串場河防洪閘人字閘門設計

劉 良 李華偉

串場河防洪閘人字閘門設計

劉 良 李華偉

一、工程概況

串場河防洪閘工程地處鹽城市市區東南部，為市區Ⅲ＃防洪區骨干封閉工程之一，位于串場河與三墩港交匯處的串場河上，閘址中心線距三墩港河口約200m，主要功能是汛期擋洪和排澇，同時結合串場河航道要求，兼有Ⅵ級航道的通航功能，工程規模根據串場河航道要求確定，設計閘孔凈寬24.0m，底板頂面高程-2.10m，通航凈高不小于4.5m，2級建筑物。

二、門型選擇

根據鹽城市城市防洪規劃要求，串場河防洪閘總體布置不但要滿足通航和汛期擋洪要求，而且要滿足景觀和綠化要求，從而改善城市風貌，創建生態型美麗城市。

根據以上原則，采用傳統的平面直升鋼閘門和平面升臥鋼閘門等門型很難滿足景觀要求，為此設計提出采用人字閘門。如果采用人字閘門方案，可把橋梁建在建筑物上方，啟閉機安裝在橋下，這樣河道兩側景觀和橋梁景觀有機結合在一起，并具有層次感。

為了確保工程安全運行，并節省投資，設計采用兩側墩墻下布設管樁基礎的雙鉸底板結構型式，此結構會因不均勻沉降影響人字閘門運行。經設計人員計算并委托河海大學采用有限元分析，兩側沉降差為5mm。同時，該閘門處于常開狀態，僅在汛期需攔洪時才關閉，采用人字閘門方案是合適的。后經施工期沉降觀測，兩側沉降差為3mm，基本避免了沉降變形不利于人字閘門運行的風險，

經過認真分析，最終確定采用人字閘門設計方案。

三、人字閘門設計

串場河防洪閘人字閘門單扇尺寸為14.18m×6.10m×1.4m（寬×高×厚），門扇的軸線與閘室橫軸線的夾角為22.5°，左右兩扇閘門對稱于閘孔中心線，共計1孔，2扇閘門，門葉結構材料Q235B，焊條采用E4303。設計水位：圩外3.30m，圩內1.20m。閘門采用單向止水，底、側止水均采用P50-6型橡皮止水，材料SF6674。

1.人字閘門寬高比

人字閘門寬高比為2.32，寬高比偏大，門體懸臂端易下垂，門體矩形輪廓容易變形，為了解決此問題，設計采用在靠近懸臂端最下兩道主梁之間增設浮箱和采用預應力背斜桿等措施，不但解決了門體下垂問題，而且保護了頂樞和底樞裝置，加強了門體的抗彎剛度和抗扭剛度。

2.主梁設計

考慮頂主梁可能受到船舶或漂浮物的撞擊，并為了加強閘門整體剛度，頂、底主梁采用與其他主梁相同截面，因此設計采用6主梁實腹式變截面結構型式，主梁與門軸柱和斜接柱連接部位采用開口截面，便于焊接和支枕墊座安裝調試。主梁荷載跨度L0=14.18m，主梁荷載強度q=23.1kN/m。主梁的計算截面及主要計算成果見表1。

3.頂樞和底樞設計

頂樞和底樞的作用是保證門體能夠繞著豎軸旋轉啟閉，并且支承整個門體，是人字閘門非常重要的部件。

頂樞形式主要有兩種：雙拉桿頂樞和三根拉桿組成的三角形桁架式頂樞。前者構造簡單，但不能承受和傳遞較大的作用力；后者構造復雜，制造精度要求高，但承載能力大。經過計算頂樞拉桿最大拉力為494kN，兩種結構形式均滿足設計要求，綜合考慮頂樞采用雙拉桿式，雙拉桿夾角為80°，拉桿直徑為120mm，材料45號鋼。為保證門扇的轉軸始終處于垂直位置，拉桿上需設可調整拉桿長度的花籃螺母，但拉桿的花籃螺母會因壅水波浪涌動等原因，導致螺帽松動甚至脫落而造成事故，故設計采用下列措施：頂樞調整到位后，用鋼筋 6φ12×500mm把兩個止動螺母焊死，鋼筋分別焊在止動螺母六個邊上。錨定構件預埋螺栓采用M42×1000mm，在滿足錨固長度的基礎上，在混凝土內設置鋼筋網，把預埋螺栓焊在鋼筋網上。

底樞形式主要有兩種：固定式底樞和可動式底樞。固定式頂樞一般與連續式支枕墊座配套使用，可動式頂樞一般與分段式支枕墊座配套使用。雖然采用分段式支承裝置，但考慮主梁比較密、關門時間比較短和采用耐磨損的鋼支承，設計底樞采用固定式，底樞承座與底梁腹板采用23只φ24mm鉸制孔螺栓連接，并在底梁上設抗剪板，底樞承座材料ZG270-500；蘑菇頭采用球R130mm，材料ZG310-570，表面焊3mm0Cr26Ni5Mo不銹鋼；蘑菇頭襯墊采用鋼基銅塑復合材料?？紤]人字閘門運用不頻繁，底樞檢修概率低，為了節約投資，設計僅考慮在人字閘門前后設置檢修門槽，未配置檢修閘門。

表1 主梁的計算截面及主要計算成果

表2 頂、底樞計算成果

表3 啟門力計算成果

頂、底樞計算成果見表2。

4.支承裝置

支枕墊座按構造不同分為分段式和連續式，前者受限于承載能力多用于中等船閘人字閘門，但也能用于大型閘門中；后者承載能力大，但安裝調試復雜。針對本工程特點，雖然跨度大，但是設計水頭小，閘門高度小，各主梁軸力小，因此設計采用分段式支承裝置，各主梁端部對應設置支枕墊座，材料ZG310-570。

土建墩墻不均勻沉降和閘門焊接變形會影響門軸柱與斜接柱支枕墊座有效接觸，從而改變閘門受力狀態，設計采用下列措施：待沉降基本穩定后，再調整門軸柱與斜接柱支枕墊座，保證閘門受力軸線正確，全部支枕墊塊接觸在同一垂線上，再灌入環氧砂漿。

5.啟閉設備

一般壅水高度對人字閘門所產生的阻力占總啟閉力70%以上，因此壅水高度取值非常關鍵。取值過低，閘門開啟困難；取值過高，不僅造成頂樞和底樞斷面尺寸增大，而且造成啟閉設備造價偏高。針對本工程運行工況要求，確定最不利工況為設計水位1.70m時，壅水高度取0.20m。啟門力計算成果見表3。

為了滿足城市防洪景觀需要，啟閉設備采用YJQ-RC250I-4382B液壓集成式啟閉機，具有結構緊湊、經濟性好、安全可靠、安裝維修方便等優點。

四、結語

自2007年6月金屬結構設備投入運行至今，人字閘門運行狀況正常。

永久縫設置在閘室底板上時，只要處理好地基和根據地基情況考慮地基的不均勻沉降對閘門強度、止水和啟閉的影響，采用人字閘門方案是可行的。

對于寬高比較大的人字閘門，建議在閘門開門狀態下，在閘門懸臂端底梁下增設楔塊，使閘門由一端固定一端自由變成一端固定一端簡支，以防止閘門下垂，保護閘門頂、底樞裝置

中水淮河規劃設計研究有限公司 233001）