呂少蒙

(中國電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

在水利工程設(shè)計(jì)中，水閘的設(shè)計(jì)極其重要。水閘是一種水利工程的擋水建筑物，主要功能是攔洪、擋潮、泄洪、排澇、沖沙、取水和根據(jù)下游情況需要調(diào)節(jié)流量。在水閘選址設(shè)計(jì)時(shí)，需要多次到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察，結(jié)合主要建筑物的布置進(jìn)行多方案的比選，選擇適合水文地質(zhì)條件的、安全可靠的方案。而水閘閘門型式也是多種多樣的，在設(shè)計(jì)時(shí)要仔細(xì)思考，應(yīng)有效控制水閘設(shè)計(jì)施工的質(zhì)量技術(shù)，確保水利工程安全運(yùn)行。

1 曹娥江水利工程簡介

曹娥江綜合治理工程為浙江省紹興市“五水共治”項(xiàng)目下的重要工程，以水利、旅游、景觀、濱水文化為一體的綜合整治工程。水利工程為曹娥江綜合治理工程的龍頭項(xiàng)目，工作范圍包括修建兩道排洪擋潮閘，其中1座為新建水閘，另外1座為舊閘拆除重建。水閘一側(cè)為外江，另外一側(cè)為內(nèi)江。水閘的主要功能用于維持內(nèi)江常水位2.8 m，當(dāng)內(nèi)江水位高于2.8 m并高于曹娥江水位時(shí)，開啟排洪閘工作閘門泄洪，開啟高度根據(jù)泄洪量確定。閘門還能起到引水作用，當(dāng)內(nèi)江水位過低需要生態(tài)流量時(shí)，引曹娥江水入內(nèi)江。在汛期，當(dāng)內(nèi)江水位低于曹娥江水位時(shí)，需關(guān)閉閘門擋潮，防止潮水倒灌；在必要時(shí)，還可以根據(jù)河道需要開啟閘門納潮。因此，閘門的設(shè)計(jì)需要考慮雙向水流的作用。

2 水閘設(shè)計(jì)

2.1 總體布置

水閘的總體布置需要滿足水利工程中的基礎(chǔ)要求，同時(shí)因?yàn)楣こ讨械亩喾N因素條件不同，需要進(jìn)行合理布局，抓住關(guān)鍵點(diǎn)，優(yōu)選經(jīng)濟(jì)合理的方案。

本工程水閘樞紐建筑物垂直于現(xiàn)狀長堤，總長88 m，兩側(cè)泄流部分寬各9 m，中間過水部分寬9.9 m，設(shè)置2個(gè)寬4.5 m的閘孔，每個(gè)閘孔設(shè)置1扇工作閘門及2扇檢修閘門。由于本工程存在舊閘改造，新閘為了方便施工，考慮與舊水閘采用同一方案，閘頂高程比現(xiàn)狀堤頂高程9.57 m略高，閘頂設(shè)計(jì)高程為9.6 m。外江曹娥江側(cè)擋水水位為百年一遇洪水位7.35 m，最終選定工作閘門方案為潛孔式閘門，孔口尺寸為4.5 m×4.6 m(寬×高)。同時(shí)，在工作閘門前后設(shè)置檢修門槽(見圖1)。水閘上方建筑物比較集中，施工和管理上都能比較方便。

2.2 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)閘門的設(shè)計(jì)工況

工作閘門的主要作用為調(diào)節(jié)內(nèi)河洪水水位及阻擋外江側(cè)潮水位。為了滿足泄洪和引水需要，閘門可以在動(dòng)水條件下啟閉操作；同時(shí)閘門的啟閉操作必須依據(jù)潮汛、潮位預(yù)報(bào)系統(tǒng)和全流域的水文、水情預(yù)報(bào)系統(tǒng)所提供的實(shí)時(shí)水情信息進(jìn)行。

工作閘門兩側(cè)擋水和啟閉工況組合如下：

①內(nèi)江側(cè)→外江側(cè)壓力方向最不利水位組合：內(nèi)江20年一遇設(shè)計(jì)洪水位4.13 m，外江最低水位3.0 m，閘門操作水位差1.13 m。

②外江側(cè)→內(nèi)江側(cè)壓力方向最不利水位組合：內(nèi)江側(cè)水位2.8 m，外江側(cè)水位取100年一遇高潮位7.35 m，設(shè)計(jì)擋水水位差4.55 m。

