底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門在水閘工程中的應(yīng)用
                                                     
        摘要：本文介紹了底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)布置要求、使用條件和啟閉機(jī)控制操作運(yùn)行的要求等，對(duì)城市景觀水閘工程門型比選設(shè)計(jì)有借鑒意義.
        關(guān)鍵詞：底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門；底橫軸；止水；防腐；設(shè)計(jì)
                1·  概述
        在水利水電建設(shè)中，隨著城市用水、景觀建設(shè)及環(huán)境整治和灌溉、發(fā)電的需要，翻板閘、水閘和橡膠壩得到廣泛的運(yùn)用。然而，橡膠壩制造比較復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)充水（充氣）升壩或放水（放氣）塌壩時(shí)間較長(zhǎng)，影響快速截流或泄洪，再加上橡膠存在易老化、割裂等弊端，質(zhì)量事故常有發(fā)生；老式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)水力翻板閘門，運(yùn)行時(shí)當(dāng)閘門開啟后，由于每片門葉間易卡污物，閘門經(jīng)常不能及時(shí)關(guān)閉而造成重大損失甚至危及工程安全。另外，傳統(tǒng)的鋼閘門或翻板閘門，無論是提升式或臥倒式，單孔閘都很難適用較寬的河道。因此，2005  年以來，以上海市蘇州河河口閘為代表的許多水閘采用了底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門（鋼壩）［1］。
        底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門是一種新型可調(diào)控溢流閘門，它主要由土建結(jié)構(gòu)、圓柱形底軸、固定在底軸上的門葉、支承底軸的若干固定支鉸座、底側(cè)止水、閘墩側(cè)墻密封件及啟閉機(jī)驅(qū)動(dòng)連接拐臂等組成。閘門的啟、閉操作由布置在兩側(cè)啟閉機(jī)室內(nèi)的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)控制。目前，國(guó)內(nèi)建成或正在建造的此類閘門工程有近百座（如黃山湖邊水利樞紐花山壩工程、泰州市水生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程、蘇州工業(yè)園區(qū)金雞湖游艇碼頭工程、上海市蘇州河河口水閘工程等）。
        本文根據(jù)底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)布置的要求，以及啟閉機(jī)控制操作運(yùn)行的要求，針對(duì)城市景觀水閘工程的閘門型式進(jìn)行了比選設(shè)計(jì)。
        2  ·底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門的原理及特點(diǎn)
   
                             
        水壓力通過懸臂式門葉結(jié)構(gòu)傳遞到圓柱形底橫軸，底橫軸作用力可分解為水平力、垂直力和力矩。水平力、垂直力通過固定支鉸座傳遞給土建結(jié)構(gòu)，力矩（扭矩）由底橫軸傳遞給液壓?jiǎn)㈤]機(jī)或鎖定裝置。閘門啟閉運(yùn)行時(shí)，  液壓?jiǎn)㈤]機(jī)通過拐臂驅(qū)動(dòng)底橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)使門葉以底橫軸中心為圓心作扇形轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)閘門的開啟和關(guān)閉。閘門局部開度（或轉(zhuǎn)角）取決于鎖定裝置的鎖定位置或液壓?jiǎn)㈤]機(jī)活塞桿持住位置，閘門的開度范圍為垂直與水平之間（0°～90°）的任意位置或角度。閘門全部關(guān)閉時(shí)門頂可溢流以達(dá)到景觀效果。
        2.2  使用條件及優(yōu)缺點(diǎn)分析
        底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門適合于閘孔較寬（10～100  m）而水位差比較?。?～7  m）的城市景觀工程，或山區(qū)河道洪水急漲，要求快速開閘泄洪的工程[2]。由于可以將孔口設(shè)計(jì)的比較寬，可以省去數(shù)孔中間閘墩，所以不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可以節(jié)省土建投資。該閘門能夠?qū)崿F(xiàn)雙向擋水及立門蓄水或防洪，臥門行洪排澇；閘門啟閉靈活快速、開度無級(jí)可調(diào)且調(diào)度方便；啟閉設(shè)備隱蔽，門頂過水形成人工瀑布，改善工程景觀效果；另外，該閘型泄洪能力大，臥門時(shí)無礙通航。該閘型的主要缺點(diǎn)：總造價(jià)相對(duì)較高；要求閘基不存在大的不均勻沉陷；不便設(shè)置檢修閘門，閘門檢修較困難。
        3·  基本布置要求     
        3.1  閘孔寬度的確定
        目前國(guó)內(nèi)已建工程中，底橫軸旋轉(zhuǎn)鋼閘門最大閘孔寬度為100  m（蘇州河河口水閘）。閘孔寬度確定主要考慮泄量要求、閘基地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素（見圖2）。如果閘基地質(zhì)條件較好不存在不均勻沉陷問題，泄量又有要求，閘孔寬度可適當(dāng)偏大取值；如果閘基地質(zhì)條件較差，需要選擇較大閘孔寬度時(shí)，應(yīng)對(duì)閘基進(jìn)行打樁、澆筑整體式鋼筋混凝土底板以避免閘基產(chǎn)生不均勻沉陷。但當(dāng)閘孔寬度大于約45  m  時(shí)，由于扭矩使底橫軸產(chǎn)生扭角變形，跨中變形較大，通常將跨中門葉斷開設(shè)置柔性止水以便避免兩側(cè)啟閉機(jī)不同步而產(chǎn)生的巨大閘門內(nèi)力。對(duì)于高度較小、閘孔寬度較大的閘門，底橫軸結(jié)構(gòu)尺寸由剛度控制，因而經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差。

