新型上下翻轉弧形鋼閘門設計施工及應用

張 飛

(長江勘測規劃設計研究有限責任公司上海分公司，上海 200439)

1 工程概況

上海某水閘位于寶山區馬路河與長江交匯處，水閘改造工程主要以防洪擋潮、排水除澇、趁潮引水為主，兼顧環境景觀營造，設計最大流量為：排水182m3/s，引水155m3/s，屬中型水閘。水閘具有防洪、排澇及引水功能，工作閘門需要雙向擋水、動水啟閉。

水閘地處寶山上海長灘重要地段，景觀要求高，希望閘門開啟時不外露。因此不考慮常規直升門、升臥門。懸掛式閘門開啟后雖然可以隱蔽在橋下，但開啟后，梁底高程較高，導致交通橋橋面較高，交通橋布置困難，因此也不適合。最終通過比選，工程開發了一種新門型——雙向翻轉弧形閘門。

2 設計特點

常規弧形閘門上翻開啟，工作時，閘門外露，影響景觀效果。本工程的新型閘門工作時向下翻轉，閘門在水面下，上翻主要用于檢修，簡單方便。閘門可向上或向下翻轉開啟，兩種開啟方式下，水閘的過流方式以及閘門所受的水動力作用完全不同，且要求雙向動水操作，并能夠局部開啟調節流量和利用門底過流進行沖淤。因此設計要求高，難度大。

本工程水閘閘室采用C30鋼筋混凝土塢式結構，閘室順水流方向長30.00m，閘室總寬25.6m，單孔，閘孔凈寬20m。閘室結構布置如圖1所示。

閘門由門葉、兩側圓盤形支撐結構和支鉸組成，自重156t。門葉為焊接的鋼結構。門葉設計為由弧形面板和平面面板圍成的封閉的空箱結構。門葉兩端與支臂相連，支臂為焊接結構，支撐跨度21m。支臂設計成封閉結構。由于閘門自重大，整體吊裝運輸難度大，施工時閘門分割成4塊運輸至現場后人工焊接組裝。分割示意如圖2所示。

閘門運行分為全開、全關、檢修和局開沖淤四個工況，上述四個位置各設置一個鎖定孔，鎖定孔布置在支臂側面。四個鎖定位置采用同一套鎖定裝置。閘門運行時直立擋水，如圖3所示；閘門向下開啟引、排水，如圖4所示；切換吊點后，閘門向上開啟，露出水面后可進行檢修維護，如圖5所示；由于閘底板門庫成下凹的弧面，可能會形成淤積。解決方式是將閘門向上提起小開度，利用內外河水位差形成的水流進行沖淤。沖淤工況如圖6所示。

3 施工難點

本工程施工中難度較大，主要體現在：

(1)閘室的大體積混凝土的施工質量及弧形尺寸精度控制難度大；閘室底板采用圓弧形，底板的平整度、弧面精細度直接影響了閘門的啟閉運行。實際施工時底板及墩墻圓弧段部位模板提前加工成型，底板凹弧模板應按3～4m分段制作，分段拼裝，表面覆蓋玻璃板，確保混凝土平整光潔合理設計模板及拼縫。

圖1 閘室結構剖面圖

圖2 水閘閘門現場拼裝分割示意圖

圖3 全關擋水位置圖

圖4 全開引、排水位置

圖5 檢修向上開啟

圖6 小開度沖淤

(2)弧形鋼閘門的起吊運輸和拼裝質量控制。因閘門單體重量達到156t，閘門單重高，因此將閘門分成四塊進行吊裝運輸到現場后拼裝。門頁沿面板橫向中心分2片(單重約50t)，支臂2片(單重約28t)，閘門支臂橫向長度達到8.0m，運輸閘門因超寬，超長、超重，所以公路車輛要求高。閘門運輸到現場后采用500t汽車吊將閘門各部件吊裝到胎架上再整體拼裝成型。

4 應用分析

本水閘工程閘孔凈寬20m，閘門單體重量大，吊裝運輸困難、拼接精準度要求高。實際應用時應注意以下情況。

4.1 單孔尺寸

閘門應該盡量減少分割塊數。單孔口寬若口寬較大，對閘門的剛度要求就高，勢必會增加鋼板厚度及門葉厚度，從而增加閘門重量，閘門運輸時就需要分割成多塊。現場拼裝時，門葉需要在同一水平面上，支臂與門葉需絕對垂直，支鉸中心線應在同一水平直線上，多塊拼接難度大，質量也難以保證。

4.2 淤積條件

閘門為下翻式，它可以平躺在閘室地面弧形凹槽內，可以運用在通航航道中，但應注意航道的淤積情況。閘門全開時，閘門面板與底板齊平，若河道含沙量較大，長時間開啟淤積層在閘門面板上會固結。當淤積較厚時，閘門的啟閉力臂很小，閘門啟閉力會較大，勢必會增加啟閉機的投資。閘門直立擋水時，閘室內凹弧面肯定會淤積底泥，小開度沖淤工況需要內外河有一定的水位差。若閘門久閉不開，底淤會固結，沖淤的難度也會加大。閘門較適合經常啟閉，河道含沙量較小的河道。

5 結語

本工程上下翻轉弧形鋼閘門結構新穎，國內尚未有先例。因閘門在水面下，液壓啟閉機布置在兩側閘墩門龕內，不需在閘室地面高程以上設置啟閉機房，運行時水面通透，氣勢磅礴、景象壯觀，與周邊環境融為一體。工程建成后成為上海市一個標志性水閘工程。但在實際應用時有諸多限制條件，要分析水閘口寬，河道淤積及通航運行等情況，而且造價比傳統水閘高。