四川省旺蒼縣城區河道綜合整治工程攔河水閘閘型比選

鄒同華 稅航

【摘要】本文通過對四川省旺蒼縣城區河道綜合整治工程中攔河水閘的閘門型式、啟閉設備進行分析比選，提出了“頂推+倒掛式液壓啟閉機組合兩級提升平面閘門方案”。該方案對在城區河道中新建大流量、高水頭的景觀水閘設計具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】城市水利；景觀水閘；閘型比選

1、工程概況

1.1 項目簡介

旺蒼縣城所在東河流域徑流年內分配不均，枯期河道徑流量小，水生態環境差，為適應城市建設和經濟社會發展的需要，實施旺蒼縣城區河道綜合整治工程，通過新建攔河水閘，改善城區河道水生態環境，提升旺蒼城市品質。

攔河水閘為旺月閘，位于旺蒼縣城區東河河道內，工程等別為Ⅰ等，工程規模為大（1）型，主要建筑物級別經批準降低一級為2級，次要建筑物為3級。閘底板頂高程457.40m，正常蓄水位466.00m，設計洪水標準為30年一遇，設計洪水位469.75m，洪峰流量為7960 m3/s，校核洪水標準為100年一遇，校核洪水位471.60m，洪峰流量為10200m3/s。

1.2 水文、工程地質

東河為嘉陵江中游左岸一級支流，流域面積5192km2，河道全長307km，平均比降5.0‰。旺月閘閘址以上控制集雨面積2900km2，多年平均徑流量為56.6m3/s。多年平均年懸移質輸沙量101萬t，多年平均年推移質輸沙量20.2萬t。

工程區大地構造位于四川盆地北部邊緣，構造形跡主要表現為東西向褶皺。工區50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期0.4s；對應的地震基本烈度為Ⅵ度。閘址兩岸為Ⅰ級階地漂卵礫石夾砂層，河床閘基段大多基巖出露，基巖為侏羅系中統上沙溪廟組（J2s3）粉砂質泥巖夾薄層砂巖。

2、閘門型式方案比選

根據旺月閘水文、地質條件及工程運行、景觀等要求，閘室結構型式采用開敞式平底堰，閘門型式選擇主要有平面閘門、弧形閘門等。

平面閘門結構簡單，操作運行方便可靠，對建筑物的布置也較易配合，其中直升式平面閘門是使用最廣泛的門型。傳統弧形閘門較平面閘門啟閉靈活，操作簡單方便，具有重量輕、跨度大、受力條件好、過閘水流順暢等優點，工程應用較為廣泛。故本工程采用平面閘門和弧形閘門兩種閘門型式進行方案比選。兩種方案的閘室結構布置如下：

a.平面閘門（方案一）

攔河水閘寬184.0m，共布置10孔泄水閘孔，單孔凈寬14.0m，過流總凈寬140.0m。采用開敞式平底堰，閘門采用平面鋼閘門。閘室順水流方向長度41.0m，底板高程457.40m，底板厚度3.5m，其中底部采用C30鋼筋砼，厚3.0m，頂部設置C40HF鋼筋砼，厚0.5m，基礎置于基巖上。閘室段采用閘孔底板中間分縫，間距18.0m。閘墩采用C30鋼筋混凝土，中墩厚度4.0m，邊墩頂寬4.0m，閘頂高程473.50m，最大閘高19.60m。閘頂自上游往下游依次布置3.0m寬人行橋、21.0m寬廊橋，6.0m寬人行兼消防通道、1.6m寬油管溝和1.2m寬人行檢修橋。

b.弧形閘門（方案二）

攔河閘寬173.0m，共布置10孔泄水閘孔，單孔凈寬14.0m，過流總凈寬140.0m，結構型式采用開敞式平底堰，閘門采用弧形鋼閘門，啟閉方式采用液壓啟閉機提升。閘室順水流方向長54.0m，底板高程457.40m，底板厚3.5m，其中底部采用C30鋼筋砼，厚3.0m，頂部設置C40HF鋼筋砼，厚0.5m，基礎置于基巖上。閘底板上下游均設置齒墻，深2.0m，上游齒墻寬3.0m，下游齒墻寬3.0m，均采用1：1坡比與閘底板連接。閘室段采用閘孔底板中間分縫，間距17.0m。閘墩采用C30鋼筋混凝土，中墩厚3.0m，邊墩頂寬3.0m，閘頂高程473.50m，最大閘高19.60m。閘頂自上游往下游依次布置3.0m寬人行橋21.0m寬廊橋和6.0m寬人行兼消防通道。

c.方案比選

經比較，方案一投資省1033.61萬元。弧形閘門技術較成熟，工程經驗較多，但由于本工程洪水位較高，弧形閘門支絞高程較高，閘室較長，工程投資大，景觀效果差。平面閘門液壓啟閉機埋設于閘墩內，附屬結構少，美觀、簡潔，閘室長度較短、工程投資低。綜合分析，推薦采用平面閘門方案。

