車陂涌水閘閘門選型及設(shè)計

李珍祥

（廣東省水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣州 510635）

車陂涌水閘閘門選型及設(shè)計

李珍祥

（廣東省水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣州 510635）

綜合橡膠壩、鋼壩以及翻板閘門的特點，結(jié)合車陂涌水閘防洪、防潮以及景觀等功能要求，經(jīng)比較分析確定車陂涌水閘閘門型式采用液壓升臥式翻板閘門。該閘門由平面閘門門葉與弧形閘門支臂組合而成，采用弧形閘門啟閉機啟閉。經(jīng)運行發(fā)現(xiàn)，車陂涌水閘閘門可有效滿足防洪、防潮、通航、景觀等要求，對有景觀要求的水閘工程有一定的參考價值。

液壓升臥式翻板閘門；水閘；景觀；車陂涌

1 工程概況

車陂涌水閘的主要任務(wù)為防御外江的最高洪潮水位，避免車陂涌兩岸低洼地帶發(fā)生浸漫，同時還要暢泄上游的洪水，并兼顧維持日常河涌內(nèi)的水景觀，以美化河涌兩岸的環(huán)境。本水閘共設(shè)有3孔凈寬為18 m的露頂閘孔，底坎高程為-1.75 m，閘前設(shè)計潮水位為2.62 m，涌內(nèi)設(shè)計洪水位為2.32 m，涌內(nèi)景觀水位為0.80 m。

閘門平時關(guān)閉擋水，保持涌內(nèi)0.80 m的景觀水位，當內(nèi)涌水位高于景觀水位0.8 m并高于外江水位時，多余水量從設(shè)于閘門上的拍門排出；當外江發(fā)生洪潮時，閘門及拍門關(guān)閉擋水；當內(nèi)涌發(fā)生洪水或有清污船與龍舟需過閘時，敞開閘門。車陂涌水閘平面布置見圖1。

圖1 車陂涌水閘平面布置圖

2 閘門及啟閉機比選

鑒于車陂涌水閘位于廣州市區(qū)，其除應(yīng)符合防洪、防潮及通航等要求外，還需滿足環(huán)境、景觀等要求，本工程閘門與啟閉機型式的選擇本著順應(yīng)景觀水利的要求，避免傳統(tǒng)閘門布置所需突起的啟閉機排架，同時滿足防洪、防潮及通航等要求的原則，對較為常見的橡膠壩、鋼壩、翻板閘進行比較分析，最后選出符合本工程要求的閘門與啟閉機型式。

2.1 橡膠壩[1]

橡膠壩是利用橡膠袋來控制擋水和泄水的水工建筑物，通過向橡膠袋內(nèi)充水或充氣使袋體膨脹形壩體實現(xiàn)擋水；通過將袋中的水或氣釋放實現(xiàn)壩體坍塌，達到放水泄洪的效果。

橡膠壩的結(jié)構(gòu)型式較為簡單，可以通過壩頂溢流制造瀑布效果，可以很好地滿足景觀要求，故而在城市河涌應(yīng)用較為普遍。但是，由于橡膠自身的物理化學(xué)特性，當受到玻璃等鋒利物品劃割時，易受損壞，加之橡膠易老化的特性，橡膠壩的使用壽命通常較短。另外，實現(xiàn)坍壩泄洪和升壩蓄水均需要較長操作的時間。

2.2 鋼壩

鋼壩是一種新型的擋水建筑物，其結(jié)構(gòu)型式與底臥式鋼閘門類似，區(qū)別在于其尺寸較大。鋼壩主要由門葉與固定在水閘底板上的軸組成，并通過液壓啟閉設(shè)備實現(xiàn)鋼壩的升起與臥倒。閘門底部的橫軸與埋置于混凝土中的鉸支座連接，底橫軸的兩端設(shè)置啟動臂，啟動臂的上端與液壓啟閉機連接。液壓啟閉機通常安裝于兩側(cè)閘墻內(nèi)，并與閘門底部的轉(zhuǎn)動軸相連接。閘門在關(guān)閉時向上游或下游幾乎完全平臥于河道底面。

