车陂涌水闸闸门选型及设计

李珍祥

（广东省水利电力规划勘测设计研究院，广州 510635）

车陂涌水闸闸门选型及设计

李珍祥

（广东省水利电力规划勘测设计研究院，广州 510635）

综合橡胶坝、钢坝以及翻板闸门的特点，结合车陂涌水闸防洪、防潮以及景观等功能要求，经比较分析确定车陂涌水闸闸门型式采用液压升卧式翻板闸门。该闸门由平面闸门门叶与弧形闸门支臂组合而成，采用弧形闸门启闭机启闭。经运行发现，车陂涌水闸闸门可有效满足防洪、防潮、通航、景观等要求，对有景观要求的水闸工程有一定的参考价值。

液压升卧式翻板闸门；水闸；景观；车陂涌

1 工程概况

车陂涌水闸的主要任务为防御外江的最高洪潮水位，避免车陂涌两岸低洼地带发生浸漫，同时还要畅泄上游的洪水，并兼顾维持日常河涌内的水景观，以美化河涌两岸的环境。本水闸共设有3孔净宽为18 m的露顶闸孔，底坎高程为-1.75 m，闸前设计潮水位为2.62 m，涌内设计洪水位为2.32 m，涌内景观水位为0.80 m。

闸门平时关闭挡水，保持涌内0.80 m的景观水位，当内涌水位高于景观水位0.8 m并高于外江水位时，多余水量从设于闸门上的拍门排出；当外江发生洪潮时，闸门及拍门关闭挡水；当内涌发生洪水或有清污船与龙舟需过闸时，敞开闸门。车陂涌水闸平面布置见图1。

图1 车陂涌水闸平面布置图

2 闸门及启闭机比选

鉴于车陂涌水闸位于广州市区，其除应符合防洪、防潮及通航等要求外，还需满足环境、景观等要求，本工程闸门与启闭机型式的选择本着顺应景观水利的要求，避免传统闸门布置所需突起的启闭机排架，同时满足防洪、防潮及通航等要求的原则，对较为常见的橡胶坝、钢坝、翻板闸进行比较分析，最后选出符合本工程要求的闸门与启闭机型式。

2.1 橡胶坝[1]

橡胶坝是利用橡胶袋来控制挡水和泄水的水工建筑物，通过向橡胶袋内充水或充气使袋体膨胀形坝体实现挡水；通过将袋中的水或气释放实现坝体坍塌，达到放水泄洪的效果。

橡胶坝的结构型式较为简单，可以通过坝顶溢流制造瀑布效果，可以很好地满足景观要求，故而在城市河涌应用较为普遍。但是，由于橡胶自身的物理化学特性，当受到玻璃等锋利物品划割时，易受损坏，加之橡胶易老化的特性，橡胶坝的使用寿命通常较短。另外，实现坍坝泄洪和升坝蓄水均需要较长操作的时间。

2.2 钢坝

钢坝是一种新型的挡水建筑物，其结构型式与底卧式钢闸门类似，区别在于其尺寸较大。钢坝主要由门叶与固定在水闸底板上的轴组成，并通过液压启闭设备实现钢坝的升起与卧倒。闸门底部的横轴与埋置于混凝土中的铰支座连接，底横轴的两端设置启动臂，启动臂的上端与液压启闭机连接。液压启闭机通常安装于两侧闸墙内，并与闸门底部的转动轴相连接。闸门在关闭时向上游或下游几乎完全平卧于河道底面。

钢坝的结构型式较为简单，且由于与之配套的液压启闭机及其附属设施均隐藏于闸墙内，故而整体外观简洁。由于钢坝通过门顶溢流的方式进行泄洪，往往会形成类似于橡胶坝的瀑布景观效果。通过液压启闭机启闭闸门，其启闭效率较橡胶坝有很大提高，可有效保证泄洪效果。

2.3 翻板闸门[2]

2.3.1 水力自动翻板闸门

水力自动翻板闸门是目前国内最常见的一类闸门，由于其具有不需要外力进行操作，且不需要人工干预，能根据水位情况自动运行，对维护管理人员要求不高等等诸多优点而得到了广泛的应用。

