閘門(mén)的設(shè)計(jì)在水利防汛工程中的應(yīng)用

電白縣水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)室 525400

摘要：閘門(mén)是水利工程建設(shè)中的關(guān)鍵設(shè)備，它對(duì)該工程的正常運(yùn)行和充分發(fā)揮效益起著十分重要的作用。水閘工作的核心之一就是確保水閘工程可以按標(biāo)準(zhǔn)安全運(yùn)行設(shè)計(jì)。在水工建筑物設(shè)計(jì)中，閘門(mén)的設(shè)計(jì)是其中重要的一項(xiàng)，它關(guān)系到能否在實(shí)施后使閘門(mén)結(jié)構(gòu)牢固，擋水嚴(yán)密，啟閉靈活，運(yùn)用可靠；能否在需要時(shí)可快速關(guān)閉閘門(mén)，阻斷水流，因而是一個(gè)重要而關(guān)鍵的問(wèn)題，它直接影響著水工建筑物效益的正常發(fā)揮。因此對(duì)閘門(mén)的設(shè)計(jì)質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，求精求細(xì)，是設(shè)計(jì)人員責(zé)無(wú)旁貸的義務(wù)。

關(guān)鍵詞：水利工程；閘門(mén)設(shè)計(jì)

1水閘閘門(mén)的定義

閘門(mén)是水工建筑物的重要組成部分之一，它的作用是封閉水工建筑物的孔口，并能夠按需要或局部開(kāi)放這些孔口，以調(diào)節(jié)上下游水位，泄放流量，放運(yùn)船只、木排、竹筏，排除沉沙、冰塊以及其它飄浮物。閥門(mén)的定義很簡(jiǎn)單，就是開(kāi)關(guān)那就是閥門(mén)，閥門(mén)是用于管道運(yùn)輸?shù)纳系闹匾刂茊卧?，自?lái)水龍頭可以關(guān)，可以開(kāi)，可以開(kāi)的大，可以開(kāi)的小，就叫自來(lái)水閥門(mén)。但是一個(gè)廠區(qū)占地幾百畝，幾萬(wàn)根管道，上千個(gè)閥門(mén)，不可能都用人工去手動(dòng)擰閥門(mén)的，所以就給閥門(mén)裝上自動(dòng)控制單元，用電腦總機(jī)一齊控制。閘門(mén)裝置在水工建筑物總造價(jià)中所占的比重是很大的，一般約在10%～30%左右，在某些工程上甚至可高達(dá)50%，因此閘門(mén)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分重要的工作，必須認(rèn)真對(duì)待，精心設(shè)計(jì)。

2閘門(mén)型式的選擇

閘門(mén)有很多類型，主要是根據(jù)其功能性質(zhì)、地理位置以及所承受的水流沖擊等決定的。閘門(mén)的結(jié)構(gòu)型式有平面式、弧式、人字式、翻板式及升臥式等十多種型式。平面閘門(mén)是水工建筑物中最常用的型式，因它的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，操作運(yùn)行方便可靠，對(duì)建筑物的布置也較易配合，且其制造、安裝、管理和維護(hù)也比較簡(jiǎn)單?；⌒伍l門(mén)在水工建筑物的引水樞紐、渠首、節(jié)制閘和退水閘中，當(dāng)封閉的孔口尺寸較大時(shí)是常采用的。因弧形閘門(mén)的水壓力所產(chǎn)生的摩阻力對(duì)啟閉力的影響與其它型式的閘門(mén)相比要小得多。但弧形閘門(mén)的設(shè)計(jì)、施工和安裝一般比較復(fù)雜。而“人”字閘門(mén)一般用于具有單向水頭的灌區(qū)通航船閘中，它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，啟閉迅速，運(yùn)行可靠。對(duì)于其他型式的閘門(mén)，則采用的機(jī)率一般較少，大都因有特殊或具體的原因而采用。