        3.2  啟閉機(jī)室主要尺寸及布置要求
        底橫軸旋轉(zhuǎn)鋼閘門啟閉設(shè)備一般布置在啟閉機(jī)室內(nèi)，啟閉機(jī)室尺寸應(yīng)滿足啟閉、控制及沖淤等設(shè)備的布置、操縱和檢修等要求(見圖3)。如果為了增加過流斷面，要求閘頂過流，閘頂高度還應(yīng)滿足泄流要求，通?？扇￠l頂與閘門頂高程一致（如黃山湖邊樞紐花山壩工程閘頂可過流）。
                             
        啟閉機(jī)室為水下結(jié)構(gòu)，機(jī)室側(cè)墻的防滲，機(jī)室的通風(fēng)、采光（照明）、防雨不可忽視，其直接影響工程的運(yùn)行管理。當(dāng)閘頂需要過流時(shí)，應(yīng)進(jìn)行密封處理（如黃山湖邊樞紐花山壩工程），并應(yīng)在閘底板下部布置維護(hù)、管理交通廊道。另外，啟閉機(jī)室底板應(yīng)布置集水井，設(shè)置自動(dòng)排水泵。
        3.3  閘底板布置
        當(dāng)采用閘底坎低于底橫軸布置時(shí)，閘底坎上游通常設(shè)置沉砂池，當(dāng)河流泥砂較多，還應(yīng)設(shè)置攔砂坎，攔砂坎和閘底坎可分別、也可結(jié)合起來布置（如泰州市水生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程攔砂坎和閘底坎結(jié)合布置，坎高2.0  m）。底坎下游閘底板高程的確定，應(yīng)考慮閘門平臥后下部緩沖墊、沖淤管道設(shè)置空間及泄流消能等要求，一般下游閘底板高程也低于閘底坎。
        3.4  沖淤
        對(duì)于泥砂較多的河流，除在閘底坎上游布置沉砂池、攔沙坎外，還應(yīng)在底坎下游布置高壓沖淤管道（利用高壓水泵沖淤）、在適當(dāng)位置布置攔砂閘。如黃山湖邊樞紐花山壩工程針對(duì)于泥砂多的情況，在閘門前設(shè)有攔沙坎，攔沙坎與閘底坎相結(jié)合，底橫軸底高程以下坎高1.7  m；在5  孔底橫軸旋轉(zhuǎn)鋼閘門右側(cè)設(shè)有一孔排砂閘，防止閘前泥砂堆積對(duì)閘門啟閉的影響。又如泰州市水生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程底橫軸旋轉(zhuǎn)鋼閘門閘坎下游均布置了沖淤管道及高壓噴嘴。
        3.5  側(cè)墻二期澆注密封
        閘門底橫軸需要穿過閘孔兩側(cè)墻套管進(jìn)入啟閉機(jī)室，側(cè)墻套管與側(cè)墻采用二期混凝土固定，二期混凝土可用膨脹水泥澆筑，確保澆筑質(zhì)量，防止?jié)B水。底橫軸與側(cè)墻套管之間采用橡皮（或石棉盤根）止水和鋼壓板壓緊固定。
        閘門側(cè)止水接觸的側(cè)墻鋼埋件采用二期澆筑。鋼埋件有局部和整體之分：整體鋼埋件范圍為在啟閉過程中閘門側(cè)止水與接觸的四分之一圓面積（扇形）；局部鋼埋件為條狀扇形布置，設(shè)置在閘門幾個(gè)固定開度所對(duì)應(yīng)的位置。另外，側(cè)墻也有不設(shè)置鋼埋件的工程實(shí)例，如在側(cè)墻涂刷一定厚度的環(huán)氧地平涂料或表面平滑的石板?？傊?，比較而言設(shè)置鋼埋件更可靠。
        4·  基本結(jié)構(gòu)要求
        4.1  底橫軸
        底橫軸作為門葉懸臂梁的縱向固端和閘門啟閉驅(qū)動(dòng)軸是閘門最重要結(jié)構(gòu)之一，主