白藤大閘通航孔金屬結構比選設計

鄔顯強 曾繁欽 曾文

摘 要：為滿足白藤大閘重建工程通航孔的功能性與景觀適宜性，對金屬結構的型式、具體結構進行比選設計，確定有軌雙開的新型弧形閘門為工作門的設計方案。設計過程最大化保證了金屬結構產品的安全、實用、美觀。

關鍵詞：白藤大閘 通航孔 金屬結構 比選設計 工程景觀

1.引言

目前，在城市規劃中，水利工程與生態、景觀融合是亟需解決的熱點問題，也是未來水利設計發展的必然趨勢。白藤大閘是珠海市唯一的一座大型水閘，其周邊已成為珠海市、斗門區的重點發展區域。大閘重建工程除要求滿足傳統擋潮、排澇、通航、防咸等功能外，還對工程景觀提出了高要求，合理進行通航孔金屬結構設計是建立水利工程風景區，體現城市生態核心的重要一環。

2.通航孔金屬結構設計

2.1工程概況

白藤大閘重建工程等別為II等，規模為大（2）型。工程建筑物包括14孔水閘、1孔通航孔，總凈寬159m。其中通航孔凈寬12m，可通航最大噸位100噸的船舶。通航孔金屬結構包括工作閘門、檢修閘門及活動鋼橋及相應的啟閉設備。

2.2通航孔工作閘門

2.2.1閘門門型比選

根據水工布置要求，工程設有1孔通航孔，通航孔可選閘門門型有：垂直提升門、升臥門、下臥門、有軌雙開弧形閘門。為保證通航的凈空，若采用垂直提升門和升臥門均需設置排架；而采用下臥門、有軌雙開弧形閘門則不用設置啟閉機排架。下臥門需在河床底部進行開挖，門底容易淤積，不利于檢修維護。

有軌雙開弧形閘門為近年來生態水利、景觀水利相結合的門型，是介于三角閘門和橫拉門之間的一種新型閘門，可以實現雙向擋水，不需要設置啟閉機排架，景觀效果好，過船時不影響通航凈空和凈寬，但該閘門結構復雜，精度要求高，設計上具有創新性和挑戰性。國內已建成的案例較少，目前僅有兩例：常州牛塘防洪工程（單孔凈寬90m）和引江濟漢工程拾橋河樞紐（單孔凈寬60m）。

白藤大閘處于珠海市斗門區重點發展區域，工程的設計中要求突出開放式城市水利風景特色，提升城市形象。因此該通航孔工作閘門的設計擯棄了傳統的閘門型式，采用與城市生態建設相適宜的有軌雙開弧形閘門。

2.2.2基本資料

（1）水文氣象。年平均氣溫：22.4℃，多年平均降雨量：1760～2325mm，實測年最大24小時降雨量482mm，設計風速：14.8m/s。

（2）流量、特征水位。外江防洪（潮）設計水位：3.40m（P=1%），外江多年平均最高潮位：1.76m，內河最高控制水位：0.50m，內河最低控制水位（即景觀水位）：-0.30m，內河正常蓄水位（即經常性水位）：0m。

（3）通航孔運行條件。本工程通航孔所在航道Ⅵ級，根據《內河通航標準》（GB50139-2014），航道最小控制水深為1.6m；航道設計通航水位主要由內河常水位控制，為-0.3～0.5m，在開啟通航孔時應選擇在內外水頭差不大于0.2m的時段。

2.2.3工作閘門設計關鍵點及對策

（1）閘門總體布置。有軌雙開弧形閘門主要由門體結構、支承系統、止水系統等部分組成。門體結構采用空間剛架結構，包括面板系、支臂等。支承系統包括活動支鉸和閘門底部支承。閘門關閉擋水時，水壓力由弧形面板梁格系通過支臂傳遞至支鉸，再由支鉸最終傳遞至閘首邊墩上，豎向力則由底部支承和活動支鉸承受。

通航孔閘室凈寬12.0m，閘室底板高程-2.80m，閘內外水位基本齊平時開閘通航，采用液壓啟閉機啟閉操作。閘門在上、下游水位基本齊平時啟閉（水頭差小于0.2m）。閘門面板為弧形面板，R=6800mm，支臂支承中心線與通航孔中心線夾角為32.5°。通航孔工作閘門布置圖見圖1～圖2。