鋼壩的結(jié)構(gòu)型式較為簡單，且由于與之配套的液壓啟閉機及其附屬設(shè)施均隱藏于閘墻內(nèi)，故而整體外觀簡潔。由于鋼壩通過門頂溢流的方式進行泄洪，往往會形成類似于橡膠壩的瀑布景觀效果。通過液壓啟閉機啟閉閘門，其啟閉效率較橡膠壩有很大提高，可有效保證泄洪效果。

2.3 翻板閘門[2]

2.3.1 水力自動翻板閘門

水力自動翻板閘門是目前國內(nèi)最常見的一類閘門，由于其具有不需要外力進行操作，且不需要人工干預(yù)，能根據(jù)水位情況自動運行，對維護管理人員要求不高等等諸多優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用。

水力自動翻板閘門是根據(jù)水位的變化利用水力和閘門重量相互制衡，實現(xiàn)閘門自動開啟和關(guān)閉的一類閘門。作用在閘門上，使閘門發(fā)生轉(zhuǎn)動的主要為閘門自身的重量、水對閘門的壓力以及克服轉(zhuǎn)動的摩阻力，以上3個力關(guān)于支鉸點的力矩平衡時閘門處于靜止狀態(tài)，當力矩之和不平衡時，閘門會繞著支鉸點發(fā)生轉(zhuǎn)動，直到達到平衡點后重新靜止。當閘門的重量和摩阻力關(guān)于支鉸點的力矩之和大于水壓力對于支鉸點的力矩時，閘門處于關(guān)閉擋水狀態(tài)；隨著水位的抬高，水壓力的增大，水壓力對支鉸點的力矩漸漸增加大，并超過閘門的重量和摩阻力關(guān)于支鉸點的力矩之和，閘門逐漸開啟，實現(xiàn)泄洪；反之，閘門將逐漸關(guān)閉，實現(xiàn)擋水。

水力自動翻板閘門是通過閘門自身的重量、水對閘門的壓力以及克服轉(zhuǎn)動的摩阻力，對于支鉸點的力矩平衡來實現(xiàn)閘門的啟閉，不能人工操作，操作缺乏靈活性。

2.3.2 液壓控制翻板閘門

液壓控制翻板閘門較之水力自動翻板閘門而言，增設(shè)了液壓啟閉機系統(tǒng)控制閘門的啟、閉，其余結(jié)構(gòu)型式與水力自動翻板閘門類似。由于其具有控制閘門啟、閉的液壓系統(tǒng)，閘門啟、閉時機可被靈活的掌握，且可根據(jù)需要控制閘門的開度。

2.3.3 升臥式翻板閘門[3]

升臥式翻板閘門采用下懸臂輪代替常規(guī)翻板閘門的支鉸，使得閘門工作時可繞下懸臂輪軸轉(zhuǎn)動，其門槽型與普通平面閘門門槽型式相差不大，僅將門槽頂部的軌道改成弧形，以方便閘門升臥。閘門關(guān)閉擋水狀態(tài)與平面閘門擋水狀態(tài)一致，僅在閘門全開時，門葉通過弧形軌道升臥在閘室頂部。

升臥式翻板閘門既有升臥式閘門可以大大降低啟閉機排架的高度的優(yōu)點，又克服了常規(guī)翻板閘門門葉不能提出水面檢修、影響通航高度的缺點。

本工程處于天然河道，采用橡膠壩易被損壞，且橡膠壩充水（氣）時間長，不能很好地適應(yīng)擋潮的要求；鋼壩能很好的滿足通航、擋潮等要求，但是成本相對較高；水力自動翻板閘門不能按景觀要求精確的控制水位，且不能滿足通航要求；液壓控制翻板閘門液壓缸容易受水流沖擊及垃圾纏繞；升臥式翻板閘門能很好的滿足通航、防洪、防潮等要求，但是需要設(shè)啟閉機室，與景觀不協(xié)調(diào)。除此之外，因為本工程控制涌內(nèi)景觀水位為0.80 m，由于河道天然來水量隨時間變化，以上型式的閘門需要頻繁操作，不利于以后的管理運行。

