升降式檢修閘門的設(shè)計(jì)與研究

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000）

1 概況

淮北大堤渦河左右堤蒙城局段沿堤共有中、小型涵閘35 座，其中小型34 座、中型節(jié)制閘1 座，共60 孔、啟閉機(jī)63 臺(tái)。沿渦河小涵閘分部廣、數(shù)量多，基層管理單位人員少，涵閘工程的日常管理和維修養(yǎng)護(hù)任務(wù)十分繁重。

蒙城局所管轄的涵閘大多建于20世紀(jì)60年代，2006年前后進(jìn)行過一次除險(xiǎn)加固，由于受管理體制和人員經(jīng)費(fèi)等因素的制約，之后只針對(duì)部分銹蝕和損毀嚴(yán)重的進(jìn)行局部的維修養(yǎng)護(hù)。2018年開始，管理機(jī)構(gòu)開始分批對(duì)涵閘進(jìn)行專業(yè)的維修養(yǎng)護(hù)，但在項(xiàng)目的實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)，由于年代久遠(yuǎn)，前述涵閘均沒有檢修閘門，而該35 座涵閘大部分都是潛孔式，涵閘的維修養(yǎng)護(hù)甚至是常規(guī)檢查等工作必須待水位較低或者提閘放水后才可正常開展，給大壩帶來一定的安全隱患，也造成水資源的浪費(fèi)，不利于沿岸百姓的生產(chǎn)生活。

2 方案研究

在該項(xiàng)目的實(shí)施過程中，檢修閘門有的用在工作閘門前，有的用在工作閘門后，因而，就會(huì)出現(xiàn)檢修閘門在動(dòng)水中啟閉的情況，為此，應(yīng)重點(diǎn)考慮動(dòng)水中檢修閘門啟閉受力的問題，同時(shí)，還應(yīng)考慮后文提到的基礎(chǔ)底座的重心與浮心位置的關(guān)系，可通過配裝活動(dòng)底座來降低重心，通過試算即可滿足使用要求，操作起來也較為簡單。

針對(duì)常見的檢修閘門的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與研究，常見的有單節(jié)浮箱式、多節(jié)浮箱式、疊梁式以及簡化的平板焊式接檢修閘門等。首先，應(yīng)使下述的基礎(chǔ)底座重心保持在一個(gè)豎直平面內(nèi)，在能保證基礎(chǔ)底座穩(wěn)定的前提下，還應(yīng)考慮其與配重的活動(dòng)底座的關(guān)系以及力的傳遞問題。通過對(duì)比并根據(jù)淮北大堤中小型涵閘的特征和現(xiàn)狀，選定采用液壓驅(qū)動(dòng)可組合的升降式檢修閘門，并將固定部分和擋水部分獨(dú)立設(shè)計(jì)，能較好地滿足實(shí)際需求。同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）采用可拆卸式設(shè)計(jì)，適用范圍廣，能節(jié)省大量人力、物力和財(cái)力；（2）安裝、調(diào)試、運(yùn)行等均可實(shí)現(xiàn)在水上操作的安全、穩(wěn)定、可靠；（3）整體結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)輸方便，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)；（4）在滿足前述大多數(shù)中小型涵閘使用要求時(shí)，有較好的強(qiáng)度剛度和力學(xué)性能。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 基礎(chǔ)底座結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 基礎(chǔ)底座1 和2 連接示意圖

圖3 檢修閘門剖視示意圖

檢修閘門兩側(cè)的底座利用現(xiàn)有涵閘預(yù)留的檢修門槽，分別設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底座1 和基礎(chǔ)底座2，基礎(chǔ)底座1 和2 的外側(cè)靠近上端均焊接有驅(qū)動(dòng)桿固定耳，基礎(chǔ)底座1 和2 的中間對(duì)稱開有矩形承載槽，該承載槽用來放置擋水板；在基礎(chǔ)底座1 上設(shè)置卡槽，基礎(chǔ)底座2 上設(shè)置卡塊，基礎(chǔ)底座1 和2 通過卡槽與卡塊的過盈配合實(shí)現(xiàn)連接與密封；液壓驅(qū)動(dòng)桿底部設(shè)置有固定地腳，與基礎(chǔ)底座連接后傾斜角度可以分別調(diào)節(jié)，具體結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

