好、受力也十分合理,值得進一步應用和推廣。

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