3、啟閉方式比選

平面閘門有直升、升臥、下臥等多種啟閉方式。其中直升平面閘門啟閉設備可選用卷揚式啟閉機、頂推式、倒掛式液壓啟閉機啟閉。卷揚式啟閉機需修建高排架，影響城市景觀；頂推式啟閉機檢修維護簡單，水閘頂部可過水，形成瀑布跌水的景觀效果，閘門關閉時無外露設備，景觀效果較好，啟閉高度較大時可與倒掛式結合。升臥式平面閘門，需設置啟閉工作排架，景觀效果較差，且閘門啟閉機吊具長期浸入水中，易于銹蝕，閘門檢修維護不便。下臥式平面閘門采用底軸驅動，采用多支點支承的形式，可適應不同孔口跨度，允許門頂過流，常運用于低水頭的城市景觀水閘。

根據本工程泄洪流量大，校核水位高，閘門啟閉高度大等特點，平板閘門啟閉機型式擬定頂推式液壓啟閉機和頂推+倒掛式液壓啟閉機組合兩級提升兩種方案，經技術經濟比較、擇優選擇啟閉方式。

a.頂推式液壓啟閉機啟閉方案（方案一）

閘門采用雙吊點，閘墩左右分別埋設一支頂推式液壓缸，液壓缸柱塞桿頭采用球形軸承直接與閘門吊梁鉸接。啟門時，由柱塞桿頂推閘門吊梁至全開位置或檢修位置，閉門時自重閉門。油缸行程15.0m，容量選用2×1000kN。

b.頂推+倒掛式液壓啟閉機組合兩級提升方案（方案二）

兩級提升方案閘門采用雙吊點，門葉左右兩側主梁分別固定一支倒掛式液壓缸，液壓缸活塞桿頭采用球形軸承與操作橫梁鉸接。閘墩左右分別埋設一支頂推式液壓缸，液壓缸柱塞桿頭采用球形軸承操作橫梁鉸接。啟門時，

先由頂推油缸頂推操作橫梁至油缸最大行程，再由倒掛油缸提升閘門至全開；閉門時，倒掛式油缸將閘門下放至油缸最小行程，再由頂推油缸下放操作橫梁至閘門全關。頂推式液壓啟閉機容量選用2×1000kN，油缸行程9.0m；倒掛式液壓啟閉機容量選用2×800kN，油缸行程6.0m。

c.方案比選

經比較，方案二單孔投資較方案一省45萬元。由于本工程正常蓄水位與校核洪水位高差較大，直接采用頂推式液壓啟閉機，因柱塞桿工作行程較長而需加大桿徑、缸徑，技術難度顯著增加，同時，由于閘門吊梁與閘門固定，門頁整體結構復雜，連接部分容易出現應力集中、桿件失穩等問題。頂推+倒掛式液壓啟閉機組合兩級提升可降低頂推啟閉機柱塞桿長度、桿徑，啟閉靈活，風險較小。綜合分析，推薦采用頂推+倒掛式液壓啟閉機組合兩級提升方案。

4、閘門及啟閉設備布置設計

旺月閘共布置10孔，閘孔單孔凈寬14m，孔口尺寸為14×9.1m（寬×高）。采用露頂式平面定輪鋼閘門，設計水頭8.6m，閘門側水封為“P”型，底水封為“I”型水封，門槽采用Ⅱ型門槽。閘門運行條件為動水啟閉。啟閉設備采用頂推式+倒掛式液壓啟閉機組合，兩級提升。頂推式（QPPYⅠ型）、倒掛式（QPPYD型）液壓啟閉機分別布置10套，工程左、右岸分別設置2套泵站，每套泵站備3套油泵電機組，2臺工作，1臺備用。

5、結語

隨著城市的不斷發展，人們對于居住環境、城市品質的要求也越來越高。在城區范圍內實施河道綜合整治工程是實現城市景觀水利的重要途徑。通過采用新建攔河水閘形成湖面景觀，對解決枯期河道干涸，改善水生態環境具有重要意義。本文通過對四川省旺蒼縣城區河道綜合整治工程中攔河水閘的閘門、啟閉方式進行比選分析，針對城區景觀要求高、河道流量大、洪水位高等特點，提出了“頂推+倒掛式液壓啟閉機組合兩級提升平面鋼閘門方案”。該方案對城市河道中新建大流量、高水頭的景觀水閘設計具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]張毅.液壓式頂推水閘在城市水務中的應用.中國農村水利水電，2015，2

[2]歐鎮財，蔡積翔.淺談城市景觀水閘的幾種設計布置形式.廣東水利水電，2014，9。