景观闸门设计分析

景观闸门设计分析摘要：水闸是一种低水头水工建筑物，在水利工程中应用十分广泛。结合工程实例，分析城市景观河道中的水闸设计需考虑的问题，如闸启闭机型式选择，淤积以及防腐等方面的问题。关键词：景观河道；水闸；防腐；淤积。中图分类号：TV66文献标识码：B文章编号：1007－2284（2012）08－0115－02扬州富达景观闸门是一种低水头水工建筑物，具有挡水、泄水的双重作用，在水利工程中应用十分广泛。其主要作用除了通过闸门的启闭控制流量和调节水位外，还担负着防止潮水倒灌以及汛期排泄洪（涝）水的功能。水闸作为河道中主要水工建筑，在设计时，除了在闸址选择、闸型以及启闭机型式选择等方面综合考虑外，还需机会制造运输以及运行管理的年各方面的因素，考虑水闸观测、结构设计，防腐以及淤积等方面的问题。水工建筑物不仅要满足传统的防洪、排涝等要求，而且要与城市的发展水平和城市景观相适应，体现一个城市的特色和风貌，增加新的人文意识，因此景观河道中水闸的选型必须综合考虑，选用既能保证结构安全又能与周边人文景观有机结合的闸门形式。1景观河道中水闸选型分析M河位于S市境内，流域面积90．69km2，河道全长18．5km，其中感潮河段长约3．0km。工程位于M河下游某立交桥下，西岸紧邻某市政主干道，道路以西为为高新技术园区和高尚住宅用地；东岸临河为高尔夫球场用地和滨海公园。M河口水闸工程建设的主要任务是，结合M河生态环境改造和S市滨海景观带的建设，在M河河口建闸蓄水、形成水体景观，充分利用雨洪资源和海潮，促进下游河道内水质改善。1．2水闸基本参数M河水闸的任务是控制内河水位和泄洪。系统对闸门运行要求为：闸门正常运用处于关闭状态；当河道水位低于2．1m水位以下，在高潮时可开启部分闸门置换河水；当上游水位高于2．6m时闸门打开；当上游水位低于2．1m时闸门关闭。工作闸门操作条件是动水启闭。水闸孔口尺寸，考虑满足设计泄流的要求及水工布置条件，共布置4孔开敞式水闸，单孔孔口宽边两孔为17．5m，中两孔为15．0m，设计水头2．6m；水闸底板高程－0．5m，墩顶高程4．7m。1．2闸址选择分析M河下游段河道两岸将形成滨河绿色景观长廊，故水闸选址应尽量靠近M河口，以尽可能多的营造景观水面。可供比选的闸址一位于滨海立交桥上游，闸轴线桩号0－098．5处；闸址二位于滨海立交桥下部；闸址三位于大沙河河口处，闸轴线桩号0－303．5处。三个闸址均有各自的优点和缺点，闸址一位于滨河立交桥上游，河道顺直，对流态影响较小，水闸主体建筑物上方通透，河面较窄，投资较小，但左岸为沙河高尔夫球场，施工场地狭小；闸址三位于河口扩散段，可和规划的滨海景观长廊相结合，成为滨海一景，但水闸建于此处将对河口流态及淤积有较大影响，且投资大；闸址二位于滨海立交桥下部，两侧均为空地，施工场地比闸址一宽敞，水闸隐蔽于桥底，与桥相结合，对周围景观影响和冲击相对较小，故闸址二作为推荐闸址。1．3闸门形式及启闭机选型分析闸门选型应根据孔口尺寸、水位组合、水力条件和水工建筑物形式等因素，通过技术经济综合比较选定，在满足功能要求和安全可靠的前提下，力求闸门及启闭设备经济合理、运行方便、布置简洁、易于维护。适用于本工程的闸门形式大致有以下几种：直升钢闸门、上翻式钢闸门、下卧式钢闸门。下卧式闸门存在由于淤积使闸门不能正常开启而导致影响河道行洪的风险，并且由于上游河道中日常蓄水时流速很小，河底易沉积使得底层水质较差，该方案泄水时门顶为逐渐降低，底层水流速小，不利于冲淤和底层水体置换，因此从本工程水闸的功能要求来看，不采用。