横拉门在泵闸工程对称式布置中的应用

(1.上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 201707；2.河南大河工程建设管理有限公司，河南 郑州 450003)

横拉门是一种垂直于水流方向移动启闭的平面钢闸门，常用于承受单、双向水头的节制闸或船闸工程。闸门开启时平移至设在闸室边墩内的门库。在平原河网地区，横拉门适用于景观要求较高，上部不便于布置排架的节制闸工程中，并在上、下水位齐平或允许有5～10cm的水头差下启闭，为了防止闸门在启闭机过程中倾覆，门叶应有足够的宽度，也可设置导架。

对于节制闸与泵站合建的泵闸工程而言，平面布置一般包括“泵+闸+泵”的对称布置形式，以及“泵+闸”的单侧布置型式。横拉门由于侧边设有门库，因此，在门型采用横拉门的泵闸工程中，常采用“泵+闸”单侧布置的型式，将门库设在远离泵站的一侧，避开泵站进出水流道，但这种布置型式往往占地较大，并增加了结构布置难度。介于此，本文结合松江高粱泾南泵闸的工程实例，对横拉门在对称式布置的泵闸工程中的应用进行探讨。

1 工程概况

百花港是青松大控制片内规划沟通辰山塘与通波塘的一条东西向骨干河道，也是松江新城北片圩与佘山国家旅游度假区核心区西圩的圩外界河，主要功能是防汛排涝、水资源调度和生态环境，河道全长约6.08km。根据水利规划，高粱泾河道规划标准断面为：河口宽25m，河底宽10m，河底高程-1.00m(以上海吴淞零点为基准，下同)，两岸陆域控制宽度为10m。为配合周边河网水资源调度及高梁泾圩外功能的发挥，高粱泾与百花港交汇处规划新建一座泵闸，即高粱泾南泵闸(见图1)。

图1 高粱泾泵闸实地照片

随着松江新城及佘山国家旅游度假区城市化进程的加快，核心区西圩与新城北片圩急需一条承担防洪除涝、调节水质并打造水景观的圩外河道，因此百花港河道整治以及高粱泾南泵闸工程列入了实施计划。

高粱泾南泵闸背靠佘山风景区，自然环境怡人，因此对泵闸总体景观提出了较高的要求。高梁泾南泵闸工程包括新建单孔节制闸1座，净宽10m；新建泵站1座，设计总流量10m3/s。平面布置采用“泵+闸+泵”的对称布置方案，节制闸居中布置。选用4台2.50m3/s的潜水轴流泵，4台机组对称布置于节制闸两侧；节制闸门型采用横拉门，为了节省门库占地，横拉门的门库设在靠管理区一侧的泵房出水流道内。高粱泾南泵闸工程总投资约1700万元。

2 建设条件

2.1 工程水文

上海市松江地区属亚热带海洋季风性气候，冬暖夏凉、四季分明，常年平均气温15.6℃；全年降水量充足，年平均降水量1213mm。

本工程位于上海市水利分片中的青松大控制片内，其中百花港属于片内圩外河道，高粱泾属于核心区西圩的圩内河道。随着青松大控制片外围控制线和控制建筑物的建成，青松大控制片基本成为可灵活控制调度的平原河网控制片。根据青松大控制片的水利规划，百花港与高粱泾的特征水位分别如下：

2.1.1 百花港特征水位

规划控制高水位：3.50m；历史最高水位(校核高水位)：3.73m；常水位：2.50m；预降最低水位：1.80m。

2.1.2 核心区西圩规划控制水位

规划最高控制水位：3.00m；常水位：2.50m；预降最低水位：1.80m；预降最低水位：1.50m。

2.2 工程地质

根据本工程地质详勘成果，本场地为中等复杂场地，地形平坦，场地地基土层分布规律性明显，适宜建造各类建(构)筑物。地质土层主要包括：①1层素填土、①2层浜填土、②1层褐黄色粉质黏土、②3层灰色黏质粉土、③1层灰色淤泥质粉质黏土、③2层灰色砂质粉土、⑤层灰色黏土、⑥层暗绿色粉质黏土及⑦层砂质粉土等。场地内地下水属潜水类型，水位年变化幅度为0.3～1.5m，年平均水位埋深0.5～0.7m。本场区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。

3 结构布置

高粱泾泵闸所处地理位置较为特殊，紧靠松江佘山国家级公园，北临月湖风景区，自然环境优越，当然对工程结构的景观布局也提出很高的要求，首要任务就是限制上部结构高度，不得采用类似直升门、升卧门等常用门型，从而造成上部有较高的排架结构，因此，横拉门是本工程比较适合的门型。

