淺談鋼鐵復合閘門在水利工程中的應用
——以閆譚防沙閘為例

王輝 劉路 水發規劃設計有限公司

1.防沙閘概況

閆潭防沙閘始建于上世紀80年代，位于菏澤市西南部的東明縣境內，坐落于黃河右岸，大堤樁號162+070處。本閘不但承擔著防洪功能，還擔負著向東明縣、曹縣、單縣、成武縣等縣市的工、農業生產供水任務。經多年運行，防沙閘引水困難，閘后引水渠淤積，過水濕周大幅減少，沿線建筑物破損，存在著一定的安全隱患，已經無法滿足其所在灌區的生產生活需求，為消除該工程病險安全隱患，正常發揮水閘的防沙引水灌溉等效益，2020年對閆潭防沙閘實施了拆除重建。

設計重建后的閆潭防沙閘規模為大（2）型，工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級別2級，次要建筑物級別3級。設計正常引水流量為50m3/s，加大引水流量為150m3/s，水閘設計共5孔，單孔寬度為4.0m；水閘結構型式采用胸墻式，自上游至下游主要包括：上游連接段、閘室段、下游連接段三個部分。

2.閘門設計指標及操作運行工況

水閘閘室底板高程63.40m，墩頂高程72.70m，閘門為單向擋水，用于防止黃河洪水倒灌，設計防洪水位72.22m，相應泥沙淤積高程為70.22m；校核防洪水位73.22m，相應泥沙淤積高程為71.22m。閘門運用條件為動水啟閉，最高運用水位70.72m，最大提門泥沙高度5.32m。水閘單孔尺寸4.0×3.5m（寬×高，下同），共5孔，設工作閘門5扇。正常運行期，閘門關閉擋水；引水期，閘門開啟引黃河水。最不利擋水工況為：設計防洪水位72.22m，擋泥沙高度70.22m，下游側無水；最不利啟門工況為：最高運用水位70.72m，擋泥沙高度68.72m，下游側無水。

3.工作閘門

目前平原地區水閘常見的閘門型式多為鑄鐵閘門和鋼閘門，鑄鐵閘門尺寸規格較小，閘門寬度通常在4m以內，主要在孔口尺寸較小，擋水水頭及控制要求都較低的閘上有較多應用，其施工、管理較為方便，耐腐蝕性較強；鋼閘門由于受力性能好，主要在孔口尺寸較大，水頭、維護管理及控制要求都比較高的閘上有較多應用；除上述兩種閘門之外，近年來還新興一種鋼鐵復合閘門，兼具鑄鐵閘門和鋼閘門的優點。

本次閆譚防沙閘的設計單孔尺寸為4m，相對較小，其最高擋水水頭為8.82m，最大擋泥沙高度為6.82m，閘門受力較大，可以采用鋼閘門或者鋼鐵復合閘門兩種方案。選用鋼閘門可以更好地承受上游水壓力和泥沙壓力，但橡皮止水易磨損，頻繁更換止水較麻煩；鋼鐵復合閘門既具有鋼閘門的結構強度高這一優勢，又有鑄鐵閘門結構簡單、安全、施工和維護管理方便的優勢。經綜合分析比選，工作閘門設計選取潛孔式PG鋼鐵復合閘門。

鋼鐵復合閘門的門葉采用Q235B材質的鋼板焊接而成，閘框采用HT200鑄鐵材質，楔塊及吊塊螺母材質采用ZCuSn5Pb5Zn5鑄造銅合金，止水面貼焊不銹鋼止水板（焊接完畢后整體加工），門板止水面應精加工，其粗糙度不大于6.3μm，止水面間隙小于0.15mm，閘門連接件采用不銹鋼材質的標準件。門葉和閘框止水面經刨床加工，可以滿足水利工程閘門止水要求。

