劉 良 舒劉海 劉美義

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司 合肥 230000）

1 工程概述

江風(fēng)口分洪閘建于1955年6月，共7孔，孔口尺寸12.0m×6.5m（寬×高），閘室為低實用堰型，工程于2001年1月完成除險加固。加固后閘室內(nèi)設(shè)置一道工作閘門，無檢修門槽，工作閘門采用12.0m×8.38m-8.14m（寬×高-水頭）露頂式斜支臂鋼閘門，計7扇，弧面半徑8.0m，支鉸中心高程56.80m，閘門底檻高程50.80m；啟閉設(shè)備采用QHLY-2×500kN-3.85m液壓啟閉機啟閉，設(shè)2套液壓泵站，分別控制3扇門和4扇門。該閘主要作用是分洪和連接邳蒼分洪道兩岸交通功能，現(xiàn)狀分洪流量2593m3/s，正常蓄水位53.50m，最大擋洪水位58.98m，根據(jù)東調(diào)南下續(xù)建工程總體規(guī)劃，該閘需要承擔(dān)設(shè)計分洪流量4000m3/s，該工程于2011年實施擴建，擴建規(guī)模為1483m3/s，共擴建4孔，每孔凈寬12.0m，總凈寬48.0m。

2 工作閘門布置及設(shè)計

2.1 工作閘門布置

根據(jù)擴建的工程特點，并結(jié)合上下游河道地形、地貌、工程地質(zhì)和進(jìn)出口水力條件等原則，確定在老閘左側(cè)緊靠老閘擴建4孔，單孔凈寬12.0m。為了與老閘整體協(xié)調(diào)布置，閘室順流向長度與老閘同為18.0m，閘室上游設(shè)檢修便橋，下游設(shè)交通橋，無檢修門槽及啟閉設(shè)備。

擴建新閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計比較了平面鋼閘門和弧形鋼閘門兩種方案，由于閘門運用存在動水局部開啟控泄分流工況，并綜合考慮新老閘外觀協(xié)調(diào)性，工程確定采用弧形鋼閘門方案。受限于閘室長度和擋水位大的技術(shù)難題，設(shè)計通過合理布置支鉸位置和選取最優(yōu)的弧面半徑，充分利用交通橋下空間，解決了閘門能夠達(dá)到最大開啟高度、又不觸碰公路橋的技術(shù)難題，金屬結(jié)構(gòu)總體布置見圖1。

2.2 工作閘門設(shè)計

2.2.1 工作閘門設(shè)計

工作閘門采用12.0m×8.5m-8.18m（寬×高-水頭）露頂式雙主橫梁斜支臂鋼閘門，計4扇，面板布置在上游側(cè)，主要結(jié)構(gòu)材料采用Q235B，弧面半徑8.5m，總水壓力5730kN，剛度比為4.2，支鉸中心高程56.90m，閘門底檻高程50.80m。

支鉸采用圓柱鉸，鉸鏈和鉸座材料ZG310-570，軸材料45，軸套采用GEW300HFZB056自潤滑關(guān)節(jié)軸承。側(cè)向采用φ200mm簡支滾輪支承，材料ZG270-500，每側(cè)設(shè)4只，共計8只。止水采用單向止水，材料采用橡塑復(fù)合止水，在基材SF6674表面噴涂聚四氟乙烯，側(cè)止水采用L型橡皮，底止水采用I型切角橡皮，均布置在面板側(cè)。

2.2.2 弧面半徑選取

圖1 金屬結(jié)構(gòu)總體布置圖

表1 啟閉機方案比選表

老閘加固只是由潛孔式改為露頂式，更換了閘門，閘門高度由6.7m增加到8.38m，弧面半徑受到加固約束，仍然取8.0m，導(dǎo)致面板曲率半徑與閘門高度比值超出規(guī)范規(guī)定的通常取1.0～1.5范圍。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料統(tǒng)計分析，弧面半徑由縮小的趨勢，這樣可以改善支臂的穩(wěn)定性，縮短閘墩，但會增加啟閉機容量。

此次設(shè)計沿用原來的設(shè)計思路，在閘室布置和啟閉機容量上綜合選擇，控制面板曲率半徑與閘門高度比值在通常取值范圍內(nèi)，弧面半徑R為8.5m。

2.2.3 支鉸軸套的選擇

在近幾年大中型水閘和水庫加固中，發(fā)現(xiàn)支鉸軸套問題比較突出，由于封閉在鉸鏈內(nèi)，很難判斷軸套磨損和潤滑情況。如拆除鉸鏈檢查軸套情況，需要固定閘門，檢查工作量大。有的閘門使用年限長，鉸鏈系統(tǒng)銹蝕，拆除困難，甚至?xí)茐脑瓨?gòu)件。

