升降式檢修閘門的設計與研究

（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、中型節制閘1 座，共60 孔、啟閉機63 臺。沿渦河小涵閘分部廣、數量多，基層管理單位人員少，涵閘工程的日常管理和維修養護任務十分繁重。

蒙城局所管轄的涵閘大多建于20世紀60年代，2006年前后進行過一次除險加固，由于受管理體制和人員經費等因素的制約，之后只針對部分銹蝕和損毀嚴重的進行局部的維修養護。2018年開始，管理機構開始分批對涵閘進行專業的維修養護，但在項目的實施過程中發現，由于年代久遠，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，涵閘的維修養護甚至是常規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，不利于沿岸百姓的生產生活。

2 方案研究

在該項目的實施過程中，檢修閘門有的用在工作閘門前，有的用在工作閘門后，因而，就會出現檢修閘門在動水中啟閉的情況，為此，應重點考慮動水中檢修閘門啟閉受力的問題，同時，還應考慮后文提到的基礎底座的重心與浮心位置的關系，可通過配裝活動底座來降低重心，通過試算即可滿足使用要求，操作起來也較為簡單。

針對常見的檢修閘門的結構進行了分析與研究，常見的有單節浮箱式、多節浮箱式、疊梁式以及簡化的平板焊式接檢修閘門等。首先，應使下述的基礎底座重心保持在一個豎直平面內，在能保證基礎底座穩定的前提下，還應考慮其與配重的活動底座的關系以及力的傳遞問題。通過對比并根據淮北大堤中小型涵閘的特征和現狀，選定采用液壓驅動可組合的升降式檢修閘門，并將固定部分和擋水部分獨立設計，能較好地滿足實際需求。同時具有以下優點：（1）采用可拆卸式設計，適用范圍廣，能節省大量人力、物力和財力；（2）安裝、調試、運行等均可實現在水上操作的安全、穩定、可靠；（3）整體結構簡單，運輸方便，機動性強；（4）在滿足前述大多數中小型涵閘使用要求時，有較好的強度剛度和力學性能。

3 結構設計與研究

3.1 結構設計

圖1 基礎底座結構示意圖

圖2 基礎底座1 和2 連接示意圖

圖3 檢修閘門剖視示意圖

檢修閘門兩側的底座利用現有涵閘預留的檢修門槽，分別設計基礎底座1 和基礎底座2，基礎底座1 和2 的外側靠近上端均焊接有驅動桿固定耳，基礎底座1 和2 的中間對稱開有矩形承載槽，該承載槽用來放置擋水板；在基礎底座1 上設置卡槽，基礎底座2 上設置卡塊，基礎底座1 和2 通過卡槽與卡塊的過盈配合實現連接與密封；液壓驅動桿底部設置有固定地腳，與基礎底座連接后傾斜角度可以分別調節，具體結構如圖1和圖2所示。

基礎底座1 和2 的側面開有排水孔，頂部設有貫穿至排水孔的滑槽，根據滑槽和排水孔的尺寸對應設計升降式螺桿，螺桿上端裝有手動轉盤，下端裝有碟板；根據前述矩形承載槽的尺寸設計擋水板，該擋水板的上部焊接有拉環，擋水板一方面可以實現擋水，另一方面在基礎底座1 和2 通過卡槽和卡塊連接的時候起到限位作用，如圖3所示。

3.2 力學分析

按照前述的方案，根據經驗公式，擬對檢修閘門在水中工作時的受力情況進行分析與計算，其公式為：

式中： Fw為檢修閘門閉門所需的總力；TN為水對檢修閘門的總壓力，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，當閘門在靜水中工作時，水對閘門的總壓力TN為0，即兩個方向上的分力Td、Tf均為0；nG為閘門自重的修正系數，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為基礎底座部分，G2位根據使用配裝的活動底座部分；Pi、Wi分別為水對閘門上下表面的壓力，其差值即可視為檢修閘門的浮力。

根據前述分析，對檢修閘門受力進行簡化，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。將其結構簡化成規則形體即可通過浮力公式計算，則通過公式可得出：當Fw≥0，則需額外增加閘門底座和擋水板配重；當Fw≤0，則閘門可依靠自重實現閉門擋水。

3.3 實現過程

首先將基礎底座1 和基礎底座2 安裝在水閘的檢修門槽內，卡槽與卡塊滑動卡接，再將擋水板放置在基礎底座1 和2 之間的矩形承載槽內，并通過轉盤，使螺桿下降帶動蝶板堵住排水孔；之后安裝四個液壓驅動桿，并調整其角度使固定地腳抵住地面，對基礎底座1 和2 的位置進行限定，再將其間的水抽去，由此即可實現臨時擋水，可對水閘進行維修、養護、檢查等。

工作完成后，轉動轉盤，使螺桿帶動蝶板上升，基礎底座1 和2 兩側的水通過排水孔流出，當兩側水位相同時，利用拉環取出擋水板，再將基礎底座1 和2 取出即可。同時，為滿足不同尺寸的水閘檢修門槽，可根據一批檢修門槽的尺寸，綜合設計一組可拆卸式的底座，通過螺栓分別與基礎底座1 和2 相連接。

4 防滲止水設計

現階段，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，通過研究發現，以上方法均存在前期準備時間長、實施過程復雜、成本高、風險大等問題，并不適合中小型水閘的常規檢查、維修養護、除險加固等實際需求。為此，擬采用多層不透水幕布組成的防滲止水帷幕來實現檢修閘門的防滲止水，具有操作簡單、造價低、效果好等優點，具有很好的推廣應用前景。

5 結語

檢修閘門因為平時使用較少，在水閘工程主體設計中常常被忽略，但在水工程的日常運行管理與維護，尤其是專業維修和除險加固等卻是至關重要。上述結構形式的檢修閘門構思新穎、獨特，充分考慮了強度、剛度、主體結構布置、零部件選型、防滲止水等，但是，還僅僅停留在設計研究階段，后期隨著水利工程的進一步發展與應用，在工程實踐中，尚有諸多細節問題有待探討與解決■