四川省旺苍县城区河道综合整治工程拦河水闸闸型比选

邹同华 税航

【摘要】本文通过对四川省旺苍县城区河道综合整治工程中拦河水闸的闸门型式、启闭设备进行分析比选，提出了“顶推+倒挂式液压启闭机组合两级提升平面闸门方案”。该方案对在城区河道中新建大流量、高水头的景观水闸设计具有一定的借鉴意义。

【关键词】城市水利；景观水闸；闸型比选

1、工程概况

1.1 项目简介

旺苍县城所在东河流域径流年内分配不均，枯期河道径流量小，水生态环境差，为适应城市建设和经济社会发展的需要，实施旺苍县城区河道综合整治工程，通过新建拦河水闸，改善城区河道水生态环境，提升旺苍城市品质。

拦河水闸为旺月闸，位于旺苍县城区东河河道内，工程等别为Ⅰ等，工程规模为大（1）型，主要建筑物级别经批准降低一级为2级，次要建筑物为3级。闸底板顶高程457.40m，正常蓄水位466.00m，设计洪水标准为30年一遇，设计洪水位469.75m，洪峰流量为7960 m3/s，校核洪水标准为100年一遇，校核洪水位471.60m，洪峰流量为10200m3/s。

1.2 水文、工程地质

东河为嘉陵江中游左岸一级支流，流域面积5192km2，河道全长307km，平均比降5.0‰。旺月闸闸址以上控制集雨面积2900km2，多年平均径流量为56.6m3/s。多年平均年悬移质输沙量101万t，多年平均年推移质输沙量20.2万t。

工程区大地构造位于四川盆地北部边缘，构造形迹主要表现为东西向褶皱。工区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期0.4s；对应的地震基本烈度为Ⅵ度。闸址两岸为Ⅰ级阶地漂卵砾石夹砂层，河床闸基段大多基岩出露，基岩为侏罗系中统上沙溪庙组（J2s3）粉砂质泥岩夹薄层砂岩。

2、闸门型式方案比选

根据旺月闸水文、地质条件及工程运行、景观等要求，闸室结构型式采用开敞式平底堰，闸门型式选择主要有平面闸门、弧形闸门等。

平面闸门结构简单，操作运行方便可靠，对建筑物的布置也较易配合，其中直升式平面闸门是使用最广泛的门型。传统弧形闸门较平面闸门启闭灵活，操作简单方便，具有重量轻、跨度大、受力条件好、过闸水流顺畅等优点，工程应用较为广泛。故本工程采用平面闸门和弧形闸门两种闸门型式进行方案比选。两种方案的闸室结构布置如下：

a.平面闸门（方案一）

拦河水闸宽184.0m，共布置10孔泄水闸孔，单孔净宽14.0m，过流总净宽140.0m。采用开敞式平底堰，闸门采用平面钢闸门。闸室顺水流方向长度41.0m，底板高程457.40m，底板厚度3.5m，其中底部采用C30钢筋砼，厚3.0m，顶部设置C40HF钢筋砼，厚0.5m，基础置于基岩上。闸室段采用闸孔底板中间分缝，间距18.0m。闸墩采用C30钢筋混凝土，中墩厚度4.0m，边墩顶宽4.0m，闸顶高程473.50m，最大闸高19.60m。闸顶自上游往下游依次布置3.0m宽人行桥、21.0m宽廊桥，6.0m宽人行兼消防通道、1.6m宽油管沟和1.2m宽人行检修桥。

b.弧形闸门（方案二）

拦河闸宽173.0m，共布置10孔泄水闸孔，单孔净宽14.0m，过流总净宽140.0m，结构型式采用开敞式平底堰，闸门采用弧形钢闸门，启闭方式采用液压启闭机提升。闸室顺水流方向长54.0m，底板高程457.40m，底板厚3.5m，其中底部采用C30钢筋砼，厚3.0m，顶部设置C40HF钢筋砼，厚0.5m，基础置于基岩上。闸底板上下游均设置齿墙，深2.0m，上游齿墙宽3.0m，下游齿墙宽3.0m，均采用1：1坡比与闸底板连接。闸室段采用闸孔底板中间分缝，间距17.0m。闸墩采用C30钢筋混凝土，中墩厚3.0m，边墩顶宽3.0m，闸顶高程473.50m，最大闸高19.60m。闸顶自上游往下游依次布置3.0m宽人行桥21.0m宽廊桥和6.0m宽人行兼消防通道。

c.方案比选

经比较，方案一投资省1033.61万元。弧形闸门技术较成熟，工程经验较多，但由于本工程洪水位较高，弧形闸门支绞高程较高，闸室较长，工程投资大，景观效果差。平面闸门液压启闭机埋设于闸墩内，附属结构少，美观、简洁，闸室长度较短、工程投资低。综合分析，推荐采用平面闸门方案。