在設(shè)計過程中優(yōu)化了鉸鏈系統(tǒng)，便于以后拆卸；考慮到目前市場上軸套產(chǎn)品很多，設(shè)計采用國內(nèi)知名廠家產(chǎn)品，選擇雙金屬鑲嵌自潤滑材料關(guān)節(jié)軸承，并設(shè)置了密封系統(tǒng)，防止水分進(jìn)入軸套內(nèi)或軸套內(nèi)潤滑油流出。

3 工作閘門啟閉機選型及設(shè)計

3.1 工作閘門啟閉機選型

河道上水閘啟閉機通常采用卷揚式、液壓式和螺桿式等，針對該工程特點，弧形閘門啟閉方式比選了卷揚式啟閉機和液壓式啟閉機兩種型式，兩種啟閉設(shè)備均可行，也都能滿足閘門啟閉要求，但兩種方案各有優(yōu)缺點，見表1。

老閘加固前原工作閘門啟閉機為卷揚式啟閉機，由于老閘啟閉機工作大梁為變截面拼接而成的曲梁，經(jīng)驗算其結(jié)構(gòu)強度不滿足要求，故加固改建時更換為液壓啟閉機方案。由于液壓啟閉機檢修維護(hù)要求高，該閘閘門開啟使用頻率比較低，綜合考慮工程實際情況和管理單位要求，擴建工程工作閘門啟閉機采用卷揚式啟閉機方案。

3.2 啟閉機設(shè)計

經(jīng)計算，啟閉設(shè)備采用HQ-2×225kN-9.0m卷揚式啟閉機啟閉。啟閉機減速器采用擺線針輪式結(jié)構(gòu)，提高了運行平穩(wěn)可靠性，降低了運行噪音，啟閉機體積也比傳統(tǒng)啟閉機小巧，得到了驗收專家和管理單位的好評，目前運行情況良好。

4 檢修閘門設(shè)計

4.1 設(shè)置檢修閘門必要性

江風(fēng)口分洪閘上游沂河非汛期水位低于門檻高程50.80m，因此未設(shè)置檢修閘門。當(dāng)沂河李莊攔河閘建設(shè)完成后閘前正常蓄水位為53.50m，則該閘將處于經(jīng)常擋水狀態(tài)，因此需要增設(shè)檢修閘門。

4.2 檢修閘門選型

綜合考慮工程特點，初步設(shè)計檢修閘門提出了平面疊梁式鋼閘門和浮箱式鋼閘門兩種方案進(jìn)行比選。

一般新建水閘檢修閘門多采用平面疊梁式鋼閘門，主要設(shè)計、制造簡單，運行管理方便，平時鎖定在各閘墩上，使用時通過電葫蘆配合抓梁起吊。由于老閘未留檢修門槽，采用此方案須對老閘進(jìn)行改造，包括檢修門槽的開鑿、主反軌及底檻預(yù)埋件的安裝、啟閉機軌道的安裝以及對上游檢修便橋的改造等，施工難度較大。

浮箱式檢修閘門的設(shè)計、制造較復(fù)雜，運行及管理比較麻煩，此方案須對閘墩前側(cè)及底檻的止水面進(jìn)行處理，同時還須對老閘邊墩進(jìn)行局部鑿槽。此方案的優(yōu)點是不需要單獨的啟閉設(shè)備，水工結(jié)構(gòu)的變動相對較少。

經(jīng)過比選，設(shè)計檢修閘門采用浮箱式鋼閘門方案。

4.3 檢修閘門設(shè)計

閘門設(shè)計按照正常蓄水位53.50m進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，檢修閘門采用12.0m×4.0m-3.70m（寬×高-水頭）浮箱式鋼閘門，計1扇，浮箱門外形尺寸14.48m×4.0m×1.6m（寬×高×厚），沿寬度方向分3節(jié)布置，中間一節(jié)寬度8.01m，兩邊每節(jié)寬度3.235m，各節(jié)采用螺栓連接。主要結(jié)構(gòu)材料采用Q235B，閘門重22.8t，配重15.7t，浮箱閘門設(shè)計穩(wěn)定吃水深度2.3m，配潛水泵（50WQ18-7-1.1）2只。

4.4 浮箱式檢修閘門使用

考慮檢修幾率低，為更好保護(hù)設(shè)備，平時檢修閘門放置在專用門庫內(nèi)。

檢修工作閘門時，將各節(jié)采用螺栓連接，采用機動船牽引，拖到上游閘墩前，采用潛水泵向空箱內(nèi)充水25m3，使門體下沉至底板擋水，提起工作閘門檢修；待檢修完成后關(guān)閉工作閘門，再向兩道閘門之間充水，直到浮箱閘門前后水位一致，再把浮箱閘門內(nèi)水排出浮起，再去檢修另一孔，直至完成11孔工作閘門檢修。

5 結(jié)語

江風(fēng)口分洪閘擴建工程的工作閘門、檢修閘門和啟閉機經(jīng)過多方案比選，選取了適合該工程特點的閘門和啟閉機，解決了檢修難題，在金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計上做到了新老閘整體布置協(xié)調(diào)，可為我國同類大中型水閘工程改擴建金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考和借鑒