閘門主要設計參數如下所述。

孔口尺寸：4.0m×3.5m

閘底板頂高程：63.40m

墩頂高程：72.70m

機架橋頂高程：78.70m

設計最高擋水頭/擋泥沙高度：8.82m/ 6.82m

設計最高運用水頭/提門泥沙高度：7.32m/ 5.32m

孔數：5孔

4.工作閘門啟閉設備

根據《水利水電工程鋼閘門設計規范》（SL 74—2019），啟門力計算公式采用：

閉門力計算公式采用：

經計算得，啟門力FQ=642.96kN，閉門力FW=51.84kN。

由計算結果可以看出，鋼鐵復合閘門閉門時的摩阻力較滾輪式鋼閘門的摩阻力大，需要加配重或者提供下壓力，所以啟閉設備選用雙吊點固定螺桿式啟閉機，啟閉容量為2400kN。運行時，靠螺桿的下壓力可以使閘門順利閉門。閘門平時關閉擋水，當需要引黃河水時啟門引水。啟閉機配有限位裝置及負荷檢測及限制裝置，帶有防水啟動柜，具備現地控制及遠方控制兩種功能。水閘胸墻中部及頂部位置配有螺桿支撐座，以保證啟閉機運行中螺桿的穩定性，支撐座由廠家配套生產、安裝，中間支撐座高度不能阻礙閘門平時正常啟閉。為了保證啟閉機運行安全，建議每次啟閉閘門前，水閘管理機構組織專業人員用高壓沖水泵沖開淤泥，，高壓沖水泵可采用200QJ40－40。

啟閉機主要參數如下：

啟閉機型式：QL-2×400-SD

操作運行條件：動水啟閉

啟門容量：800kN

螺桿直徑：135mm

吊點距：3.0m

啟門速度：0.088m/min

電動機型號：Y180L-8

電動機功率：11kW

5.檢修閘門及其啟閉設備

防沙閘設有檢修閘門及啟閉設備，當正常運行水位65.06m，閘下水位64.95m時，可放下檢修閘門，對工作閘門進行檢修及清淤。檢修閘門位于工作閘門上游側，采用1套疊梁式平面華東鋼閘門。檢修門分2節構成，每節的高度為1.0m。檢修閘門主要參數為4.0×1.0×2-1.5m。

平時工作閘門不檢修時，2節檢修門分別鎖定在防沙閘的閘墩上。當工作閘門需要檢修或清淤時，檢修閘門啟閉設備將2節檢修閘門逐節吊運到所要檢修的閘孔中，使2節門體疊加成為一體，靜水閉門，進入檢修狀態；檢修完畢后，工作門關閉，上節閘門先小開度提起，待節間逐漸充水平壓后再啟門，下節閘門靜水啟門，將各節檢修閘門放回到原來位置。

檢修閘門啟閉設備選用1 臺2×30 kN 雙吊點電動葫蘆和1臺2×30kN機械式自動掛脫梁。啟閉設備的運行軌道設置在排架柱上游側，采用吊軌I45a。吊軌一頭配有防護罩，當檢修閘門啟閉設備不工作時，應停放在防護罩內，以防日曬雨淋。啟閉設備的自動掛脫梁用于實現檢修閘門啟閉過程中的自動掛、脫。

6.防腐蝕設計

工作閘門門體表面預處理清潔度為：Sa 2.5 級，電弧熱噴鋅涂層≥120 um，環氧云鐵封閉涂層≥80um，氯化橡膠面漆≥100um，總涂層不小于300um。工作閘門閘框與混凝土結合部位涂刷改性水泥漿，厚度≥200um，外露面涂刷環氧云鐵封閉涂層≥80um，環氧云鐵中間漆≥80um，氯化橡膠面漆≥100um，總涂層不小于280um。

檢修閘門、啟閉機的防腐蝕處理執行《水工金屬結構防腐蝕規范》（SL105-2007），涂裝前應進行表面預處理，處理后其表面清潔度等級不宜低于《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB8923-2011）中規定的Sa2.5級，表面粗糙度Rz值應在60～100μm范圍內；預埋件與混凝土接觸表面清潔度等級應達到Sa2級，后刷涂改性水泥膠漿1道。檢修閘門及閘門預埋件外露部分（不銹鋼止水座板除外）底層噴鋅厚度為160μm，中層涂厚漿型環氧云鐵防銹漆一道，涂漆干膜厚度70μm；外層再涂氯化橡膠面漆二道，漆膜干膜厚度80μm。

防腐蝕驗收及檢測方法：防腐蝕工程的交工驗收，需提交原材料的出廠合格證或復檢報告、防腐涂料的配合比及其主要技術性能的驗收報告等；防腐檢測需按照《建筑工程施工質量驗收統一標準》（GB50300-2013）執行。整體防腐工程完工后，會同甲方和監理單位共同檢查和驗收。

7.結語

目前平原地區的水閘常用的閘門主要是鋼閘門和鑄鐵閘門，鋼鐵復合閘門作為一種新興的閘門形式，其結合了鋼閘門和鑄鐵閘門的優點，門框采用鑄鐵澆筑，門體采用碳素結構鋼焊接而成，具有強度高、安裝方便、易于維護、止水效果好、價格適中、經濟實用等優點，日后在水利工程中必將得到日益廣泛的應用。