邬显强 曾繁钦 曾文

摘 要：为满足白藤大闸重建工程通航孔的功能性与景观适宜性，对金属结构的型式、具体结构进行比选设计，确定有轨双开的新型弧形闸门为工作门的设计方案。设计过程最大化保证了金属结构产品的安全、实用、美观。

关键词：白藤大闸 通航孔 金属结构 比选设计 工程景观

1.引言

目前，在城市规划中，水利工程与生态、景观融合是亟需解决的热点问题，也是未来水利设计发展的必然趋势。白藤大闸是珠海市唯一的一座大型水闸，其周边已成为珠海市、斗门区的重点发展区域。大闸重建工程除要求满足传统挡潮、排涝、通航、防咸等功能外，还对工程景观提出了高要求，合理进行通航孔金属结构设计是建立水利工程风景区，体现城市生态核心的重要一环。

2.通航孔金属结构设计

2.1工程概况

白藤大闸重建工程等别为II等，规模为大（2）型。工程建筑物包括14孔水闸、1孔通航孔，总净宽159m。其中通航孔净宽12m，可通航最大吨位100吨的船舶。通航孔金属结构包括工作闸门、检修闸门及活动钢桥及相应的启闭设备。

2.2通航孔工作闸门

2.2.1闸门门型比选

根据水工布置要求，工程设有1孔通航孔，通航孔可选闸门门型有：垂直提升门、升卧门、下卧门、有轨双开弧形闸门。为保证通航的净空，若采用垂直提升门和升卧门均需设置排架；而采用下卧门、有轨双开弧形闸门则不用设置启闭机排架。下卧门需在河床底部进行开挖，门底容易淤积，不利于检修维护。

有轨双开弧形闸门为近年来生态水利、景观水利相结合的门型，是介于三角闸门和横拉门之间的一种新型闸门，可以实现双向挡水，不需要设置启闭机排架，景观效果好，过船时不影响通航净空和净宽，但该闸门结构复杂，精度要求高，设计上具有创新性和挑战性。国内已建成的案例较少，目前仅有两例：常州牛塘防洪工程（单孔净宽90m）和引江济汉工程拾桥河枢纽（单孔净宽60m）。

白藤大闸处于珠海市斗门区重点发展区域，工程的设计中要求突出开放式城市水利风景特色，提升城市形象。因此该通航孔工作闸门的设计摈弃了传统的闸门型式，采用与城市生态建设相适宜的有轨双开弧形闸门。

2.2.2基本资料

（1）水文气象。年平均气温：22.4℃，多年平均降雨量：1760～2325mm，实测年最大24小时降雨量482mm，设计风速：14.8m/s。

（2）流量、特征水位。外江防洪（潮）设计水位：3.40m（P=1%），外江多年平均最高潮位：1.76m，内河最高控制水位：0.50m，内河最低控制水位（即景观水位）：-0.30m，内河正常蓄水位（即经常性水位）：0m。

（3）通航孔运行条件。本工程通航孔所在航道Ⅵ级，根据《内河通航标准》（GB50139-2014），航道最小控制水深为1.6m；航道设计通航水位主要由内河常水位控制，为-0.3～0.5m，在开启通航孔时应选择在内外水头差不大于0.2m的时段。

2.2.3工作闸门设计关键点及对策

（1）闸门总体布置。有轨双开弧形闸门主要由门体结构、支承系统、止水系统等部分组成。门体结构采用空间刚架结构，包括面板系、支臂等。支承系统包括活动支铰和闸门底部支承。闸门关闭挡水时，水压力由弧形面板梁格系通过支臂传递至支铰，再由支铰最终传递至闸首边墩上，竖向力则由底部支承和活动支铰承受。

通航孔闸室净宽12.0m，闸室底板高程-2.80m，闸内外水位基本齐平时开闸通航，采用液压启闭机启闭操作。闸门在上、下游水位基本齐平时启闭（水头差小于0.2m）。闸门面板为弧形面板，R=6800mm，支臂支承中心线与通航孔中心线夹角为32.5°。通航孔工作闸门布置图见图1～图2。