3防汛閘門(mén)止水設(shè)計(jì)方法

由于防汛閘門(mén)所受荷載小，一般在大潮來(lái)臨前關(guān)閉閘門(mén)，并采用背水面設(shè)“u”型橡皮止水。這種止水設(shè)置對(duì)于設(shè)計(jì)高潮位高于閘底高程的防汛閘門(mén)是十分必要的，也是無(wú)可厚非的。但對(duì)于閘門(mén)底坎高程遠(yuǎn)高于高潮位、門(mén)體基本位于計(jì)算堤頂高程的超高值范圍內(nèi)的防汛閘門(mén)，其閘門(mén)止水的設(shè)置與否還需進(jìn)行必要的分析和探討。而現(xiàn)行的規(guī)范中沒(méi)有專門(mén)針對(duì)防汛閘門(mén)止水設(shè)置做出規(guī)定。

某新建圍堤，防洪標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇高潮位（6.26m）+l2級(jí)風(fēng)下限組合，堤防級(jí)別為1級(jí)，設(shè)計(jì)堤頂高程為8.50m，采用深弧型防浪墻，墻頂高出人行步道1.0m，為方便游人進(jìn)出大堤外側(cè)景觀平臺(tái)，沿線設(shè)有5座景觀防汛閘門(mén)，均為橫拉門(mén)，閘門(mén)凈高1m，門(mén)頂高程為8.50m，閘門(mén)平時(shí)藏在門(mén)庫(kù)內(nèi)，門(mén)庫(kù)內(nèi)設(shè)有排水孔，排放雨水和波浪積水。

當(dāng)遭遇100年一遇高潮位+12級(jí)風(fēng)組合時(shí)，波浪爬高也未超過(guò)閘門(mén)底高程，閘門(mén)只受風(fēng)荷載。只有當(dāng)遭遇200年一遇高潮位+12級(jí)風(fēng)組合時(shí)，波浪頂高程約為7.70m，高出閘底高程約0.20m，且本工程在施工期問(wèn)考慮了新建圍堤的沉降因素，圍堤拋高了0.80m（按50年沉降期考慮），竣工時(shí)閘門(mén)底標(biāo)高為8.30m，故閘門(mén)即使遭遇200年一遇潮位+12級(jí)風(fēng)組合，在很長(zhǎng)一段時(shí)問(wèn)也不會(huì)有波浪力作用。因此，閘門(mén)遭受波浪襲擊的可能性很小。

因此，從該工程實(shí)例可以看出，并非所有防汛閘門(mén)均需設(shè)置止水，應(yīng)從防汛大堤安全角度論證設(shè)置止水的必要性，以節(jié)省工程成本，并方便工程管理。

4閘門(mén)啟閉機(jī)的選擇

閘門(mén)啟閉機(jī)有螺桿式、卷?yè)P(yáng)式及液壓式等。對(duì)于水工建筑物中小型閘門(mén)，以采用螺桿式和卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)為主。螺桿式啟閉機(jī)優(yōu)點(diǎn)是使用牢固可靠、管理養(yǎng)護(hù)較為方便、價(jià)格低廉，在啟門(mén)力相同的條件下，卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的價(jià)格往往是螺桿式啟閉機(jī)價(jià)格的5～6倍，故對(duì)其運(yùn)用條件不需快速關(guān)閉的閘門(mén)，啟閉機(jī)首當(dāng)其沖選用手電兩用螺桿式。卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的鋼絲繩纏繞在繩鼓上，其行程實(shí)際上不受限制，便于開(kāi)啟具有較大行程的閘門(mén)或深孔閘門(mén)。在采用電動(dòng)時(shí)，啟閉的速度較快，適用于事故閘門(mén)和經(jīng)常啟閉的閘門(mén)。卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)快速閉門(mén)速度是手電兩用螺桿式啟閉機(jī)閉門(mén)速度的20～30倍，為4.1～5.0m/min，用于事故閘門(mén)上，能使閘門(mén)動(dòng)水快速關(guān)閉，切斷水流，以防事故擴(kuò)大，其優(yōu)點(diǎn)和作用尤為突出。

5橫拉門(mén)防汛閘門(mén)設(shè)計(jì)改進(jìn)

