城市水務(wù)工程中液壓頂升式閘門的運(yùn)用,水工建筑物論文

城市水務(wù)工程中液壓頂升式閘門的運(yùn)用,水工建筑物論文摘要：隨著廣州城市的擴(kuò)張,南沙新區(qū)的建立,新區(qū)的堤防建設(shè)、路橋建設(shè)、景觀建設(shè)及水環(huán)境整治等的需要,無上部排架構(gòu)造的鋼閘門逐步得到廣泛的運(yùn)用。頂升式平板鋼閘門是一種無跨河上部構(gòu)造的閘門形式,由液壓啟閉機(jī)、土建構(gòu)造、平板鋼閘門門體等組成。通過廣州市南沙區(qū)竹湖南水閘工程中的水閘工作閘門為實(shí)例,討論頂升式平板鋼閘門在城市水務(wù)工程中的推廣應(yīng)用。本文關(guān)鍵詞語：液壓頂升式閘門;景觀;水閘;Abstract：WithexpansionofGuangzhoucityandestablishmentofNanshanewdistrict,intheneedofdikeestablishment,roadandbridgeestablishment,landscapeestablishment,andwaterenvironmenttreatment,thenonuppershelfstructuresluicegatehasbeenwidelyapplication.Hydraulicjackingsluicegateisanonuppershelfstructuregatestyle.Itcontainshydraulichoist,relativecivilstructure,andflatverticalgate.ThispaperusedZhuhunansluiceofGuangzhouNanshadistrictasanexample,discussedhowtheHydraulicjackingsluicegatepopularizationandapplicationinurbanwaterproject.Keyword：hydraulicjackingsluicegate;Landscape;sluicegate;1、大概情況本工程建設(shè)范圍西起廣州南沙靈山島尖南岸京珠高速路,東至上橫瀝大橋與靈山島尖南段海岸及濱海景觀帶建設(shè)工程相連接,總長596m。工程建設(shè)內(nèi)容主要包括按200年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)在狀況堤防進(jìn)行達(dá)標(biāo)加固,新建竹湖南節(jié)制閘1座。水閘主要任務(wù)為平常關(guān)閉閘門維持堤內(nèi)景觀水位并抵擋外江潮水;當(dāng)內(nèi)河水位發(fā)生內(nèi)澇時(shí),開啟閘門。水閘閘室凈寬12m,閘內(nèi)最高常水位5.3m,底坎高程為2.5m,閘外擋潮水位7.93m。閘門平常關(guān)閉擋水,保持涌內(nèi)4.7～5.3m的景觀水位,當(dāng)內(nèi)涌水位高于5.3m并高于外江水位時(shí),開閘排水。當(dāng)外江發(fā)生洪潮時(shí),閘門關(guān)閉擋水,最高擋水水位為7.93m。水閘平面布置圖見圖1。圖1水閘平面布置圖2、方案比選作為廣州市南沙區(qū)堤防工程的一部分,竹湖南水閘應(yīng)具有排澇、引水改善水環(huán)境、擋潮等綜合功能。除此之外,還需根據(jù)景觀方案的布置,保證景觀方案的順利施行,避免水閘構(gòu)造布置對(duì)景觀效果產(chǎn)生不利影響。本工程的閘門與啟閉機(jī)型式均遵循景觀的要求,避免傳統(tǒng)閘門布置中閘墩上屹立的啟閉機(jī)排架,同時(shí)知足防潮排內(nèi)澇的要求。