淺談城鎮(zhèn)防洪交通閘鋼閘門選型設(shè)計

牛 聞

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院 陜西 西安 710001）

1 概述

我國現(xiàn)有很多城市、集鎮(zhèn)緊鄰河流，汛期洪水位有時高于城區(qū)路面，為保障城區(qū)防洪安全，在城區(qū)與河道之間設(shè)有防洪堤以阻擋洪水倒灌進入城區(qū)。沿河堤方向常布置有交通閘用于穿躍河堤進出城區(qū)，洪水來臨時關(guān)閉閘門阻洪保城。因此鋼閘門的應(yīng)用與河道上擋水閘門相比，具有以下鮮明的特點：

(1)洪水來臨前關(guān)門、退去后開門，打開或者關(guān)閉時均在無水時進行，開關(guān)時間不應(yīng)過長；

(2)使用頻率很低，但安全性要求很高；

(3)閘門擋水水位不高、啟閉力不大，一般不設(shè)固定的開關(guān)設(shè)備；

(4)不影響城市交通能力，還應(yīng)與周圍建筑、景觀效果相協(xié)調(diào)。

2 閘門型式及其特點

常用的城鎮(zhèn)防洪鋼閘門有“人”字型閘門、單扉或雙扉“一”字型閘門、橫拉閘門、下轉(zhuǎn)軸式翻轉(zhuǎn)閘門、插板式閘門、上升或下降式閘門等多種型式。各門型結(jié)構(gòu)和布置特點如下：

2.1 “人”字型閘門

“人”字型閘門由兩扇各自繞其端部豎軸轉(zhuǎn)動的門葉組成，每扇門的跨度約為孔口寬度的55%。閘門在關(guān)閉位置時，兩扇門在中部斜接柱上相互支承，門扇軸線傾角多為22.5°，在平面上形成三鉸拱，端部轉(zhuǎn)軸將水壓力傳遞給兩側(cè)閘墻混凝土上。

此閘門的閘墩長度由孔口寬度、穩(wěn)定計算和抗滑計算后決定，單扇門葉嵌入閘墩，閘墩長度約為孔口寬度的0.8～1.5倍。每扇門在開啟后都處于閘墩的門龕內(nèi)，門葉與閘墩側(cè)墻齊平，不擠占交通空間。閘門關(guān)閉受三鉸拱的作用，減小了主梁彎矩，經(jīng)濟性較好。面板通常布置在擋水面的下游側(cè)，打開閘門后面板處于門龕外側(cè)，可對面板進行裝飾，與建筑風(fēng)格協(xié)調(diào)可做成浮雕、彩繪、公益宣傳欄等，使門體不顯得呆板、生硬。轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)宜采用自潤滑材料，摩擦系數(shù)小。通常不設(shè)專用的啟閉設(shè)備，人力推動很輕松自如。相對于其他幾種布置方式有以下特點：要求閘墩長度較大，閘門布置簡捷，受力結(jié)構(gòu)更合理，開關(guān)較為方便。

原安康市大橋閘布置2孔10m（孔口寬）×3m（閘門高）-2.8m（水頭高）“人”字型閘門，閘墩長14m，門重19t。閘門關(guān)閉后與閘墩垂線夾角為22.5°，頂?shù)讟休S承采用青銅軸承，4個人手推閘門即可實現(xiàn)其關(guān)閉，關(guān)閉到位需半小時，運行較為靈活簡便。

2.2 “一”字型閘門

“一”字型閘門操作、布置與“人”字型閘門基本相同，只是關(guān)閉后閘門擋水面垂直于水流方向，沒有拱效應(yīng)，需設(shè)支承塊抵擋水壓作用。小孔口可以做成單扉，寬孔口宜做成雙扉。此閘門同樣可嵌入閘墩門龕內(nèi)，面板與閘墩齊平。由于沒有拱推力作用，閘墩厚度略小、長度略短。關(guān)閉閘門方式與“人”字型閘門相同，只是需要安裝臨時擋塊。對于城門洞型中間大兩邊小的城市交通建筑，“一”字型閘門是一個合理的選擇，中間孔對開對關(guān)，兩側(cè)孔同時對開對關(guān)，城市景觀效果較好。如安康市興安門城防東堤上布置3孔防洪閘門，其中心位于興安路中軸線上，左右孔采用單扉4m（孔口寬）×4m（水頭高）“一”字型閘門，中孔采用雙扉10m（孔口寬）×4m（水頭高）“一”字型閘門，運行情況良好。