現(xiàn)有防汛閘門(mén)雖然類型繁多，但應(yīng)用最多的還數(shù)一字門(mén)、人字門(mén)和橫拉門(mén)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)景觀要求也越來(lái)越高，如何在滿足防汛大堤安全的前提下盡量美化工程環(huán)境，使防汛閘門(mén)等水利工程與濱海景觀融合，是當(dāng)代水利設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真思考的問(wèn)題之一。橫拉門(mén)由于其獨(dú)有的特性，關(guān)門(mén)時(shí)與防汛墻成一條直線，開(kāi)門(mén)后緊貼防汛墻，無(wú)論在開(kāi)啟或關(guān)閉狀態(tài)，其景觀效果均優(yōu)于其它門(mén)型。通橫拉門(mén)一般在防汛墻外側(cè)頂部設(shè)置一道鋼導(dǎo)梁，閘門(mén)底部設(shè)鋼導(dǎo)軌，便于閘門(mén)運(yùn)行。閘門(mén)常年裸露在外面，任憑風(fēng)吹浪打，銹蝕嚴(yán)重，啟閉極不靈活，這既給防汛大堤的防汛安全帶來(lái)了一定隱患，也影響了大堤、尤其是濱海景觀大堤的景觀效果。

6閘門(mén)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

⑴閘門(mén)孔口的情況。例如孔口的尺寸、數(shù)量以及對(duì)閘門(mén)運(yùn)行程序的各種要求。

⑵閘門(mén)是水工建筑物的主要組成部分，特別是土建和閘門(mén)不在同一個(gè)單位設(shè)計(jì)時(shí)更應(yīng)注意，若配合不好，容易造成設(shè)計(jì)脫離實(shí)際的現(xiàn)象，給施工安裝以及管理運(yùn)行帶來(lái)許多麻煩和錯(cuò)誤。

⑶閘門(mén)上下游的水位條件。所謂水位條件是指各種可能出現(xiàn)的情況組合。往往有這樣的情況，設(shè)計(jì)人員只注意少數(shù)幾種極限水位，卻忽視了某些初看起來(lái)并不重要而在實(shí)際運(yùn)行時(shí)可能成為關(guān)鍵的水位條件。

⑷有關(guān)其它漂浮物的資料。除上述浮冰外，對(duì)航道和筏道孔應(yīng)深入了解木排、竹筏和船只的種類、型式、尺寸、年運(yùn)輸量以及操作習(xí)慣（如民船桅桿的臥倒與否牽涉到凈空的要求與門(mén)型的選擇）等資料。

⑸有關(guān)氣象和地震方面的資料。自然界的風(fēng)、潮浪、地震等都會(huì)產(chǎn)生作用力，直接影響到閘門(mén)設(shè)計(jì)計(jì)算，因此在設(shè)計(jì)前應(yīng)該到當(dāng)?shù)貧庀笳净虿殚営嘘P(guān)資料去了解這些情況。

⑹有關(guān)制造安裝運(yùn)輸方面的資料。從設(shè)計(jì)圖紙到做成實(shí)體是一個(gè)艱辛的勞動(dòng)過(guò)程，設(shè)計(jì)人員不能光憑主觀臆想，而是要根據(jù)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)厮苓_(dá)到的可能條件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

7結(jié)束語(yǔ)

水工閘門(mén)是水工建筑物的重要組成，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)水工建筑物的穩(wěn)定、強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)中，對(duì)閘門(mén)的門(mén)體型式、材料、支承型式及啟閉機(jī)的采用，要根據(jù)其在建筑物中的位置、作用，本著安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則進(jìn)行方案比較，擇優(yōu)選擇。本文筆者主要對(duì)平面鋼閘門(mén)的結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，當(dāng)然閘門(mén)的種類多種多樣，筆者希望能夠有更多的專業(yè)人士分享他們對(duì)于閘門(mén)設(shè)計(jì)的看法和經(jīng)驗(yàn)，共同推動(dòng)我國(guó)水利水電事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳緒云.淺談水工閘門(mén)的設(shè)計(jì)[J].中華民居.2013（9）

[2]張文武.水工鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)初探[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè).2009（04）

[3]迮秋華.肖志喬.韓濤.堤防防汛閘門(mén)設(shè)計(jì)淺析[J].廣東水利水電2009（05）