浅谈城镇防洪交通闸钢闸门选型设计

2015-08-15牛闻

陕西水利 2015年2期

牛闻

（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安 710001）

1 概述

我国现有很多城市、集镇紧邻河流，汛期洪水位有时高于城区路面，为保障城区防洪安全，在城区与河道之间设有防洪堤以阻挡洪水倒灌进入城区。沿河堤方向常布置有交通闸用于穿跃河堤进出城区，洪水来临时关闭闸门阻洪保城。因此钢闸门的应用与河道上挡水闸门相比，具有以下鲜明的特点：

(1)洪水来临前关门、退去后开门，打开或者关闭时均在无水时进行，开关时间不应过长；

(2)使用频率很低，但安全性要求很高；

(3)闸门挡水水位不高、启闭力不大，一般不设固定的开关设备；

(4)不影响城市交通能力，还应与周围建筑、景观效果相协调。

2 闸门型式及其特点

常用的城镇防洪钢闸门有“人”字型闸门、单扉或双扉“一”字型闸门、横拉闸门、下转轴式翻转闸门、插板式闸门、上升或下降式闸门等多种型式。各门型结构和布置特点如下：

2.1 “人”字型闸门

“人”字型闸门由两扇各自绕其端部竖轴转动的门叶组成，每扇门的跨度约为孔口宽度的55%。闸门在关闭位置时，两扇门在中部斜接柱上相互支承，门扇轴线倾角多为22.5°，在平面上形成三铰拱，端部转轴将水压力传递给两侧闸墙混凝土上。

此闸门的闸墩长度由孔口宽度、稳定计算和抗滑计算后决定，单扇门叶嵌入闸墩，闸墩长度约为孔口宽度的0.8～1.5倍。每扇门在开启后都处于闸墩的门龛内，门叶与闸墩侧墙齐平，不挤占交通空间。闸门关闭受三铰拱的作用，减小了主梁弯矩，经济性较好。面板通常布置在挡水面的下游侧，打开闸门后面板处于门龛外侧，可对面板进行装饰，与建筑风格协调可做成浮雕、彩绘、公益宣传栏等，使门体不显得呆板、生硬。转动结构宜采用自润滑材料，摩擦系数小。通常不设专用的启闭设备，人力推动很轻松自如。相对于其他几种布置方式有以下特点：要求闸墩长度较大，闸门布置简捷，受力结构更合理，开关较为方便。

原安康市大桥闸布置2孔10m（孔口宽）×3m（闸门高）-2.8m（水头高）“人”字型闸门，闸墩长14m，门重19t。闸门关闭后与闸墩垂线夹角为22.5°，顶底枢轴承采用青铜轴承，4个人手推闸门即可实现其关闭，关闭到位需半小时，运行较为灵活简便。

2.2 “一”字型闸门

“一”字型闸门操作、布置与“人”字型闸门基本相同，只是关闭后闸门挡水面垂直于水流方向，没有拱效应，需设支承块抵挡水压作用。小孔口可以做成单扉，宽孔口宜做成双扉。此闸门同样可嵌入闸墩门龛内，面板与闸墩齐平。由于没有拱推力作用，闸墩厚度略小、长度略短。关闭闸门方式与“人”字型闸门相同，只是需要安装临时挡块。对于城门洞型中间大两边小的城市交通建筑，“一”字型闸门是一个合理的选择，中间孔对开对关，两侧孔同时对开对关，城市景观效果较好。如安康市兴安门城防东堤上布置3孔防洪闸门，其中心位于兴安路中轴线上，左右孔采用单扉4m（孔口宽）×4m（水头高）“一”字型闸门，中孔采用双扉10m（孔口宽）×4m（水头高）“一”字型闸门，运行情况良好。

2.3 横拉闸门

横拉闸门为沿水平方向移动的平面闸门，门叶结构与平面闸门类似。由于闸门横向移动，闸门重力作用在下部（或上部）支承滚轮上，可以极大的降低移动阻力。这种闸门可用于较大的孔口，闸墩宽度较小，不影响交通净空尺寸。横拉闸适用于单孔或两孔，但不适用多孔。闸门一般藏在两侧墙体内，故需在防洪堤内设置比闸门总宽长的门库存放闸门，维修不太方便。小门可靠人力推动其开、关，较大的可以采用机械牵引或电力驱动的自动行走机构进行操作。