（2）閘門活動支鉸設計。閘門活動支鉸采用鑄鋼支鉸，自潤滑球面軸承支承。同時為了克服活動支鉸承受豎直荷載的難題，軸端部支承在混凝土牛腿，可承受門體部分豎向荷載，大大提高了活動支鉸轉動過程中的安全性和可靠性。

（3）閘門底部支承設計為了選擇一種運行可靠、造價經濟、維護方便的閘門底部支承型式，設計中研究了滑塊支承和滾輪支承兩種常見支承型式。滑塊支承不用設置較高的軌道，門底淤積情況相對較好，滑塊承載力高，摩擦系數相比滾輪大，相應液壓啟閉機容量較大；滾輪支承的主要優點是滾輪摩擦系數小，液壓啟閉機容量較小且易于布置閘門底止水。綜合比較后，采用滾輪支承型式，沿閘門底部弧長方向設置2個滾輪，滾輪直徑為Φ500mm，采用自潤滑軸承。

（4）啟閉機設計。通航孔工作閘門采用2×250KN/2×250KN的液壓啟閉機進行操作，啟閉機支鉸安裝高程為1.9m，油缸工作行程為3793mm，啟閉工作閘門時間4m in，啟門速度約1m/min，液壓系統最大壓力≤20MPa。液壓泵站采用比例泵進行控制。活動鋼橋與單側雙開弧形閘門共用1套電氣控制設備，實現兩根液壓桿運行同步。

2.3通航孔檢修閘門

2.3.1閘門選型

通航孔閘室底板常年處于水下，為滿足通航孔閘室及金屬結構的檢修條件，在閘室的內河、外江側均設置1道檢修門。浮式疊梁門各節性質一致，通用性強，重量輕，啟閉容量要求低。此工程通航孔檢修閘門利用浮式疊梁門節約鋼材的同時減小啟閉容量，經濟效益可觀。

2.3.2閘門設計

閘室寬度12.0m，底坎高程-3.25m，閘門靜水閉門、平壓開啟。采用浮式疊梁平面滑動閘門，單節1m，板梁結構，滑道支承。閘門為雙吊點，吊點設在疊梁的頂部，單節閘門重量約6噸，采用2×50KN臨時設備操作。平時不用時存放在門庫中。

2.4通航孔活動鋼橋

2.4.1活動鋼橋選型

根據水工布置要求，通航孔處需設置1座活動鋼橋，目前常用的活動鋼橋型式有垂直提升式活動鋼橋、液壓頂升式或斜拉式活動鋼橋。從美學角度該工程不考慮設置啟閉機排架的垂直提升式活動鋼橋。根據我公司已有的類似工程經驗，采用頂升式活動鋼橋液壓時啟閉機支鉸座處受力狀態優于斜拉式活動鋼橋，且我公司已獲得頂升式活動鋼橋國家實用新型專利，并成功用于同類工程。本次設計采用頂升式活動鋼橋。

2.4.2活動鋼橋布置

鋼橋按四級公路標準設計，活動鋼橋橋寬12m，兩側各設1.25m人行道，支承跨度16.48m。活動鋼橋由固定橋體和活動鋼橋體兩部分組成，活動鋼橋體可繞活動支鉸座旋轉，活動鋼橋最大開啟角度為65°，對應活動鋼橋通航凈空約11.9m，滿足通航凈空的要求。平時鋼橋置于閘面通行車輛和行人，需通航過船時全開。活動鋼橋縱剖面布置圖見圖3。

2.4.3活動鋼橋設計

活動鋼橋采用雙主梁結構，主縱梁為箱型截面，抗彎抗扭剛度強。箱梁梁高為1200mm，間距為7600mm，主橫梁為焊接工字鋼截面，梁高為700mm，梁間距為1500mm，次梁為工22。活動支鉸座及液壓啟閉機支鉸座均采用自潤滑關節軸承。為了減少橋體重量，適當減小鋼結構截面尺寸，活動鋼橋橋體采用Q345B作為主材。

活動鋼橋采用2×2000/2×2000KN的液壓啟閉機進行操作，啟閉機支鉸安裝高程為-2.885m，油缸工作行程為2012mm，油缸最大行程為2250mm，啟閉活動鋼橋時間為3min，啟閉速度約0.7m/min，液壓系統最大壓力≤20MPa。

3.結語

白藤大閘通航孔金屬結構已制造安裝完成，運行情況良好。該工程外形美觀度要求高，設計難度較大。設計方案在總結傳統閘門型式基礎上，探索了新的設計思路，使金屬結構的布置合理實用、欣賞價值高。設計過程對水利現代化建設發展具有一定價值。

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