由于平板閘門具有構(gòu)造簡單、易于制造和安裝、工程造價(jià)相對(duì)較低、建筑物順?biāo)鞣较虻某叽巛^小等特點(diǎn),所以本次設(shè)計(jì)推薦選用平面鋼閘門為水閘的工作閘門。根據(jù)閘門移動(dòng)方式的不同,對(duì)頂升式平板門、翻板閘門和橫拉式平板閘門進(jìn)行比擬分析,最后選出符合本工程要求的閘門與啟閉機(jī)。2.1、翻板閘門翻板閘門比擬常見的包括水力自控翻板閘和液壓翻板閘。水力自控翻板閘門是利用水力和閘門重量力矩及轉(zhuǎn)動(dòng)摩阻力距之間平衡的原理,隨上下游水位變化自動(dòng)啟閉的自控閘門[1]。閘門布置上具有不需要人為控制,不需要啟閉設(shè)備及相應(yīng)排架,完全由水力大小自動(dòng)控制啟閉的特點(diǎn)。但是構(gòu)造制造復(fù)雜,需要增加閘墩長度和高度;存在頻繁擺動(dòng)、拍打等不穩(wěn)定現(xiàn)象,且不能按景觀要求精到準(zhǔn)確控制水位,操控不靈敏。液壓翻板閘是在水力自動(dòng)翻板閘門基礎(chǔ)上,增設(shè)了液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)來控制閘門的啟閉。構(gòu)造與水力自動(dòng)翻板閘類似,啟閉形式較靈敏,可根據(jù)需要控制閘門的開度。但是閘門液壓缸容易遭到水流沖擊及垃圾纏繞,不利于啟閉的安全。2.2、橫拉閘門橫拉閘門是沿水平軌道左右移動(dòng)門葉來啟閉閘孔的閘門。當(dāng)閘門開啟時(shí),門葉將全部移入門庫;當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí),與埋件的支座相連,以承受水壓力。該門型地面無建筑物,與周邊環(huán)境易于協(xié)調(diào)。橫拉式平板閘門需要預(yù)留門庫,占地面積大;門庫和門坑易受泥沙淤積的影響;只能靜水中操作運(yùn)行,不適用于本工程動(dòng)水啟門的工況。2.3、頂升式閘[2]頂升式鋼閘門選用的門型為平板閘門,垂直啟閉,構(gòu)造布置簡潔。運(yùn)行上具有平板閘門的優(yōu)點(diǎn),閘門啟閉不易受淤泥的影響,檢修維護(hù)方便;平常液壓桿在閘門關(guān)閉時(shí)隱匿閘墩中,只要在起門時(shí)才伸出閘墩,無跨河建筑物,視覺通透性較好,知足景觀要求。綜合比擬上述各種閘型及其啟閉機(jī)的布置特點(diǎn),選用頂升式平板鋼閘門為水閘的工作閘門。其布置構(gòu)造型式見圖2。圖2閘門布置圖3、閘門的運(yùn)行特點(diǎn)閘門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí),門葉直立在門槽中,實(shí)現(xiàn)抵御外江洪潮和維持景觀水位功能;閘門打開時(shí),由液壓缸把門葉頂升至閘孔以上,實(shí)現(xiàn)排內(nèi)澇的功能。工作閘門在全開位置時(shí)門底高程5.5m,門頂高程8.5m,不超出閘頂程9.0m。該布置方式巧妙實(shí)現(xiàn)閘門啟閉隱匿于路橋之下,排水位之上,不容易受水流沖擊,不需要設(shè)置啟閉機(jī)室,不影響周邊景觀觀海效果。除此之外,閘門可小開度沖淤,運(yùn)行管理方便。見圖3。圖3閘門全開全關(guān)示意圖4、閘門設(shè)計(jì)4.1、閘門門葉布置閘門門葉構(gòu)造按擋設(shè)潮水位7.93m設(shè)計(jì),底檻高程為2.5m,潛孔式布置,胸墻底高程為5.50m,則閘門門葉尺寸為12m3.0m(寬高)。閘門為潛孔式平面滑動(dòng)鋼閘門,門體構(gòu)造類型參照平面閘門的門葉構(gòu)造,面板布置在內(nèi)江側(cè),在面板后設(shè)置三主橫梁、次橫梁、縱梁以及邊梁的構(gòu)造型式。