新型上下翻转弧形钢闸门设计施工及应用

张 飞

(长江勘测规划设计研究有限责任公司上海分公司，上海 200439)

1 工程概况

上海某水闸位于宝山区马路河与长江交汇处，水闸改造工程主要以防洪挡潮、排水除涝、趁潮引水为主，兼顾环境景观营造，设计最大流量为：排水182m3/s，引水155m3/s，属中型水闸。水闸具有防洪、排涝及引水功能，工作闸门需要双向挡水、动水启闭。

水闸地处宝山上海长滩重要地段，景观要求高，希望闸门开启时不外露。因此不考虑常规直升门、升卧门。悬挂式闸门开启后虽然可以隐蔽在桥下，但开启后，梁底高程较高，导致交通桥桥面较高，交通桥布置困难，因此也不适合。最终通过比选，工程开发了一种新门型——双向翻转弧形闸门。

2 设计特点

常规弧形闸门上翻开启，工作时，闸门外露，影响景观效果。本工程的新型闸门工作时向下翻转，闸门在水面下，上翻主要用于检修，简单方便。闸门可向上或向下翻转开启，两种开启方式下，水闸的过流方式以及闸门所受的水动力作用完全不同，且要求双向动水操作，并能够局部开启调节流量和利用门底过流进行冲淤。因此设计要求高，难度大。

本工程水闸闸室采用C30钢筋混凝土坞式结构，闸室顺水流方向长30.00m，闸室总宽25.6m，单孔，闸孔净宽20m。闸室结构布置如图1所示。

闸门由门叶、两侧圆盘形支撑结构和支铰组成，自重156t。门叶为焊接的钢结构。门叶设计为由弧形面板和平面面板围成的封闭的空箱结构。门叶两端与支臂相连，支臂为焊接结构，支撑跨度21m。支臂设计成封闭结构。由于闸门自重大，整体吊装运输难度大，施工时闸门分割成4块运输至现场后人工焊接组装。分割示意如图2所示。

闸门运行分为全开、全关、检修和局开冲淤四个工况，上述四个位置各设置一个锁定孔，锁定孔布置在支臂侧面。四个锁定位置采用同一套锁定装置。闸门运行时直立挡水，如图3所示；闸门向下开启引、排水，如图4所示；切换吊点后，闸门向上开启，露出水面后可进行检修维护，如图5所示；由于闸底板门库成下凹的弧面，可能会形成淤积。解决方式是将闸门向上提起小开度，利用内外河水位差形成的水流进行冲淤。冲淤工况如图6所示。

3 施工难点

本工程施工中难度较大，主要体现在：

(1)闸室的大体积混凝土的施工质量及弧形尺寸精度控制难度大；闸室底板采用圆弧形，底板的平整度、弧面精细度直接影响了闸门的启闭运行。实际施工时底板及墩墙圆弧段部位模板提前加工成型，底板凹弧模板应按3～4m分段制作，分段拼装，表面覆盖玻璃板，确保混凝土平整光洁合理设计模板及拼缝。

图1 闸室结构剖面图

图2 水闸闸门现场拼装分割示意图

图3 全关挡水位置图

图4 全开引、排水位置

图5 检修向上开启

图6 小开度冲淤

(2)弧形钢闸门的起吊运输和拼装质量控制。因闸门单体重量达到156t，闸门单重高，因此将闸门分成四块进行吊装运输到现场后拼装。门页沿面板横向中心分2片(单重约50t)，支臂2片(单重约28t)，闸门支臂横向长度达到8.0m，运输闸门因超宽，超长、超重，所以公路车辆要求高。闸门运输到现场后采用500t汽车吊将闸门各部件吊装到胎架上再整体拼装成型。

4 应用分析

本水闸工程闸孔净宽20m，闸门单体重量大，吊装运输困难、拼接精准度要求高。实际应用时应注意以下情况。

4.1 单孔尺寸

闸门应该尽量减少分割块数。单孔口宽若口宽较大，对闸门的刚度要求就高，势必会增加钢板厚度及门叶厚度，从而增加闸门重量，闸门运输时就需要分割成多块。现场拼装时，门叶需要在同一水平面上，支臂与门叶需绝对垂直，支铰中心线应在同一水平直线上，多块拼接难度大，质量也难以保证。

4.2 淤积条件

闸门为下翻式，它可以平躺在闸室地面弧形凹槽内，可以运用在通航航道中，但应注意航道的淤积情况。闸门全开时，闸门面板与底板齐平，若河道含沙量较大，长时间开启淤积层在闸门面板上会固结。当淤积较厚时，闸门的启闭力臂很小，闸门启闭力会较大，势必会增加启闭机的投资。闸门直立挡水时，闸室内凹弧面肯定会淤积底泥，小开度冲淤工况需要内外河有一定的水位差。若闸门久闭不开，底淤会固结，冲淤的难度也会加大。闸门较适合经常启闭，河道含沙量较小的河道。

5 结语

本工程上下翻转弧形钢闸门结构新颖，国内尚未有先例。因闸门在水面下，液压启闭机布置在两侧闸墩门龛内，不需在闸室地面高程以上设置启闭机房，运行时水面通透，气势磅礴、景象壮观，与周边环境融为一体。工程建成后成为上海市一个标志性水闸工程。但在实际应用时有诸多限制条件，要分析水闸口宽，河道淤积及通航运行等情况，而且造价比传统水闸高。