2.3 橫拉閘門

橫拉閘門為沿水平方向移動的平面閘門，門葉結(jié)構(gòu)與平面閘門類似。由于閘門橫向移動，閘門重力作用在下部（或上部）支承滾輪上，可以極大的降低移動阻力。這種閘門可用于較大的孔口，閘墩寬度較小，不影響交通凈空尺寸。橫拉閘適用于單孔或兩孔，但不適用多孔。閘門一般藏在兩側(cè)墻體內(nèi)，故需在防洪堤內(nèi)設(shè)置比閘門總寬長的門庫存放閘門，維修不太方便。小門可靠人力推動其開、關(guān)，較大的可以采用機械牽引或電力驅(qū)動的自動行走機構(gòu)進行操作。

2.4 下轉(zhuǎn)軸式翻轉(zhuǎn)閘門

下轉(zhuǎn)軸式翻轉(zhuǎn)閘門是利用外力驅(qū)動門葉繞底軸轉(zhuǎn)動的平面閘門，適用于孔口較寬，最大可以做到40m，最大高度可以做到5m，底樞間距一般為3m～5m。翻轉(zhuǎn)閘門平時向下游放倒與地面齊平，面板朝上。此門型不影響交通凈空尺寸，閘墩長度小，閘室高度也較低。閘門結(jié)構(gòu)除滿足正常工作時水壓、風(fēng)壓、破浪以及行人或車輛通行需要的強度、剛度外，還應(yīng)考慮過行荷載引起的結(jié)構(gòu)和零部件局部破壞、震動破壞等不利的影響，加大了日常維護的工作量。小門可以采用手動導(dǎo)鏈牽引翻轉(zhuǎn)，大的可設(shè)置機械或者液壓驅(qū)動其翻轉(zhuǎn)，如果液壓驅(qū)動配置蓄能器，可實現(xiàn)無電情況下閘門的正常運行。

2.5 插板式閘門

插板式閘門結(jié)構(gòu)形式為多節(jié)并排布置的懸臂閘門。閘門結(jié)構(gòu)簡單，可以組合成任意寬度，適合沒有防洪堤的開敞段，每節(jié)門體寬度應(yīng)根據(jù)需要孔口寬度、運輸單元、吊裝設(shè)備等綜合考慮，可以做到12m甚至更寬，有效擋水高度一般不高于3.5m。防洪時安裝閘門，插板門與地面常用連接型式有底座螺栓連接、插槽連接等，通行時拆除閘門放置于門庫內(nèi)，門庫應(yīng)設(shè)在距離閘室不遠的地方，閘底板鋪設(shè)混凝土（或鋼）蓋板后再通車。

插板式閘門可實現(xiàn)完全不影響建筑體型，裝飾風(fēng)格統(tǒng)一、整體效果較好；不影響交通凈空尺寸；孔口寬度完全不受限制；閘墩長度和兩側(cè)邊墻厚度均可以做到很小，土建工程量較??；平常存放于門庫里，維護、檢修次數(shù)少；各節(jié)門體結(jié)構(gòu)一致，加工制造較簡單等優(yōu)點，使這種門型近年來得到較多應(yīng)用。如目前在安康市漢江一橋南橋頭大橋閘改造中，中孔交通道寬26m，布置一扇26m（孔口寬）×2.7m（水頭高）插板式閘門，每2m一節(jié)，并排布置13節(jié)；左右人行道寬各8m，布置為兩扇8m（孔口寬）×2.7m（水頭高）的插板式閘門，每2m一節(jié)，并排各布置4節(jié)，目前已經(jīng)通過了竣工驗收。