液压上翻式闸和柱塞式液压直升闸两方案相比，两方案均有利于水体置换和冲淤，操作运行也很方便，且后者景观效果明显优于前者，只是柱塞式液压启闭检修较为复杂，但通过合理的闸墩局部处理，可以尽量创造较好的检修条件，本次设计通过咨询已建同类工程的管理单位，运行多年检修很少，并且通过与启闭机生产厂家的密切沟通，设计中针对可能出现的启门时油缸稳定问题，采取了加高门槽，保证闸门不脱槽的措施。直升式方案，造价最低，门型成熟可靠，闸门启闭受泥沙淤积影响小。结合水工布置技术条件和整体景观要求，本工程工作闸门形式推荐采用制造、安装方便，闸门结构简单，柱塞式液压启闭机直升门方案。2水闸观测设计分析为全面反映水闸工程的工作状况，及该工程在施工期和运行期的基本状况及受力效应的变化规律，及时发现异常现象并分析处理，确保工程安全，在大沙河河口水闸工程建立观测系统。2．1观测设计的基本原则水闸工程观测设计遵循以下原则：（1）各项观测设备布置，结合本工程特点，满足一般性观测项目需要，并具有明显的针对性和代表性，能较全面反映建筑物的运行状态及其变化规律。（2）各监测项目统筹安排，合理布置，可以全面地反映水闸工程的工作状况。（3）选用的仪器要保证长期稳定可靠，精度高，观测方便、直观。（4）对所测资料应进行及时整理和分析，以便对工程中存在的不安全因素及时发现和处理。2．2观测项目选择观测项目的选择以工程设计为依据，针对影响工程安全的制约因素和优化工程设计的需要，合理地选择观测项目。要求观测项目简便、实用、可靠，获得的观测数据资料能够满足反馈施工设计，综合评价工程的工作状态，预报和控制工程安全。根据本工程工程的实际情况，选择以下监测项目：①水闸的上下游水位及过闸流量观测；②水闸的沉降和水平位移观测；③水闸闸底扬压力观测；④水闸闸下流态及冲刷、淤积情况观测；⑤水闸应力及应变监测。2．3观测项目的布置根据大沙河河口水闸工程特点，布设一个监测横剖面（垂直河流向）和两个监测纵断面（顺河流向）：闸0＋26．1和闸0＋62．1断面。（1）水闸的上、下游水位及过闸流量观测。在水闸上、下游左岸砼岸墙垂直段适当位置布置水位标尺，对水位进行观测。同时可通过水位观测，根据闸址处经过定期律定的水位～流量关系曲线推求水闸的过流流量。（2）水闸的沉降和水平位移观测。水闸的沉降可通过埋设沉降标点进行观测测点，在每个闸墩的上游面2．5m平台和下游面4．7m平台，施工期可先埋设在底板面层，在竣工后、放水前再引接到平台上，共计10个测点。第一次的沉降观测应在标点埋设后及时进行，然后根据施工期不同荷载阶段按时进行观测，在工程竣工放水前、后应立即对沉降分别观测一次，以后再根据工程运用情况定期进行观测直至沉降稳定时为止。水闸的水平位移可通过沉降标点进行观测，将布置在闸墩下游面4．7m平台的5个沉降测点亦作为水平位移的测点，并在视准线上岸上通视的适当位置设置2个观测基点。水平位移应在工程竣工前、后立即分别观测一次，以后再根据工程运行情况不定期进行观测。（3）水闸闸底扬压力观测。为监测水闸闸底的扬压力，在水闸选择取了2个典型监测断面，为闸0＋26．1和闸0＋62．1断面，每个断面根据地下轮廓线设置7个渗压计，共设14个。（4）水闸闸下流态及冲刷、淤积情况观测。为保证水闸工程安全和正常运用，应对水闸闸下流态及冲刷、淤积情况进行观测，以便制定冲、淤措施。