探讨城市水利工程中金属结构设计与应用

李佳子

摘 要：在现代城市水利工程中，随着金属生产水平的日益提升，金属结构在水利工程中的应用也越来越多，对水利工程功能完善和发挥起着重要作用。本文就以某些城市水利工程为例，对几种闸门金属结构的设计和应用展开探讨，希望为类似工程提供一定借鉴，提高金属结构的应用水平。

关键词：城市水利工程；金属结构；设计；应用

中图分类号：TV34 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0100-02

近些年来，城市经济的迅猛发展带动了基础设施建设的进步，水利工程作为市政工程的重要组成部分，与城市生态环境之间有密切联系，城市水利工程建设也开始大量进行。相较于普通的水利工程，城市水利工程具有运行条件较为复杂、功能较多以及景观性强等特点，需要做好金属结构的设计，使其达到城市水利工程的要求。

1 下沉式闸门金属结构的设计与应用

在A城市水利工程中，该工程处于城市的中心城区，是一项综合性工程，涉及到水利、市政以及给排水等多个方面，水渠属于城市内河，长度为3.5km，宽度为10～30m，深度为3.5m，在水利工程布置上，包括引水渠系、过船设施、桥涵与提水泵站等。

在此水利工程中，对于闸门设计的要求包括滿足功能需求、保持与周边景观的统一两方面，根据此要求，在金属结构设计中，采取了下沉式闸门结构，具体应用为：在内河与外部水域连接部位，设置双通道的门机过船设施，其组成部分包括4×100kN的单向门机、门机轨道与吊篮等，过船方式为垂直提升，即船舶进入吊篮后，由门机进行垂直提升和水平移动，达到指定位置后放下船舶，可以在5～6min内完成船舶的通行[1]。

在两门机之间设置U型滑道，滑道为下滑式，材料选用不锈钢，滑道进口处采用下沉式闸门，在下沉状态时，船舶可以从闸门的顶部经过滑道进入内河的出口，在提升状态时，可以将孔口封闭。此闸门材料为复合材料反弹性滑块，吊点共设置两个，采取后止水方式，门叶、胸墙上分别设计有一道止水，提升方式为液压式启闭机，避免高排架给船舶通行带来的不利影响。

2 双节式闸门金属结构的设计与应用

在B城市水利工程中，对闸门的功能要求包括城市堤防、阻挡外河倒灌、提高泄洪能力、保持内河景观水位、改成水环境等，在闸门设计中，闸门选用5孔闸，每孔的净宽应当达到12m，外泄流量可以达到952m3/s，在运行要求上，当汛期时，内河水位低于外河水位，闸门需要起到防洪倒灌的作用；在内河水位超出外河水位时，闸门可以迅速进行排涝；在内河水位超出景观水位时，闸门开启可以起到有效的水位调节作用。此外，在闸门设计中，还要兼顾安全、可靠以及自动化程度高、操作简单等特点，为其实际应用提供便利；最后，从景观性的角度出发，闸门金属结构设计不宜采取外露的闸门结构、过高的启闭机排架，并综合考虑安全性、及时性、经济型等多个角度内容，对闸门金属结构进行合理设计。

根据上述要求，在此城市水利工程中，采取了双节式闸门金属结构设计，即由两节不同式样的闸门来组成一个闸门，其中，上节为翻板式，下节为垂直升降式，但都属于平面滑动钢闸门；在集成式液压启闭机配置上，上节采取摆动式，下节采取倒挂式。在此设计中，下节闸门的作用双向挡水，主要是对景观水位进行维持、对内河水位进行调节，一般情况下，下节闸门是一直关闭的，门顶可以将超出一定高度的水分直接溢出，在需要进行内河排涝时，才需要开启下节闸门，加快泄水速度；上节闸门对外河水具有单向防洪作用，预防倒灌，在大多时候，上节闸门是需要开启的，在汛期时进行关闭[2]。

