閘門的設計在水利防汛工程中的應用

電白縣水利水電勘測設計室 525400

摘要：閘門是水利工程建設中的關鍵設備，它對該工程的正常運行和充分發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準安全運行設計。在水工建筑物設計中，閘門的設計是其中重要的一項，它關系到能否在實施后使閘門結構牢固，擋水嚴密，啟閉靈活，運用可靠；能否在需要時可快速關閉閘門，阻斷水流，因而是一個重要而關鍵的問題，它直接影響著水工建筑物效益的正常發揮。因此對閘門的設計質量嚴格把關，求精求細，是設計人員責無旁貸的義務。

關鍵詞：水利工程；閘門設計

1水閘閘門的定義

閘門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放這些孔口，以調節上下游水位，泄放流量，放運船只、木排、竹筏，排除沉沙、冰塊以及其它飄浮物。閥門的定義很簡單，就是開關那就是閥門，閥門是用于管道運輸的上的重要控制單元，自來水龍頭可以關，可以開，可以開的大，可以開的小，就叫自來水閥門。但是一個廠區占地幾百畝，幾萬根管道，上千個閥門，不可能都用人工去手動擰閥門的，所以就給閥門裝上自動控制單元，用電腦總機一齊控制。閘門裝置在水工建筑物總造價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50%，因此閘門設計是一項十分重要的工作，必須認真對待，精心設計。

2閘門型式的選擇

閘門有很多類型，主要是根據其功能性質、地理位置以及所承受的水流沖擊等決定的。閘門的結構型式有平面式、弧式、人字式、翻板式及升臥式等十多種型式。平面閘門是水工建筑物中最常用的型式，因它的結構較為簡單，操作運行方便可靠，對建筑物的布置也較易配合，且其制造、安裝、管理和維護也比較簡單。弧形閘門在水工建筑物的引水樞紐、渠首、節制閘和退水閘中，當封閉的孔口尺寸較大時是常采用的。因弧形閘門的水壓力所產生的摩阻力對啟閉力的影響與其它型式的閘門相比要小得多。但弧形閘門的設計、施工和安裝一般比較復雜。而“人”字閘門一般用于具有單向水頭的灌區通航船閘中，它的結構比較簡單，啟閉迅速，運行可靠。對于其他型式的閘門，則采用的機率一般較少，大都因有特殊或具體的原因而采用。

3防汛閘門止水設計方法

由于防汛閘門所受荷載小，一般在大潮來臨前關閉閘門，并采用背水面設“u”型橡皮止水。這種止水設置對于設計高潮位高于閘底高程的防汛閘門是十分必要的，也是無可厚非的。但對于閘門底坎高程遠高于高潮位、門體基本位于計算堤頂高程的超高值范圍內的防汛閘門，其閘門止水的設置與否還需進行必要的分析和探討。而現行的規范中沒有專門針對防汛閘門止水設置做出規定。

某新建圍堤，防洪標準為200年一遇高潮位（6.26m）+l2級風下限組合，堤防級別為1級，設計堤頂高程為8.50m，采用深弧型防浪墻，墻頂高出人行步道1.0m，為方便游人進出大堤外側景觀平臺，沿線設有5座景觀防汛閘門，均為橫拉門，閘門凈高1m，門頂高程為8.50m，閘門平時藏在門庫內，門庫內設有排水孔，排放雨水和波浪積水。

當遭遇100年一遇高潮位+12級風組合時，波浪爬高也未超過閘門底高程，閘門只受風荷載。只有當遭遇200年一遇高潮位+12級風組合時，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），竣工時閘門底標高為8.30m，故閘門即使遭遇200年一遇潮位+12級風組合，在很長一段時問也不會有波浪力作用。因此，閘門遭受波浪襲擊的可能性很小。

因此，從該工程實例可以看出，并非所有防汛閘門均需設置止水，應從防汛大堤安全角度論證設置止水的必要性，以節省工程成本，并方便工程管理。

4閘門啟閉機的選擇

閘門啟閉機有螺桿式、卷揚式及液壓式等。對于水工建筑物中小型閘門，以采用螺桿式和卷揚式啟閉機為主。螺桿式啟閉機優點是使用牢固可靠、管理養護較為方便、價格低廉，在啟門力相同的條件下，卷揚式啟閉機的價格往往是螺桿式啟閉機價格的5～6倍，故對其運用條件不需快速關閉的閘門，啟閉機首當其沖選用手電兩用螺桿式。卷揚式啟閉機的鋼絲繩纏繞在繩鼓上，其行程實際上不受限制，便于開啟具有較大行程的閘門或深孔閘門。在采用電動時，啟閉的速度較快，適用于事故閘門和經常啟閉的閘門。卷揚式啟閉機快速閉門速度是手電兩用螺桿式啟閉機閉門速度的20～30倍，為4.1～5.0m/min，用于事故閘門上，能使閘門動水快速關閉，切斷水流，以防事故擴大，其優點和作用尤為突出。

5橫拉門防汛閘門設計改進

現有防汛閘門雖然類型繁多，但應用最多的還數一字門、人字門和橫拉門。隨著社會經濟的發展，人們對景觀要求也越來越高，如何在滿足防汛大堤安全的前提下盡量美化工程環境，使防汛閘門等水利工程與濱海景觀融合，是當代水利設計人員必須認真思考的問題之一。橫拉門由于其獨有的特性，關門時與防汛墻成一條直線，開門后緊貼防汛墻，無論在開啟或關閉狀態，其景觀效果均優于其它門型。通橫拉門一般在防汛墻外側頂部設置一道鋼導梁，閘門底部設鋼導軌，便于閘門運行。閘門常年裸露在外面，任憑風吹浪打，銹蝕嚴重，啟閉極不靈活，這既給防汛大堤的防汛安全帶來了一定隱患，也影響了大堤、尤其是濱海景觀大堤的景觀效果。

6閘門設計應注意的問題

⑴閘門孔口的情況。例如孔口的尺寸、數量以及對閘門運行程序的各種要求。

⑵閘門是水工建筑物的主要組成部分，特別是土建和閘門不在同一個單位設計時更應注意，若配合不好，容易造成設計脫離實際的現象，給施工安裝以及管理運行帶來許多麻煩和錯誤。

⑶閘門上下游的水位條件。所謂水位條件是指各種可能出現的情況組合。往往有這樣的情況，設計人員只注意少數幾種極限水位，卻忽視了某些初看起來并不重要而在實際運行時可能成為關鍵的水位條件。

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

⑸有關氣象和地震方面的資料。自然界的風、潮浪、地震等都會產生作用力，直接影響到閘門設計計算，因此在設計前應該到當地氣象站或查閱有關資料去了解這些情況。

⑹有關制造安裝運輸方面的資料。從設計圖紙到做成實體是一個艱辛的勞動過程，設計人員不能光憑主觀臆想，而是要根據當時當地所能達到的可能條件來進行設計。

7結束語

水工閘門是水工建筑物的重要組成，它的結構設計關系到整個水工建筑物的穩定、強度，在設計中，對閘門的門體型式、材料、支承型式及啟閉機的采用，要根據其在建筑物中的位置、作用，本著安全、經濟、合理的原則進行方案比較，擇優選擇。本文筆者主要對平面鋼閘門的結構布置和設計進行了探討，當然閘門的種類多種多樣，筆者希望能夠有更多的專業人士分享他們對于閘門設計的看法和經驗，共同推動我國水利水電事業的發展。

參考文獻：

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