3 車陂涌水閘閘門選型及設(shè)計

3.1 閘門整體布置

鑒于以上情況，結(jié)合本工程實際要求，根據(jù)液控翻板閘門、升臥式翻板閘門及其啟閉機的布置特點，車陂涌水閘工作閘門型式采用翻轉(zhuǎn)式閘門，結(jié)構(gòu)型式采用平面閘門門葉與類似于弧形閘門支臂組合的型式（見圖2）。閘門關(guān)閉擋御外江洪潮時，閘門通過支臂支鉸和支墊承受外江潮、洪水正向水壓；當涌內(nèi)景觀水位高于外江潮水位時，依靠閘門自重產(chǎn)生的力矩抵抗水壓力產(chǎn)生的力矩。閘門啟閉機采用雙吊點中間鉸點擺式液壓啟閉機，液壓缸設(shè)于工作橋上游側(cè)，支鉸高程為2.85 m，活塞桿與閘門邊柱連接；閘門敞開時翻轉(zhuǎn)至與橋面齊平，此時可排洪，船也可以從底部通過。每扇閘門設(shè)8孔尺寸為0.5 m×1 m的拍門，拍門底高程為0.8 m，當內(nèi)涌水位高于景觀水位0.8 m并高于外江水位時，多余水量可從設(shè)于閘門上的拍門排出。

該布置方式能很好地滿足通航、防洪、防潮等要求，啟閉機液壓缸布置于水位之上，不容易受水流沖擊及垃圾纏繞，不需要設(shè)啟閉機室，與景觀不協(xié)調(diào)。除此之外，閘門上設(shè)置拍門可有效地控制涌內(nèi)景觀水位為0.80 m，管理運行方便。

圖2 車陂涌水閘閘門布置圖

車陂涌水閘工作閘門門葉結(jié)構(gòu)按設(shè)計潮水位2.62 m設(shè)計，型式采用升臥式平面鋼閘門，具體為采用平面鋼閘門門葉與類似弧形閘門支臂組合的型式，包括平面鋼閘門水封、弧形閘門支鉸以及鎖定裝置等附屬結(jié)構(gòu)部件。類似于弧形閘門的支臂布置于閘門兩側(cè)的邊梁上，支臂支鉸與支鉸座的連接與安裝與弧形閘門支鉸安裝連接類似，支臂支鉸高程1.30 m。閘門吊耳布置于門葉兩側(cè)邊梁頂部，并與布置在兩側(cè)閘墩上的液壓啟閉機連接。閘門通過液壓啟閉機活塞桿收縮實現(xiàn)啟門，設(shè)計啟門力為2×1 000 kN，依靠自重閉門。工作閘門門葉尺寸為（寬×高×厚）17.96 m×4.85 m×1.68 m，旋轉(zhuǎn)半徑為2.8 m。

閘門處于關(guān)閉狀態(tài)時，門葉直立在門槽中，實現(xiàn)擋潮和維持景觀水位功能；閘門打開時，門葉繞支鉸座旋轉(zhuǎn)至平臥于水面之上，實現(xiàn)泄洪和通航功能。工作閘門在全開位置時門底高程3.30 m。車陂涌水閘效果見圖3。