水力自动翻板闸门是根据水位的变化利用水力和闸门重量相互制衡，实现闸门自动开启和关闭的一类闸门。作用在闸门上，使闸门发生转动的主要为闸门自身的重量、水对闸门的压力以及克服转动的摩阻力，以上3个力关于支铰点的力矩平衡时闸门处于静止状态，当力矩之和不平衡时，闸门会绕着支铰点发生转动，直到达到平衡点后重新静止。当闸门的重量和摩阻力关于支铰点的力矩之和大于水压力对于支铰点的力矩时，闸门处于关闭挡水状态；随着水位的抬高，水压力的增大，水压力对支铰点的力矩渐渐增加大，并超过闸门的重量和摩阻力关于支铰点的力矩之和，闸门逐渐开启，实现泄洪；反之，闸门将逐渐关闭，实现挡水。

水力自动翻板闸门是通过闸门自身的重量、水对闸门的压力以及克服转动的摩阻力，对于支铰点的力矩平衡来实现闸门的启闭，不能人工操作，操作缺乏灵活性。

2.3.2 液压控制翻板闸门

液压控制翻板闸门较之水力自动翻板闸门而言，增设了液压启闭机系统控制闸门的启、闭，其余结构型式与水力自动翻板闸门类似。由于其具有控制闸门启、闭的液压系统，闸门启、闭时机可被灵活的掌握，且可根据需要控制闸门的开度。

2.3.3 升卧式翻板闸门[3]

升卧式翻板闸门采用下悬臂轮代替常规翻板闸门的支铰，使得闸门工作时可绕下悬臂轮轴转动，其门槽型与普通平面闸门门槽型式相差不大，仅将门槽顶部的轨道改成弧形，以方便闸门升卧。闸门关闭挡水状态与平面闸门挡水状态一致，仅在闸门全开时，门叶通过弧形轨道升卧在闸室顶部。

升卧式翻板闸门既有升卧式闸门可以大大降低启闭机排架的高度的优点，又克服了常规翻板闸门门叶不能提出水面检修、影响通航高度的缺点。

本工程处于天然河道，采用橡胶坝易被损坏，且橡胶坝充水（气）时间长，不能很好地适应挡潮的要求；钢坝能很好的满足通航、挡潮等要求，但是成本相对较高；水力自动翻板闸门不能按景观要求精确的控制水位，且不能满足通航要求；液压控制翻板闸门液压缸容易受水流冲击及垃圾缠绕；升卧式翻板闸门能很好的满足通航、防洪、防潮等要求，但是需要设启闭机室，与景观不协调。除此之外，因为本工程控制涌内景观水位为0.80 m，由于河道天然来水量随时间变化，以上型式的闸门需要频繁操作，不利于以后的管理运行。

3 车陂涌水闸闸门选型及设计

3.1 闸门整体布置

鉴于以上情况，结合本工程实际要求，根据液控翻板闸门、升卧式翻板闸门及其启闭机的布置特点，车陂涌水闸工作闸门型式采用翻转式闸门，结构型式采用平面闸门门叶与类似于弧形闸门支臂组合的型式（见图2）。闸门关闭挡御外江洪潮时，闸门通过支臂支铰和支垫承受外江潮、洪水正向水压；当涌内景观水位高于外江潮水位时，依靠闸门自重产生的力矩抵抗水压力产生的力矩。闸门启闭机采用双吊点中间铰点摆式液压启闭机，液压缸设于工作桥上游侧，支铰高程为2.85 m，活塞杆与闸门边柱连接；闸门敞开时翻转至与桥面齐平，此时可排洪，船也可以从底部通过。每扇闸门设8孔尺寸为0.5 m×1 m的拍门，拍门底高程为0.8 m，当内涌水位高于景观水位0.8 m并高于外江水位时，多余水量可从设于闸门上的拍门排出。

该布置方式能很好地满足通航、防洪、防潮等要求，启闭机液压缸布置于水位之上，不容易受水流冲击及垃圾缠绕，不需要设启闭机室，与景观不协调。除此之外，闸门上设置拍门可有效地控制涌内景观水位为0.80 m，管理运行方便。

图2 车陂涌水闸闸门布置图

车陂涌水闸工作闸门门叶结构按设计潮水位2.62 m设计，型式采用升卧式平面钢闸门，具体为采用平面钢闸门门叶与类似弧形闸门支臂组合的型式，包括平面钢闸门水封、弧形闸门支铰以及锁定装置等附属结构部件。类似于弧形闸门的支臂布置于闸门两侧的边梁上，支臂支铰与支铰座的连接与安装与弧形闸门支铰安装连接类似，支臂支铰高程1.30 m。闸门吊耳布置于门叶两侧边梁顶部，并与布置在两侧闸墩上的液压启闭机连接。闸门通过液压启闭机活塞杆收缩实现启门，设计启门力为2×1 000 kN，依靠自重闭门。工作闸门门叶尺寸为（宽×高×厚）17.96 m×4.85 m×1.68 m，旋转半径为2.8 m。

