曹娥江综合治理工程水闸的金属结构设计

吕少蒙

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

在水利工程设计中，水闸的设计极其重要。水闸是一种水利工程的挡水建筑物，主要功能是拦洪、挡潮、泄洪、排涝、冲沙、取水和根据下游情况需要调节流量。在水闸选址设计时，需要多次到现场进行实地考察，结合主要建筑物的布置进行多方案的比选，选择适合水文地质条件的、安全可靠的方案。而水闸闸门型式也是多种多样的，在设计时要仔细思考，应有效控制水闸设计施工的质量技术，确保水利工程安全运行。

1 曹娥江水利工程简介

曹娥江综合治理工程为浙江省绍兴市“五水共治”项目下的重要工程，以水利、旅游、景观、滨水文化为一体的综合整治工程。水利工程为曹娥江综合治理工程的龙头项目，工作范围包括修建两道排洪挡潮闸，其中1座为新建水闸，另外1座为旧闸拆除重建。水闸一侧为外江，另外一侧为内江。水闸的主要功能用于维持内江常水位2.8 m，当内江水位高于2.8 m并高于曹娥江水位时，开启排洪闸工作闸门泄洪，开启高度根据泄洪量确定。闸门还能起到引水作用，当内江水位过低需要生态流量时，引曹娥江水入内江。在汛期，当内江水位低于曹娥江水位时，需关闭闸门挡潮，防止潮水倒灌；在必要时，还可以根据河道需要开启闸门纳潮。因此，闸门的设计需要考虑双向水流的作用。

2 水闸设计

2.1 总体布置

水闸的总体布置需要满足水利工程中的基础要求，同时因为工程中的多种因素条件不同，需要进行合理布局，抓住关键点，优选经济合理的方案。

本工程水闸枢纽建筑物垂直于现状长堤，总长88 m，两侧泄流部分宽各9 m，中间过水部分宽9.9 m，设置2个宽4.5 m的闸孔，每个闸孔设置1扇工作闸门及2扇检修闸门。由于本工程存在旧闸改造，新闸为了方便施工，考虑与旧水闸采用同一方案，闸顶高程比现状堤顶高程9.57 m略高，闸顶设计高程为9.6 m。外江曹娥江侧挡水水位为百年一遇洪水位7.35 m，最终选定工作闸门方案为潜孔式闸门，孔口尺寸为4.5 m×4.6 m(宽×高)。同时，在工作闸门前后设置检修门槽(见图1)。水闸上方建筑物比较集中，施工和管理上都能比较方便。

2.2 金属结构设计

(1)闸门的设计工况

工作闸门的主要作用为调节内河洪水水位及阻挡外江侧潮水位。为了满足泄洪和引水需要，闸门可以在动水条件下启闭操作；同时闸门的启闭操作必须依据潮汛、潮位预报系统和全流域的水文、水情预报系统所提供的实时水情信息进行。

工作闸门两侧挡水和启闭工况组合如下：

①内江侧→外江侧压力方向最不利水位组合：内江20年一遇设计洪水位4.13 m，外江最低水位3.0 m，闸门操作水位差1.13 m。

②外江侧→内江侧压力方向最不利水位组合：内江侧水位2.8 m，外江侧水位取100年一遇高潮位7.35 m，设计挡水水位差4.55 m。

图1闸门及启闭机布置

根据水位工况分析得出当遇到暴雨发洪水时，内江水位升高，同时外江侧水位低于内河水位时，需打开闸门放水；当外江最高引水水位超过3.9 m，或内江水位低于2.8 m，水闸闸门动水开启引水入内江。为保证内河水位，正常情况下，泄水闸闸门处于关闭状态，需要泄洪时才开启闸门泄洪。当泄洪或者引水完毕两侧水位高度大致相同时，闸门在动水中关闭，防止涨潮时海水倒灌。

因此，工作闸门根据动水开启设计，单侧最大总水压力为216.5 kN。闸门控制有现场手动控制及远方自动控制两种方式，设置有现场控制箱及远方监控中心。

(2)水闸闸底槛高程的确定

水闸的闸孔净宽及底槛高程的确定主要应满足水闸行洪、与周围已有建筑物的匹配、景观协调及内河淤积的要求，水闸闸底槛高程确定为-0.4 m。

(3)闸门及启闭机设计

工作闸门采用平面钢闸门，由面板、主横梁、水平次梁、纵向次梁、边柱、吊耳以及支承滑块、止水等组成，总重量约为9 t。闸门面板布置在外江侧，以减少涌浪及泥沙淤积对闸门的影响。启闭机容量选择时考虑一定淤积对启闭力的影响，初步采用250 kN卷扬式启闭机操作。

工作闸门内江侧和外江侧各设置1道检修门槽，两孔共用1套内、外侧检修闸门，采用2×100 kN移动式双联电动葫芦进行操作，水闸上方建筑物内设有电动葫芦轨道。检修闸门平时停放在孔口上方启闭机房内。

本工程金属结构设备使用环境较复杂，处于淡水、海水及海洋大气中。因此，所采用的防腐方案十分重要，应能满足使用环境，并尽量延长闸门及埋件的检修周期。本工程初拟防腐方案为厚浆型环氧玻璃鳞片涂料。在下阶段设计中，对防腐方案还将作进一步的研究，进行细化、完善和优化。

3 相关事项浅析

在本工程设计过程中曾考虑将顶水封、侧水封均设置双P型水封，通过水封预压缩量满足双向挡水要求，经计算闸门此布置水封摩阻力较大。后根据水位组合分析，内河设计水位低于胸墙底高程，因此内河/外江方向不需要设置顶水封，最后选择了普通的P型水封在外江侧(挡内河水)，底止水布置在外江侧，侧止水、顶止水布置在内河测(挡外江水)。

工程设计中最初考虑检修闸门使用临时起吊设

备，在水闸左右两岸各建1个平台停放临时起吊设备；后因考虑检修的方便性和闸顶建筑的整体美观性，采用了永久设备(电动葫芦)作为检修闸门起吊设备。

4 结 语

在曹娥江水利工程金属结构设计过程中，因为整体水利环境、水体质量和水位工况的特殊性，有关水闸闸门的选型、止水的选型、涂料的选择、启闭机的选型都跟传统水电站闸门设计不同。因此，需要对水利工程的一些基础特点进行研究，从而保证水闸金属结构设计合理，满足整体工程质量要求，确保水利工程能安全稳定的运行。