探討城市水利工程中金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李佳子

摘 要：在現(xiàn)代城市水利工程中，隨著金屬生產(chǎn)水平的日益提升，金屬結(jié)構(gòu)在水利工程中的應(yīng)用也越來越多，對水利工程功能完善和發(fā)揮起著重要作用。本文就以某些城市水利工程為例，對幾種閘門金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用展開探討，希望為類似工程提供一定借鑒，提高金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：城市水利工程；金屬結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號：TV34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0100-02

近些年來，城市經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的進(jìn)步，水利工程作為市政工程的重要組成部分，與城市生態(tài)環(huán)境之間有密切聯(lián)系，城市水利工程建設(shè)也開始大量進(jìn)行。相較于普通的水利工程，城市水利工程具有運(yùn)行條件較為復(fù)雜、功能較多以及景觀性強(qiáng)等特點(diǎn)，需要做好金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使其達(dá)到城市水利工程的要求。

1 下沉式閘門金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在A城市水利工程中，該工程處于城市的中心城區(qū)，是一項(xiàng)綜合性工程，涉及到水利、市政以及給排水等多個(gè)方面，水渠屬于城市內(nèi)河，長度為3.5km，寬度為10～30m，深度為3.5m，在水利工程布置上，包括引水渠系、過船設(shè)施、橋涵與提水泵站等。

在此水利工程中，對于閘門設(shè)計(jì)的要求包括滿足功能需求、保持與周邊景觀的統(tǒng)一兩方面，根據(jù)此要求，在金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采取了下沉式閘門結(jié)構(gòu)，具體應(yīng)用為：在內(nèi)河與外部水域連接部位，設(shè)置雙通道的門機(jī)過船設(shè)施，其組成部分包括4×100kN的單向門機(jī)、門機(jī)軌道與吊籃等，過船方式為垂直提升，即船舶進(jìn)入吊籃后，由門機(jī)進(jìn)行垂直提升和水平移動(dòng)，達(dá)到指定位置后放下船舶，可以在5～6min內(nèi)完成船舶的通行[1]。

在兩門機(jī)之間設(shè)置U型滑道，滑道為下滑式，材料選用不銹鋼，滑道進(jìn)口處采用下沉式閘門，在下沉狀態(tài)時(shí)，船舶可以從閘門的頂部經(jīng)過滑道進(jìn)入內(nèi)河的出口，在提升狀態(tài)時(shí)，可以將孔口封閉。此閘門材料為復(fù)合材料反彈性滑塊，吊點(diǎn)共設(shè)置兩個(gè)，采取后止水方式，門葉、胸墻上分別設(shè)計(jì)有一道止水，提升方式為液壓式啟閉機(jī)，避免高排架給船舶通行帶來的不利影響。

2 雙節(jié)式閘門金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在B城市水利工程中，對閘門的功能要求包括城市堤防、阻擋外河倒灌、提高泄洪能力、保持內(nèi)河景觀水位、改成水環(huán)境等，在閘門設(shè)計(jì)中，閘門選用5孔閘，每孔的凈寬應(yīng)當(dāng)達(dá)到12m，外泄流量可以達(dá)到952m3/s，在運(yùn)行要求上，當(dāng)汛期時(shí)，內(nèi)河水位低于外河水位，閘門需要起到防洪倒灌的作用；在內(nèi)河水位超出外河水位時(shí)，閘門可以迅速進(jìn)行排澇；在內(nèi)河水位超出景觀水位時(shí)，閘門開啟可以起到有效的水位調(diào)節(jié)作用。此外，在閘門設(shè)計(jì)中，還要兼顧安全、可靠以及自動(dòng)化程度高、操作簡單等特點(diǎn)，為其實(shí)際應(yīng)用提供便利；最后，從景觀性的角度出發(fā)，閘門金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不宜采取外露的閘門結(jié)構(gòu)、過高的啟閉機(jī)排架，并綜合考慮安全性、及時(shí)性、經(jīng)濟(jì)型等多個(gè)角度內(nèi)容，對閘門金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

根據(jù)上述要求，在此城市水利工程中，采取了雙節(jié)式閘門金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即由兩節(jié)不同式樣的閘門來組成一個(gè)閘門，其中，上節(jié)為翻板式，下節(jié)為垂直升降式，但都屬于平面滑動(dòng)鋼閘門；在集成式液壓啟閉機(jī)配置上，上節(jié)采取擺動(dòng)式，下節(jié)采取倒掛式。在此設(shè)計(jì)中，下節(jié)閘門的作用雙向擋水，主要是對景觀水位進(jìn)行維持、對內(nèi)河水位進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般情況下，下節(jié)閘門是一直關(guān)閉的，門頂可以將超出一定高度的水分直接溢出，在需要進(jìn)行內(nèi)河排澇時(shí)，才需要開啟下節(jié)閘門，加快泄水速度；上節(jié)閘門對外河水具有單向防洪作用，預(yù)防倒灌，在大多時(shí)候，上節(jié)閘門是需要開啟的，在汛期時(shí)進(jìn)行關(guān)閉[2]。