圖1閘門及啟閉機(jī)布置

根據(jù)水位工況分析得出當(dāng)遇到暴雨發(fā)洪水時(shí)，內(nèi)江水位升高，同時(shí)外江側(cè)水位低于內(nèi)河水位時(shí)，需打開閘門放水；當(dāng)外江最高引水水位超過3.9 m，或內(nèi)江水位低于2.8 m，水閘閘門動(dòng)水開啟引水入內(nèi)江。為保證內(nèi)河水位，正常情況下，泄水閘閘門處于關(guān)閉狀態(tài)，需要泄洪時(shí)才開啟閘門泄洪。當(dāng)泄洪或者引水完畢兩側(cè)水位高度大致相同時(shí)，閘門在動(dòng)水中關(guān)閉，防止?jié)q潮時(shí)海水倒灌。

因此，工作閘門根據(jù)動(dòng)水開啟設(shè)計(jì)，單側(cè)最大總水壓力為216.5 kN。閘門控制有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制及遠(yuǎn)方自動(dòng)控制兩種方式，設(shè)置有現(xiàn)場(chǎng)控制箱及遠(yuǎn)方監(jiān)控中心。

(2)水閘閘底檻高程的確定

水閘的閘孔凈寬及底檻高程的確定主要應(yīng)滿足水閘行洪、與周圍已有建筑物的匹配、景觀協(xié)調(diào)及內(nèi)河淤積的要求，水閘閘底檻高程確定為-0.4 m。

(3)閘門及啟閉機(jī)設(shè)計(jì)

工作閘門采用平面鋼閘門，由面板、主橫梁、水平次梁、縱向次梁、邊柱、吊耳以及支承滑塊、止水等組成，總重量約為9 t。閘門面板布置在外江側(cè)，以減少涌浪及泥沙淤積對(duì)閘門的影響。啟閉機(jī)容量選擇時(shí)考慮一定淤積對(duì)啟閉力的影響，初步采用250 kN卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作。

工作閘門內(nèi)江側(cè)和外江側(cè)各設(shè)置1道檢修門槽，兩孔共用1套內(nèi)、外側(cè)檢修閘門，采用2×100 kN移動(dòng)式雙聯(lián)電動(dòng)葫蘆進(jìn)行操作，水閘上方建筑物內(nèi)設(shè)有電動(dòng)葫蘆軌道。檢修閘門平時(shí)停放在孔口上方啟閉機(jī)房內(nèi)。

本工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備使用環(huán)境較復(fù)雜，處于淡水、海水及海洋大氣中。因此，所采用的防腐方案十分重要，應(yīng)能滿足使用環(huán)境，并盡量延長閘門及埋件的檢修周期。本工程初擬防腐方案為厚漿型環(huán)氧玻璃鱗片涂料。在下階段設(shè)計(jì)中，對(duì)防腐方案還將作進(jìn)一步的研究，進(jìn)行細(xì)化、完善和優(yōu)化。

3 相關(guān)事項(xiàng)淺析

在本工程設(shè)計(jì)過程中曾考慮將頂水封、側(cè)水封均設(shè)置雙P型水封，通過水封預(yù)壓縮量滿足雙向擋水要求，經(jīng)計(jì)算閘門此布置水封摩阻力較大。后根據(jù)水位組合分析，內(nèi)河設(shè)計(jì)水位低于胸墻底高程，因此內(nèi)河/外江方向不需要設(shè)置頂水封，最后選擇了普通的P型水封在外江側(cè)(擋內(nèi)河水)，底止水布置在外江側(cè)，側(cè)止水、頂止水布置在內(nèi)河測(cè)(擋外江水)。

工程設(shè)計(jì)中最初考慮檢修閘門使用臨時(shí)起吊設(shè)

備，在水閘左右兩岸各建1個(gè)平臺(tái)停放臨時(shí)起吊設(shè)備；后因考慮檢修的方便性和閘頂建筑的整體美觀性，采用了永久設(shè)備(電動(dòng)葫蘆)作為檢修閘門起吊設(shè)備。

4 結(jié) 語

在曹娥江水利工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)檎w水利環(huán)境、水體質(zhì)量和水位工況的特殊性，有關(guān)水閘閘門的選型、止水的選型、涂料的選擇、啟閉機(jī)的選型都跟傳統(tǒng)水電站閘門設(shè)計(jì)不同。因此，需要對(duì)水利工程的一些基礎(chǔ)特點(diǎn)進(jìn)行研究，從而保證水閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，滿足整體工程質(zhì)量要求，確保水利工程能安全穩(wěn)定的運(yùn)行。