3、启闭方式比选

平面闸门有直升、升卧、下卧等多种启闭方式。其中直升平面闸门启闭设备可选用卷扬式启闭机、顶推式、倒挂式液压启闭机启闭。卷扬式启闭机需修建高排架，影响城市景观；顶推式启闭机检修维护简单，水闸顶部可过水，形成瀑布跌水的景观效果，闸门关闭时无外露设备，景观效果较好，启闭高度较大时可与倒挂式结合。升卧式平面闸门，需设置启闭工作排架，景观效果较差，且闸门启闭机吊具长期浸入水中，易于锈蚀，闸门检修维护不便。下卧式平面闸门采用底轴驱动，采用多支点支承的形式，可适应不同孔口跨度，允许门顶过流，常运用于低水头的城市景观水闸。

根据本工程泄洪流量大，校核水位高，闸门启闭高度大等特点，平板闸门启闭机型式拟定顶推式液压启闭机和顶推+倒挂式液压启闭机组合两级提升两种方案，经技术经济比较、择优选择启闭方式。

a.顶推式液压启闭机启闭方案（方案一）

闸门采用双吊点，闸墩左右分别埋设一支顶推式液压缸，液压缸柱塞杆头采用球形轴承直接与闸门吊梁铰接。启门时，由柱塞杆顶推闸门吊梁至全开位置或检修位置，闭门时自重闭门。油缸行程15.0m，容量选用2×1000kN。

b.顶推+倒挂式液压启闭机组合两级提升方案（方案二）

两级提升方案闸门采用双吊点，门叶左右两侧主梁分别固定一支倒挂式液压缸，液压缸活塞杆头采用球形轴承与操作横梁铰接。闸墩左右分别埋设一支顶推式液压缸，液压缸柱塞杆头采用球形轴承操作横梁铰接。启门时，

先由顶推油缸顶推操作横梁至油缸最大行程，再由倒挂油缸提升闸门至全开；闭门时，倒挂式油缸将闸门下放至油缸最小行程，再由顶推油缸下放操作横梁至闸门全关。顶推式液压启闭机容量选用2×1000kN，油缸行程9.0m；倒挂式液压启闭机容量选用2×800kN，油缸行程6.0m。

c.方案比选

经比较，方案二单孔投资较方案一省45万元。由于本工程正常蓄水位与校核洪水位高差较大，直接采用顶推式液压启闭机，因柱塞杆工作行程较长而需加大杆径、缸径，技术难度显著增加，同时，由于闸门吊梁与闸门固定，门页整体结构复杂，连接部分容易出现应力集中、杆件失稳等问题。顶推+倒挂式液压启闭机组合两级提升可降低顶推启闭机柱塞杆长度、杆径，启闭灵活，风险较小。综合分析，推荐采用顶推+倒挂式液压启闭机组合两级提升方案。

4、闸门及启闭设备布置设计

旺月闸共布置10孔，闸孔单孔净宽14m，孔口尺寸为14×9.1m（宽×高）。采用露顶式平面定轮钢闸门，设计水头8.6m，闸门侧水封为“P”型，底水封为“I”型水封，门槽采用Ⅱ型门槽。闸门运行条件为动水启闭。启闭设备采用顶推式+倒挂式液压启闭机组合，两级提升。顶推式（QPPYⅠ型）、倒挂式（QPPYD型）液压启闭机分别布置10套，工程左、右岸分别设置2套泵站，每套泵站备3套油泵电机组，2台工作，1台备用。

5、结语

随着城市的不断发展，人们对于居住环境、城市品质的要求也越来越高。在城区范围内实施河道综合整治工程是实现城市景观水利的重要途径。通过采用新建拦河水闸形成湖面景观，对解决枯期河道干涸，改善水生态环境具有重要意义。本文通过对四川省旺苍县城区河道综合整治工程中拦河水闸的闸门、启闭方式进行比选分析，针对城区景观要求高、河道流量大、洪水位高等特点，提出了“顶推+倒挂式液压启闭机组合两级提升平面钢闸门方案”。该方案对城市河道中新建大流量、高水头的景观水闸设计具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]张毅.液压式顶推水闸在城市水务中的应用.中国农村水利水电，2015，2

[2]欧镇财，蔡积翔.浅谈城市景观水閘的几种设计布置形式.广东水利水电，2014，9。