（2）闸门活动支铰设计。闸门活动支铰采用铸钢支铰，自润滑球面轴承支承。同时为了克服活动支铰承受竖直荷载的难题，轴端部支承在混凝土牛腿，可承受门体部分竖向荷载，大大提高了活动支铰转动过程中的安全性和可靠性。

（3）闸门底部支承设计为了选择一种运行可靠、造价经济、维护方便的闸门底部支承型式，设计中研究了滑块支承和滚轮支承两种常见支承型式。滑块支承不用设置较高的轨道，门底淤积情况相对较好，滑块承载力高，摩擦系数相比滚轮大，相应液压启闭机容量较大；滚轮支承的主要优点是滚轮摩擦系数小，液压启闭机容量较小且易于布置闸门底止水。综合比较后，采用滚轮支承型式，沿闸门底部弧长方向设置2个滚轮，滚轮直径为Φ500mm，采用自润滑轴承。

（4）启闭机设计。通航孔工作闸门采用2×250KN/2×250KN的液压启闭机进行操作，启闭机支铰安装高程为1.9m，油缸工作行程为3793mm，启闭工作闸门时间4m in，启门速度约1m/min，液压系统最大压力≤20MPa。液压泵站采用比例泵进行控制。活动钢桥与单侧双开弧形闸门共用1套电气控制设备，实现两根液压杆运行同步。

2.3通航孔檢修闸门

2.3.1闸门选型

通航孔闸室底板常年处于水下，为满足通航孔闸室及金属结构的检修条件，在闸室的内河、外江侧均设置1道检修门。浮式叠梁门各节性质一致，通用性强，重量轻，启闭容量要求低。此工程通航孔检修闸门利用浮式叠梁门节约钢材的同时减小启闭容量，经济效益可观。

2.3.2闸门设计

闸室宽度12.0m，底坎高程-3.25m，闸门静水闭门、平压开启。采用浮式叠梁平面滑动闸门，单节1m，板梁结构，滑道支承。闸门为双吊点，吊点设在叠梁的顶部，单节闸门重量约6吨，采用2×50KN临时设备操作。平时不用时存放在门库中。

2.4通航孔活动钢桥

2.4.1活动钢桥选型

根据水工布置要求，通航孔处需设置1座活动钢桥，目前常用的活动钢桥型式有垂直提升式活动钢桥、液压顶升式或斜拉式活动钢桥。从美学角度该工程不考虑设置启闭机排架的垂直提升式活动钢桥。根据我公司已有的类似工程经验，采用顶升式活动钢桥液压时启闭机支铰座处受力状态优于斜拉式活动钢桥，且我公司已获得顶升式活动钢桥国家实用新型专利，并成功用于同类工程。本次设计采用顶升式活动钢桥。

2.4.2活动钢桥布置

钢桥按四级公路标准设计，活动钢桥桥宽12m，两侧各设1.25m人行道，支承跨度16.48m。活動钢桥由固定桥体和活动钢桥体两部分组成，活动钢桥体可绕活动支铰座旋转，活动钢桥最大开启角度为65°，对应活动钢桥通航净空约11.9m，满足通航净空的要求。平时钢桥置于闸面通行车辆和行人，需通航过船时全开。活动钢桥纵剖面布置图见图3。

2.4.3活动钢桥设计

活动钢桥采用双主梁结构，主纵梁为箱型截面，抗弯抗扭刚度强。箱梁梁高为1200mm，间距为7600mm，主横梁为焊接工字钢截面，梁高为700mm，梁间距为1500mm，次梁为工22。活动支铰座及液压启闭机支铰座均采用自润滑关节轴承。为了减少桥体重量，适当减小钢结构截面尺寸，活动钢桥桥体采用Q345B作为主材。

活动钢桥采用2×2000/2×2000KN的液压启闭机进行操作，启闭机支铰安装高程为-2.885m，油缸工作行程为2012mm，油缸最大行程为2250mm，启闭活动钢桥时间为3min，启闭速度约0.7m/min，液压系统最大压力≤20MPa。

3.结语

白藤大闸通航孔金属结构已制造安装完成，运行情况良好。该工程外形美观度要求高，设计难度较大。设计方案在总结传统闸门型式基础上，探索了新的设计思路，使金属结构的布置合理实用、欣赏价值高。设计过程对水利现代化建设发展具有一定价值。

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