闸门处于关闭状态时，门叶直立在门槽中，实现挡潮和维持景观水位功能；闸门打开时，门叶绕支铰座旋转至平卧于水面之上，实现泄洪和通航功能。工作闸门在全开位置时门底高程3.30 m。车陂涌水闸效果见图3。

图3 车陂涌水闸效果图

3.2 闸门结构布置

闸门门叶结构类型参照平面闸门的门叶结构，面板布置在挡潮侧，在面板后设置主横梁、次横梁、纵梁以及边梁的结构型式。主横梁采用实腹式工字钢截面焊接结构；次横梁布置在闸门顶部和底部，型式采用槽钢；纵梁截面采用T型焊接结构；边梁亦采用实腹式焊接工字钢结构。所有的主梁、次梁以及边梁采用同层布置。闸门支臂型式与弧形闸门支臂相仿。上、下两支臂均通过高强螺栓与闸门边梁后翼板相连，且上、下支臂腹板通过加强板连接在一起，以增加其抗剪能力。上、下支臂的截面型式均为焊接工字钢截面。左、右两侧支臂均通过高强螺栓与连接在支铰座上的支铰相连。支铰采用铸件，通过自润滑轴承与固定在牛腿中的支铰座相连。支铰装置为圆柱铰，由支铰轴、支铰座、滑动轴承组成。为适应工程有挡潮和维持景观水位的要求，故而闸门侧水封采用双P头截面型的橡胶水封，以实现双向挡水要求；底水封采用常规的刀型橡胶水封。支承中心到闸墩边缘的距离2.0 m，闸门支承中心距16.7 m。闸门吊耳结构布置在闸门顶部边梁后翼缘板之上，2个吊耳间距与两边支臂间距相同，吊点中心距16.7 m。门叶结构及支臂材料采用Q235B。门叶结构布置见图4。

图4 门叶结构布置图

3.3 闸门锁定结构

车陂涌水闸闸门锁定型采用电动锁定装置，其由锁定梁和推动锁定梁前后移动的电动推杆组成。锁定装置安装于闸墩顶部，非锁定状态时，锁定梁通过电动推杆收缩回闸墩内，不影响闸门正常启闭；当需要锁定时，将闸门打开至全开位置，锁定装置的锁定梁通过电动推杆推出闸墩，锁定闸门。锁定装置型式见图5。

4 结语

本文综合分析了较常见的闸、坝的型式和特点，结合车陂涌水闸防洪、防潮以及景观等要求，在对车陂涌水闸进行门型选择时，采用了液压升卧式翻板闸门。该种型式闸门综合了橡胶坝、钢坝、翻板闸门等类型水闸的优点，经运行发现在闭门状态时，可以实现挡潮功能，并可通过设置于闸门上的拍门实现维持内涌景观水位；在闸门全开状态时，门叶平卧于交通桥上游侧，有较好的景观效果，并可以让龙舟顺利的从闸门下面通过；此种布置方式能有效满足水利功能、景观和美学等要求，对景观水闸工程有一定的借鉴意义。

图5 锁定装置型式

[1] 张家松.底横轴旋转钢闸门与橡胶坝分析比较及应用[J].水利科学与工程技术，2012（4）：40-43.

[2] 陶光慧.浅析城市景观翻板闸门的设计选型[J].四川水力发电，2014（2）：75-78.

[3] 刘细龙，贺高年.论升卧式翻板闸门[J].广东水利水电，2011（10）：54-55.

（责任编辑：周 群）

Gate type selection and design of Chepiyong water gate

LI Zhen-xiang
（Guangzhou Hydropower Planning&Design Institute，Guangzhou 510635，China）

According to the characteristics of rubber dam，steel dam and flap gate，combined with the functional re⁃quirements such as flood protection，tide control and scenery，hydraulic L horizontal flap gate was adopted for Chepiyong water gate.This type of gate consists of flat gate leaf and radial gate arm，and is equipped with radial gate hoist.The water gate had been put into operation，and is able to satisfy the requirements of flood protection，tide control navigation and scenery.

Hydraulic L horizontal flap gate；water gate；scenery；Chepiyong

TV663

B

1003-1510（2016）03-0035-04

2016-04-22

李珍祥（1986-），男，重庆万州人，广东省水利电力勘测设计研究院工程师，学士，从事水工金属结构设计工作。