基礎(chǔ)底座1 和2 的側(cè)面開有排水孔，頂部設(shè)有貫穿至排水孔的滑槽，根據(jù)滑槽和排水孔的尺寸對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)升降式螺桿，螺桿上端裝有手動(dòng)轉(zhuǎn)盤，下端裝有碟板；根據(jù)前述矩形承載槽的尺寸設(shè)計(jì)擋水板，該擋水板的上部焊接有拉環(huán)，擋水板一方面可以實(shí)現(xiàn)擋水，另一方面在基礎(chǔ)底座1 和2 通過卡槽和卡塊連接的時(shí)候起到限位作用，如圖3所示。

3.2 力學(xué)分析

按照前述的方案，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，擬對(duì)檢修閘門在水中工作時(shí)的受力情況進(jìn)行分析與計(jì)算，其公式為：

式中： Fw為檢修閘門閉門所需的總力；TN為水對(duì)檢修閘門的總壓力，將其解為垂直方向的支承分力Td和水平方向的水阻分力Tf，當(dāng)閘門在靜水中工作時(shí)，水對(duì)閘門的總壓力TN為0，即兩個(gè)方向上的分力Td、Tf均為0；nG為閘門自重的修正系數(shù)，在此可將其簡化，取nG=1.0；G 為閘門總重量，即G=G1+nG2，其中G1為基礎(chǔ)底座部分，G2位根據(jù)使用配裝的活動(dòng)底座部分；Pi、Wi分別為水對(duì)閘門上下表面的壓力，其差值即可視為檢修閘門的浮力。

根據(jù)前述分析，對(duì)檢修閘門受力進(jìn)行簡化，可得以下公式：

式中：F1、F2分別為閘門底座和擋水板在水中的浮力。將其結(jié)構(gòu)簡化成規(guī)則形體即可通過浮力公式計(jì)算，則通過公式可得出：當(dāng)Fw≥0，則需額外增加閘門底座和擋水板配重；當(dāng)Fw≤0，則閘門可依靠自重實(shí)現(xiàn)閉門擋水。

3.3 實(shí)現(xiàn)過程

首先將基礎(chǔ)底座1 和基礎(chǔ)底座2 安裝在水閘的檢修門槽內(nèi)，卡槽與卡塊滑動(dòng)卡接，再將擋水板放置在基礎(chǔ)底座1 和2 之間的矩形承載槽內(nèi)，并通過轉(zhuǎn)盤，使螺桿下降帶動(dòng)蝶板堵住排水孔；之后安裝四個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)桿，并調(diào)整其角度使固定地腳抵住地面，對(duì)基礎(chǔ)底座1 和2 的位置進(jìn)行限定，再將其間的水抽去，由此即可實(shí)現(xiàn)臨時(shí)擋水，可對(duì)水閘進(jìn)行維修、養(yǎng)護(hù)、檢查等。

工作完成后，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，使螺桿帶動(dòng)蝶板上升，基礎(chǔ)底座1 和2 兩側(cè)的水通過排水孔流出，當(dāng)兩側(cè)水位相同時(shí)，利用拉環(huán)取出擋水板，再將基礎(chǔ)底座1 和2 取出即可。同時(shí)，為滿足不同尺寸的水閘檢修門槽，可根據(jù)一批檢修門槽的尺寸，綜合設(shè)計(jì)一組可拆卸式的底座，通過螺栓分別與基礎(chǔ)底座1 和2 相連接。

4 防滲止水設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，檢修閘門防滲止水通常采用止水橡皮、水泥檀條裹棉胎、水泥檀條壓不透水彩條布、刷粉煤灰以及下潛水用膠棉或焊接堵漏等方式，通過研究發(fā)現(xiàn)，以上方法均存在前期準(zhǔn)備時(shí)間長、實(shí)施過程復(fù)雜、成本高、風(fēng)險(xiǎn)大等問題，并不適合中小型水閘的常規(guī)檢查、維修養(yǎng)護(hù)、除險(xiǎn)加固等實(shí)際需求。為此，擬采用多層不透水幕布組成的防滲止水帷幕來實(shí)現(xiàn)檢修閘門的防滲止水，具有操作簡單、造價(jià)低、效果好等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

檢修閘門因?yàn)槠綍r(shí)使用較少，在水閘工程主體設(shè)計(jì)中常常被忽略，但在水工程的日常運(yùn)行管理與維護(hù)，尤其是專業(yè)維修和除險(xiǎn)加固等卻是至關(guān)重要。上述結(jié)構(gòu)形式的檢修閘門構(gòu)思新穎、獨(dú)特，充分考慮了強(qiáng)度、剛度、主體結(jié)構(gòu)布置、零部件選型、防滲止水等，但是，還僅僅停留在設(shè)計(jì)研究階段，后期隨著水利工程的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用，在工程實(shí)踐中，尚有諸多細(xì)節(jié)問題有待探討與解決■