主橫梁梁格按等荷載布置,采用實(shí)腹式工字鋼截面焊接構(gòu)造;次橫梁布置在閘門頂部和底部,型式采用槽鋼;縱梁截面采用T型焊接構(gòu)造;邊梁同樣采用實(shí)腹式焊接工字鋼構(gòu)造。所有的主橫梁、次橫梁以及邊梁采用同層布置。閘門兩側(cè)設(shè)啟閉機(jī)連接裝置,截面型式為焊接雙腹板工字鋼截面,由面板、邊梁后翼緣及之間的連接板、加強(qiáng)板組成。閘門的吊點(diǎn)中心距為13.46m。為保證知足工程有擋潮及維持景觀水位的要求,在閘門的內(nèi)外江兩側(cè)均布單p頭截面型的橡膠水封,以實(shí)現(xiàn)雙向擋水要求。當(dāng)需要擋外江洪潮時(shí),閘門內(nèi)江側(cè)水封壓向止水座板,實(shí)現(xiàn)擋水;當(dāng)需要維持景觀水位時(shí),閘門外江側(cè)水封壓向止水座板實(shí)現(xiàn)擋水。底水封采用常規(guī)的刀型橡膠水封。止水螺栓均采用不銹鋼螺栓,便于更換。正反向支撐采用自潤滑滑塊。閘門支承中心距為12.6m,側(cè)止水中心距為12.18m。閘門檢修吊耳構(gòu)造布置在閘門門頂上主橫梁腹板上,吊點(diǎn)中心距為12.19m。門葉構(gòu)造采用Q235B。門葉構(gòu)造布置見圖4。圖4門葉構(gòu)造圖4.2、閘門構(gòu)造設(shè)計(jì)該閘門主要用于維持景觀水位并抵御外江潮水,考慮到檢修期間遭遇潮水,底檻高度為2.5m,外江擋潮水位7.93m。設(shè)計(jì)擋水水位差5.43m(外江擋洪水位7.93-底檻高程2.5m)。面板厚度按下式計(jì)算:根據(jù)計(jì)算結(jié)果并考慮銹蝕厚度,選定面板厚度為12(mm)。采用近似取相鄰間距和之半法分別計(jì)算梁的荷載,最底部的3#主梁受力最大,考慮動(dòng)荷載系數(shù),為74.55kN/m。荷載作用下最大彎矩為1477.8kN/m,最大剪力為454.01kN。因而,選取主梁截面高度為1.2m、前后翼緣為0.3m、板厚16mm的焊接工字鋼構(gòu)造。計(jì)算得出,前后翼緣正應(yīng)力、主梁剪應(yīng)力均在材料許用應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),且主梁腹板高度與厚度之比h0/=1200/16=75小于80,知足穩(wěn)定性要求,能夠不配置肋板。4.3、閘門啟閉力設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)啟閉水位:島內(nèi)水位(島內(nèi)最高水位6.30m)高于外江水位,且內(nèi)外水頭差不大于6.3-4.7=1.6m時(shí)。頂止水承受的水柱Ws=4.95kN,閘門重量G=159kN,滑動(dòng)支撐摩阻力Tzd=106kN,止水摩阻力Tzs=34.5kN,根據(jù)啟閉力計(jì)算公式:閉門力:Fw=1.2(TZd+TZS)-G-Ws=4.65kN啟門力:Fq=1.2(TZd+TZS)+G+Ws=332.55kN需加重15kN混凝土加重塊使閘門能自重下閘,選用混凝土加重塊尺寸1m1m0.1m(長寬高),一共6塊,布置在主梁腹板上。5、結(jié)束語本文綜合分析了較為常見的無上部排架構(gòu)造的平面閘的型式和特點(diǎn),結(jié)合工程防洪、防潮、排內(nèi)澇及景觀等要求,根據(jù)景觀方案的布置,保證景觀方案的順利施行,避免水閘構(gòu)造布置對(duì)景觀效果產(chǎn)生不利影響。水閘的門型選擇閘門采用頂升式潛孔鋼板閘。該門型成熟可靠,檢修維護(hù)簡單,閉門能