在此種閘門金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，具有的優(yōu)點(diǎn)為：①通過兩節(jié)閘門的組合，分別承擔(dān)不同作用，分工明確，彼此互不影響，可以減少閘門開啟或關(guān)閉的操作次數(shù)，提高閘門運(yùn)用效果，達(dá)到預(yù)期的防洪、排澇以及內(nèi)河景觀水位維持等作用；②在上節(jié)閘門的操作中，啟閉機(jī)配置方式可以使閘門圍繞門頂支鉸完成90°角的旋轉(zhuǎn)，從垂直狀態(tài)完成轉(zhuǎn)換為全開平臥狀態(tài)，與工作橋地面平行，不會(huì)對水閘景觀性產(chǎn)生影響；下節(jié)閘門操作借助其設(shè)計(jì)的啟閉機(jī)配置方式，門體會(huì)被液壓缸插入，土建排架的高度可以適當(dāng)降低；③在平時(shí)狀態(tài)下，下節(jié)閘門處于關(guān)閉狀態(tài)，高度低于擋水景觀水位，不會(huì)裸露在外部，當(dāng)內(nèi)河水位超出景觀水位時(shí)，會(huì)從下節(jié)閘門的頂部進(jìn)行溢流，會(huì)產(chǎn)生人工瀑布，增加城市水利工程的景觀性。

總之，在此城市水利工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，按照其汛期、非汛期的特定設(shè)計(jì)要求，通過對閘門運(yùn)行要求、條件等的分析，設(shè)計(jì)采用兩節(jié)式閘門，上、下節(jié)閘門分別為不同結(jié)構(gòu)形式，承擔(dān)不同的功能，在實(shí)際運(yùn)用中，可以降低操作的難度，便于管理，并能夠良好滿足城市水利工程對于洪澇災(zāi)害預(yù)防、景觀維護(hù)等多方面功能要求，應(yīng)用效果會(huì)十分理想，對類似城市水利工程有一定借鑒意義。

3 雙扉式閘門金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在C城市水利工程中，其閘門為單孔開敞式，兼具防洪、排澇與通航功能，應(yīng)用頻率較高，磨損嚴(yán)重，容易產(chǎn)生安全事故。對此，在設(shè)計(jì)中，通過對多種設(shè)計(jì)方案的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)型對比，將其改為雙扉式閘平面鋼閘門，此閘門也包括上下兩節(jié)，但與雙節(jié)式不同的是，兩者在閘門類型、液壓啟閉機(jī)配置方式上是維持一致的，其中，上節(jié)閘門是活動(dòng)式胸墻，門頂可以過水，在關(guān)閉時(shí)，可以起到維護(hù)景觀水位的作用；在上游水量較多時(shí)，可以通過門頂溢流來對水位進(jìn)行調(diào)節(jié)；下節(jié)閘門的作用是排泄河道底部的淤泥等，保持河道的清潔與深度。在通常情況下，雙扉式閘門的兩節(jié)閘門都是在水面之下的，有助于保障城市水利工程的景觀性，此種閘門結(jié)構(gòu)較為新穎、簡單，自動(dòng)化操作水平較高，液壓啟閉機(jī)安裝在閘槽內(nèi)，可以減少高排架，對城市水利工程是有積極作用的[3]。

4 折疊式閘門金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在D城市的水利工程中，采取了折疊式閘門，相較于傳統(tǒng)的閘門而言，折疊式閘門具有新穎性、獨(dú)特性，其組成結(jié)構(gòu)主要包括門框、折疊門以及多節(jié)液壓缸，其中，門框是直接埋在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的，永久固定，折疊門則通過鉸接器與門框連接在一起，是可以進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動(dòng)的，在折疊門內(nèi)部，設(shè)置有滑輪，與門框內(nèi)滑道配合構(gòu)成導(dǎo)軌，多節(jié)液壓缸則是與折疊閘門、閘門頂部分別連接在一起，通過液壓缸的驅(qū)動(dòng)力，完成折疊閘門的展開或折疊過程，閘門實(shí)現(xiàn)關(guān)閉與開啟。

相比較而言，折疊式閘門具有許多顯著優(yōu)點(diǎn)，比如啟閉的跨度較大、成本低、施工簡單以及方便維護(hù)等，有效解決了傳統(tǒng)閘門的諸多不足，比如啟閉速度慢、龍門架較高、卷揚(yáng)設(shè)備帶來的高造價(jià)與低平衡性、空間需求大、支座受力過大出現(xiàn)破損引發(fā)閘墩撤銷不穩(wěn)定以及檢查維修難度大等。此外，折疊式閘門還可以減小水利工程泄洪過程中水流與閘門間的共振，降低共振對閘門構(gòu)件、緊固件與焊縫等產(chǎn)生的不良影響，提高閘門運(yùn)用的安全性[4]。

因此，在城市水利工程的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了要遵循基本的防洪、排澇以及景觀維護(hù)等功能外，還需要突破傳統(tǒng)的約束，對設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新，提高設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推動(dòng)城市水利工程建設(shè)的進(jìn)步。

5 結(jié) 語

綜上，現(xiàn)代城市水利工程建設(shè)正處于高速發(fā)展的時(shí)期，閘門等金屬結(jié)構(gòu)作為關(guān)系到水利工程能否正常運(yùn)行的重要設(shè)施，加強(qiáng)對金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的研究，根據(jù)水利工程實(shí)際情況與功能需求，設(shè)計(jì)與其相符的金屬結(jié)構(gòu)，對提高城市水利工程綜合效益有著極大幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]王紅林.水利工程建設(shè)中金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備的質(zhì)量管理措施[J].中國設(shè)備工程，2017（22）：18～19.

[2]李鵬林.水工金屬結(jié)構(gòu)制造與安裝的質(zhì)量控制要點(diǎn)分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（09）：143+145.

[3]管慧斌.水工金屬結(jié)構(gòu)安裝的工藝及方法分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2017（05）：178～179.

[4]楊木超.新型折疊式水利閘門設(shè)計(jì)及研究[J].科技與創(chuàng)新，2017（21）：132～134.

收稿日期：2018-3-15