在設(shè)計和使用中，也發(fā)現(xiàn)了此門型的很多不足之處：各節(jié)門體安裝時均需精確定位，就位操作較為費時，如安裝上述工程中的21節(jié)插板門體約需10小時，因此當節(jié)數(shù)較多時安裝時間相對較長，會影響交通運行；需在防洪閘附近建造專用的儲存門庫、配置專用的吊裝設(shè)備和專門的操作管理人員，對安裝人員需要提前進行演練、培訓(xùn)，增加了運輸、維護、管理等費用；需加設(shè)蓋板，洪水來臨前待城區(qū)人員撤離后，方可拆除蓋板，安裝閘門，汛后拆除閘門后再安裝蓋板，不僅增加了蓋板的工程量，還費時費力。

插板式閘門作為一種近年來才采用的新型門型，設(shè)計時應(yīng)進行不斷地優(yōu)化，以下是筆者的一些建議：此門型常見的是設(shè)計成長方型，這樣的設(shè)計安裝時，要保證節(jié)間密封，就需要側(cè)向拉緊（或頂緊），而且最后安裝的一節(jié)不易插入，費工費時。如果將閘門設(shè)計成梯形，一正一倒放置，最后放置中間一個倒梯形，安裝會容易些，依靠倒置梯形門的自重也可自然壓緊節(jié)間水封。另外，由于城市防洪閘一般擋水水頭比較低，超過5m的都比較少，水利水電工程常用的止水橡皮如P60-A、P45-A、L型水封斷面尺寸過大，顯得僵硬，在選擇時可采用斷面比較小、較柔軟一些的，這樣方便預(yù)壓，降低安裝阻力。

2.6 上升或下降式閘門

上升或下降式閘門就是沿著軌道上升或下沉的平面閘門，防洪時降落或提起閘門到工作位置擋水。上升式閘門，需要設(shè)置鎖定平臺安全鎖定閘門；下沉閘門需要對閘底板以下設(shè)置門庫，通行時設(shè)備操作閘門下沉到門庫里，門庫頂加設(shè)蓋板后再通車。這兩種閘門，對擋水高度不超過3m的比較合適，隨著水頭升高，占用的上升、下沉空間較大，以致閘室高度增大或者閘底開挖較大。當孔口尺寸較大時，為滿足閘門剛度，閘門整體重量較大，需要設(shè)置專門的啟閉設(shè)備，造價高。此門型不適用景觀要求較高的閘室。

3 結(jié)語

城鎮(zhèn)防洪鋼閘門是汛期防洪的重要設(shè)施，防洪等級較高，因此在設(shè)計選型時要求具有很高的安全性、操作時間盡量短，還要綜合防洪、交通、景觀、運行維護方便等方面考慮。在相同的條件下，選取合適的門型，往往決定著工程的成敗。以下是筆者對門型選取的一點建議：

（1）由于“人”字型閘門受力結(jié)構(gòu)合理，安全性較高，操作方便且耗時較短，如果閘墩長度允許，建議首選“人”字型閘門；

（2）對于窄高的小孔口，宜選單扉“一”字型閘門，其兩側(cè)均有較好的支承，安全性較好，操作比較簡單；

（3）當閘門使用頻率很低、安裝時間允許較長、對景觀效果要求較高時，可選取插板式閘門。但門型不宜布置在主交通路段、城門洞型的堤防缺口等，建議在布置在洞口外，這樣就不會因門洞空間限制閘門吊裝，方便安裝。陜西水利

[1]水電站機電設(shè)計手冊[M].北京：水利電力出版社出版，1988.

[2]陜西省陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院安康北堤大橋頭交通閘人字閘門改造工程竣工設(shè)計報告[R],2010.

[3]陜西省陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院安康城防東堤興安門工程設(shè)計竣工報告[R]，2003.

[4]陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院.安康漢江一橋南橋頭閘門改建工程初步設(shè)計報告[R]，2014.