在此种闸门金属结构设计中，具有的优点为：①通过两节闸门的组合，分别承担不同作用，分工明确，彼此互不影响，可以减少闸门开启或关闭的操作次数，提高闸门运用效果，达到预期的防洪、排涝以及内河景观水位维持等作用；②在上节闸门的操作中，启闭机配置方式可以使闸门围绕门顶支铰完成90°角的旋转，从垂直状态完成转换为全开平卧状态，与工作桥地面平行，不会对水闸景观性产生影响；下节闸门操作借助其设计的启闭机配置方式，门体会被液压缸插入，土建排架的高度可以适当降低；③在平时状态下，下节闸门处于关闭状态，高度低于挡水景观水位，不会裸露在外部，当内河水位超出景观水位时，会从下节闸门的顶部进行溢流，会产生人工瀑布，增加城市水利工程的景观性。

总之，在此城市水利工程金属结构设计中，按照其汛期、非汛期的特定设计要求，通过对闸门运行要求、条件等的分析，设计采用两节式闸门，上、下节闸门分别为不同结构形式，承担不同的功能，在实际运用中，可以降低操作的难度，便于管理，并能够良好满足城市水利工程对于洪涝灾害预防、景观维护等多方面功能要求，应用效果会十分理想，对类似城市水利工程有一定借鉴意义。

3 双扉式闸门金属结构的设计与应用

在C城市水利工程中，其闸门为单孔开敞式，兼具防洪、排涝与通航功能，应用频率较高，磨损严重，容易产生安全事故。对此，在设计中，通过对多种设计方案的技术性、经济型对比，将其改为双扉式闸平面钢闸门，此闸门也包括上下两节，但与双节式不同的是，两者在闸门类型、液压启闭机配置方式上是维持一致的，其中，上节闸门是活动式胸墙，门顶可以过水，在关闭时，可以起到维护景观水位的作用；在上游水量较多时，可以通过门顶溢流来对水位进行调节；下节闸门的作用是排泄河道底部的淤泥等，保持河道的清洁与深度。在通常情况下，双扉式闸门的两节闸门都是在水面之下的，有助于保障城市水利工程的景观性，此种闸门结构较为新颖、简单，自动化操作水平较高，液压启闭机安装在闸槽内，可以减少高排架，对城市水利工程是有积极作用的[3]。

4 折叠式闸门金属结构设计与应用

在D城市的水利工程中，采取了折叠式闸门，相较于传统的闸门而言，折叠式闸门具有新颖性、独特性，其组成结构主要包括门框、折叠门以及多节液压缸，其中，门框是直接埋在钢筋混凝土结构中的，永久固定，折叠门则通过铰接器与门框连接在一起，是可以进行自由转动的，在折叠门内部，设置有滑轮，与门框内滑道配合构成导轨，多节液压缸则是与折叠闸门、闸门顶部分别连接在一起，通过液压缸的驱动力，完成折叠闸门的展开或折叠过程，闸门实现关闭与开启。

相比较而言，折叠式闸门具有许多显著优点，比如启闭的跨度较大、成本低、施工简单以及方便维护等，有效解决了传统闸门的诸多不足，比如启闭速度慢、龙门架较高、卷扬设备带来的高造价与低平衡性、空间需求大、支座受力过大出现破损引发闸墩撤销不稳定以及检查维修难度大等。此外，折叠式闸门还可以减小水利工程泄洪过程中水流与闸门间的共振，降低共振对闸门构件、紧固件与焊缝等产生的不良影响，提高闸门运用的安全性[4]。

因此，在城市水利工程的金属结构设计中，除了要遵循基本的防洪、排涝以及景观维护等功能外，还需要突破传统的约束，对设计进行创新，提高设计的经济效益和社会效益，推动城市水利工程建设的进步。

5 结 语

综上，现代城市水利工程建设正处于高速发展的时期，闸门等金属结构作为关系到水利工程能否正常运行的重要设施，加强对金属结构设计和应用的研究，根据水利工程实际情况与功能需求，设计与其相符的金属结构，对提高城市水利工程综合效益有着极大帮助。

参考文献

[1]王红林.水利工程建设中金属结构和机电设备的质量管理措施[J].中国设备工程，2017（22）：18～19.

[2]李鹏林.水工金属结构制造与安装的质量控制要点分析[J].现代制造技术与装备，2017（09）：143+145.

[3]管慧斌.水工金属结构安装的工艺及方法分析[J].中国高新技术企业，2017（05）：178～179.

[4]杨木超.新型折叠式水利闸门设计及研究[J].科技与创新，2017（21）：132～134.

收稿日期：2018-3-15