本工程可通过自水闸上游连接段和下游海漫末端起分别向上、下游延伸150m的范围内固定断面进行观测。（5）水闸应力及应变监测。水闸闸墩是水闸的核心控制工程部位，为观测蓄水后闸墩的运行状态，在2号、4号闸墩的闸门支座及邻近闸墩混凝土内布置钢筋计、应变计、无应力计。3闸门设计问题分析闸门及启闭机型式确定后，闸门结构设计还得注意以下几个方面的问题。3．1闸门结构分节当闸门尺寸超过运输单元限制尺寸是，闸门则需要分节，按常规在工厂分节制造，并整体预拼后，运到工地现场再焊接（螺栓连接）成整体，以保证其整体工作性能及运用功能。对于平面闸门，从设计上来一个突破，即从设计就考虑按分节单独受力独立工作，工厂按运输单元所允许的分段尺寸制作，运到工地不再拼焊成整体，而是将每段之间采用铰接（吊板与吊轴）并不止节间止水。这样既满足运行功能要求，又大大减少现场节间的焊接工作量，缩短安装工地，加快工程进度。本工程闸门采用这种设计。3．2闸门底缘水力学由于闸门在启闭时底缘处于水流的过流断面中，底部水流流速一般较高，因此闸门底缘结构应认真对待。国内外水工闸门叶发生过由于底缘结构（包括底止水）处理不当，造成底缘水利不稳定而引起振动甚至门底被破坏的实例。所以在处理闸门底缘结构时，要求能在各种泄流条件下及各种闸门开度时，底缘结构在与水流的接触面上不能出现负压，更不希望存在交变力，而且具有良好的绕流条件。3．3闸门淤积问题分析由于M河河口水闸常关挡蓄景观水位，所以闸前淤积情况较为严重。尽管通过小开度开启闸门也能达到一定得冲淤效果，但还是未能很好解决闸门前的淤积问题，且经常小开度开启闸门会加快止水磨损的速度，减少闸门及启闭机使用寿命，因此还应考虑一定得冲淤方案。淤积物主要有淤泥、编织袋以及塑料袋等，因此依靠水力充裕可清除门槽内及闸门前的淤积物。在闸墩上布置水泵，在闸墩及闸门底坎上设置冲淤管，利用高压水通过冲淤管清理闸底及门槽内的淤积物。应定时冲淤，每次闸门开启前也应该进行清淤。3．4闸门的防腐问题分析随着国民紧急和科学技术的发展，人们充分认识了因腐蚀而给国民经济带来的严重损失。水工金属结构由于它所处环境工况的特殊性和复杂性，如何采取有效的防腐措施，延长构件和设备的寿命，就显得特别重要和迫切。M河河口水闸下游为海水，闸门长期浸泡在海水中，采用普通的防腐方案很难保证闸门长期正常工作而不受海水腐蚀。为此我们采用了热喷涂技术保护加环氧类封闭涂料＋阴极保护牺牲阳极法的联合防腐方案。下面对这个方能进行简要的说明和介绍。热喷涂技术保护加环氧类封闭涂料。根据《水电水利工程金属结构设备防腐蚀技术规程》（DL／T5358－2006）的7．2．2要求：“海洋大气、工业大气和海洋，以及污染的淡水中宜选用热喷涂铝、锌合金（锌铝合金）和铝合金”。阴极保护是向被保护金属表面通入足够的阴极电流，使其阴极极化以减少或防止金属腐蚀的一种电化学防腐蚀保护技术。而阴极保护有强制电流和牺牲阳极两种方法，M河河口水闸金属结构采用牺牲阳极法。5结语水闸作为为重要的水工建筑物，为适应我国城市水务的发展，在设计时，闸址选择、总体布置、闸门以及启闭机形式选择要从多方面综合考虑，结合景观建设以及环境整治的需要，选择结构简单、运行安全可靠、景观效果好闸门形式；闸门设计时应考虑水闸运行管理、制造、运输等各方面条件，设计合适的结构及总体布置，做好观测设计，以便闸门能更好地运行，在城市河道中的发挥更重要作用。