2.4 下转轴式翻转闸门

下转轴式翻转闸门是利用外力驱动门叶绕底轴转动的平面闸门，适用于孔口较宽，最大可以做到40m，最大高度可以做到5m，底枢间距一般为3m～5m。翻转闸门平时向下游放倒与地面齐平，面板朝上。此门型不影响交通净空尺寸，闸墩长度小，闸室高度也较低。闸门结构除满足正常工作时水压、风压、破浪以及行人或车辆通行需要的强度、刚度外，还应考虑过行荷载引起的结构和零部件局部破坏、震动破坏等不利的影响，加大了日常维护的工作量。小门可以采用手动导链牵引翻转，大的可设置机械或者液压驱动其翻转，如果液压驱动配置蓄能器，可实现无电情况下闸门的正常运行。

2.5 插板式闸门

插板式闸门结构形式为多节并排布置的悬臂闸门。闸门结构简单，可以组合成任意宽度，适合没有防洪堤的开敞段，每节门体宽度应根据需要孔口宽度、运输单元、吊装设备等综合考虑，可以做到12m甚至更宽，有效挡水高度一般不高于3.5m。防洪时安装闸门，插板门与地面常用连接型式有底座螺栓连接、插槽连接等，通行时拆除闸门放置于门库内，门库应设在距离闸室不远的地方，闸底板铺设混凝土（或钢）盖板后再通车。

插板式闸门可实现完全不影响建筑体型，装饰风格统一、整体效果较好；不影响交通净空尺寸；孔口宽度完全不受限制；闸墩长度和两侧边墙厚度均可以做到很小，土建工程量较省；平常存放于门库里，维护、检修次数少；各节门体结构一致，加工制造较简单等优点，使这种门型近年来得到较多应用。如目前在安康市汉江一桥南桥头大桥闸改造中，中孔交通道宽26m，布置一扇26m（孔口宽）×2.7m（水头高）插板式闸门，每2m一节，并排布置13节；左右人行道宽各8m，布置为两扇8m（孔口宽）×2.7m（水头高）的插板式闸门，每2m一节，并排各布置4节，目前已经通过了竣工验收。

在设计和使用中，也发现了此门型的很多不足之处：各节门体安装时均需精确定位，就位操作较为费时，如安装上述工程中的21节插板门体约需10小时，因此当节数较多时安装时间相对较长，会影响交通运行；需在防洪闸附近建造专用的储存门库、配置专用的吊装设备和专门的操作管理人员，对安装人员需要提前进行演练、培训，增加了运输、维护、管理等费用；需加设盖板，洪水来临前待城区人员撤离后，方可拆除盖板，安装闸门，汛后拆除闸门后再安装盖板，不仅增加了盖板的工程量，还费时费力。

插板式闸门作为一种近年来才采用的新型门型，设计时应进行不断地优化，以下是笔者的一些建议：此门型常见的是设计成长方型，这样的设计安装时，要保证节间密封，就需要侧向拉紧（或顶紧），而且最后安装的一节不易插入，费工费时。如果将闸门设计成梯形，一正一倒放置，最后放置中间一个倒梯形，安装会容易些，依靠倒置梯形门的自重也可自然压紧节间水封。另外，由于城市防洪闸一般挡水水头比较低，超过5m的都比较少，水利水电工程常用的止水橡皮如P60-A、P45-A、L型水封断面尺寸过大，显得僵硬，在选择时可采用断面比较小、较柔软一些的，这样方便预压，降低安装阻力。

2.6 上升或下降式闸门

上升或下降式闸门就是沿着轨道上升或下沉的平面闸门，防洪时降落或提起闸门到工作位置挡水。上升式闸门，需要设置锁定平台安全锁定闸门；下沉闸门需要对闸底板以下设置门库，通行时设备操作闸门下沉到门库里，门库顶加设盖板后再通车。这两种闸门，对挡水高度不超过3m的比较合适，随着水头升高，占用的上升、下沉空间较大，以致闸室高度增大或者闸底开挖较大。当孔口尺寸较大时，为满足闸门刚度，闸门整体重量较大，需要设置专门的启闭设备，造价高。此门型不适用景观要求较高的闸室。