圖3 車陂涌水閘效果圖

3.2 閘門結(jié)構(gòu)布置

閘門門葉結(jié)構(gòu)類型參照平面閘門的門葉結(jié)構(gòu)，面板布置在擋潮側(cè)，在面板后設(shè)置主橫梁、次橫梁、縱梁以及邊梁的結(jié)構(gòu)型式。主橫梁采用實腹式工字鋼截面焊接結(jié)構(gòu)；次橫梁布置在閘門頂部和底部，型式采用槽鋼；縱梁截面采用T型焊接結(jié)構(gòu)；邊梁亦采用實腹式焊接工字鋼結(jié)構(gòu)。所有的主梁、次梁以及邊梁采用同層布置。閘門支臂型式與弧形閘門支臂相仿。上、下兩支臂均通過高強螺栓與閘門邊梁后翼板相連，且上、下支臂腹板通過加強板連接在一起，以增加其抗剪能力。上、下支臂的截面型式均為焊接工字鋼截面。左、右兩側(cè)支臂均通過高強螺栓與連接在支鉸座上的支鉸相連。支鉸采用鑄件，通過自潤滑軸承與固定在牛腿中的支鉸座相連。支鉸裝置為圓柱鉸，由支鉸軸、支鉸座、滑動軸承組成。為適應(yīng)工程有擋潮和維持景觀水位的要求，故而閘門側(cè)水封采用雙P頭截面型的橡膠水封，以實現(xiàn)雙向擋水要求；底水封采用常規(guī)的刀型橡膠水封。支承中心到閘墩邊緣的距離2.0 m，閘門支承中心距16.7 m。閘門吊耳結(jié)構(gòu)布置在閘門頂部邊梁后翼緣板之上，2個吊耳間距與兩邊支臂間距相同，吊點中心距16.7 m。門葉結(jié)構(gòu)及支臂材料采用Q235B。門葉結(jié)構(gòu)布置見圖4。

圖4 門葉結(jié)構(gòu)布置圖

3.3 閘門鎖定結(jié)構(gòu)

車陂涌水閘閘門鎖定型采用電動鎖定裝置，其由鎖定梁和推動鎖定梁前后移動的電動推桿組成。鎖定裝置安裝于閘墩頂部，非鎖定狀態(tài)時，鎖定梁通過電動推桿收縮回閘墩內(nèi)，不影響閘門正常啟閉；當需要鎖定時，將閘門打開至全開位置，鎖定裝置的鎖定梁通過電動推桿推出閘墩，鎖定閘門。鎖定裝置型式見圖5。

4 結(jié)語

本文綜合分析了較常見的閘、壩的型式和特點，結(jié)合車陂涌水閘防洪、防潮以及景觀等要求，在對車陂涌水閘進行門型選擇時，采用了液壓升臥式翻板閘門。該種型式閘門綜合了橡膠壩、鋼壩、翻板閘門等類型水閘的優(yōu)點，經(jīng)運行發(fā)現(xiàn)在閉門狀態(tài)時，可以實現(xiàn)擋潮功能，并可通過設(shè)置于閘門上的拍門實現(xiàn)維持內(nèi)涌景觀水位；在閘門全開狀態(tài)時，門葉平臥于交通橋上游側(cè)，有較好的景觀效果，并可以讓龍舟順利的從閘門下面通過；此種布置方式能有效滿足水利功能、景觀和美學(xué)等要求，對景觀水閘工程有一定的借鑒意義。

圖5 鎖定裝置型式

[1] 張家松.底橫軸旋轉(zhuǎn)鋼閘門與橡膠壩分析比較及應(yīng)用[J].水利科學(xué)與工程技術(shù)，2012（4）：40-43.

[2] 陶光慧.淺析城市景觀翻板閘門的設(shè)計選型[J].四川水力發(fā)電，2014（2）：75-78.

[3] 劉細龍，賀高年.論升臥式翻板閘門[J].廣東水利水電，2011（10）：54-55.

（責任編輯：周 群）

Gate type selection and design of Chepiyong water gate

LI Zhen-xiang
（Guangzhou Hydropower Planning&Design Institute，Guangzhou 510635，China）

According to the characteristics of rubber dam，steel dam and flap gate，combined with the functional re?quirements such as flood protection，tide control and scenery，hydraulic L horizontal flap gate was adopted for Chepiyong water gate.This type of gate consists of flat gate leaf and radial gate arm，and is equipped with radial gate hoist.The water gate had been put into operation，and is able to satisfy the requirements of flood protection，tide control navigation and scenery.

Hydraulic L horizontal flap gate；water gate；scenery；Chepiyong

TV663

B

1003-1510（2016）03-0035-04

2016-04-22

李珍祥（1986-），男，重慶萬州人，廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院工程師，學(xué)士，從事水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。