3.1 平面布置

由于河道东岸为工程管理区，场地有限，而西岸现有镇办企业厂房，不具备动迁条件，因此，横拉门的门库无论在西岸或者东岸均没有场地布置。设计人员在对工程特点分析之后认为，由于本工程的泵站设计流量较大，设置3～4台水泵是较为合理的，而泵站的进(出)水池是否可以利用作为门库呢？这就涉及到泵闸平面布置是采用单侧式布置还是对称式布置的问题，假如采用单侧式布置，泵站无论是设置3台泵或是4台泵，横向尺度都比较大，至少达到15m以上，比门库所需要的尺寸(约12m)大很多，结构布置上不太好处理，并且单侧布置的方式容易造成底板受力不均匀；而采用对称式布置，即节制闸两侧每边各布置两台泵，结构受力更加合理，而且泵站的横向尺寸约为10m，与门库布置所需的尺度(12m)相当，可以充分加以利用。

本工程设计中，利用泵房端部边墙兼作节制闸闸墩，门库结合泵房置于泵站出水流道内，从而减少了泵闸的横向尺寸约12m，工程占地及工程费用均有不同程度的减少。由于节制闸与泵站不会同时工作，因此当闸门处于关闭位置，不会影响水泵的运行；而当闸门处于开启的位置，此时节制闸正在引、排水，也不需要水泵参与工作，互不干扰。

3.2 主体结构与地基处理

根据同类工程经验，上海地区水闸闸槛高程一般不低于河道底高程。本工程节制闸具有防汛、除涝功能，节制闸引(排)水的调度运行以闸自排为主，泵房开启的次数和运行小时数很少。因此，结合本工程内、外河底高程-1.00m，综合考虑将闸槛高程确定为-0.50m，高出河底0.50m，这样既能满足节制闸排涝、引水的需求，又能适当降低工程投资及防止门槽淤积。

泵站采用敞开出水，出口设置DN1000浮箱拍门，泵室内河侧设一道工作闸门兼作检修门，孔口尺寸为3.40m×1.54m，外河侧设置一底孔闸门，孔口尺寸为1.00m×0.82m。考虑到横拉门不能局部开启控制流量，当内外河水位差过大或单宽流量过大，不利于下游的消能防冲、不允许横拉闸门启闭时，则利用泵室底孔泄流。此外，由于泵站进水池底高程与河底齐平，参照相同规模泵站运行经验，可能产生淤积，这时可以通过泵室底孔泄流来冲淤。泵室上部不设厂房，与横拉门的节制闸相辅相成，并在泵闸的外河侧检修平台上设一座宽3m的景观人行拱桥。

经过总体布置，泵闸主体结构尺寸为18.0m×29.0m(横拉门门库处为18.0m×32.5m)。泵房与节制闸的底板结构采用整体式结构，即节制闸与泵房底板整体现浇，采用这样的方式整体刚度较大，相邻部位的最大沉降差相对较小，可较好地承受不均匀沉陷，适合上海市的软土地基(高粱泾南泵闸主体结构的平面布置见图2)。

根据地质勘察报告，整个节制闸、泵房底板坐落于第③1层灰色淤泥质粉质黏土，该层土属高压缩性土，含水量高，土质软弱。③1层下层为⑤层灰色黏土层，含水量高，土质软弱，地基承载力低，这几层土土质均较差，高压缩性，为水闸、泵房地基产生沉降主要的压缩土层。根据类似工程经验，针对本工程地基特点结合本工程的实际情况和地质条件、工期和造价等情况，地基处理采用水泥搅拌桩对地基进行加固。

4 闸门设计

横拉门用滚轮支撑承受闸门重量，并能使闸门沿着轨道行走。闸门滚轮支承分别布置在门顶和门底。闸门沿着门墩和闸地板上轨道移动。这种布置形式，结构简单，受力明确。门顶的吊车可以与闸门设计成柔性连接，滚轮支撑可以用简支轮，也可以采用台车。为增加闸门的抗倾稳定能力，在靠近门顶吊架和门底滚轮支承附近，需各布置一对侧轮。

横拉门门库支承墙处的宽度与门槽相同，门库长度按闸门启闭时的行程确定，当考虑闸门在门库内检修时，门库尺寸尚需满足检修要求，在门库入口处还需设置检修门槽。

4.1 横拉门比选

本工程在对横拉门进行具体设计时，分别对常规式横拉门、悬挂式横拉门和对开式横拉门进行了比选。

图2 泵闸平面布置

常规式横拉门利用滚轮支承闸门重量，并能使闸门沿着轨道行走。闸门的滚轮支承分别布置在门顶和门底，这种布置形式结构简单、受力明确。该门型地面无建筑物，与周边布置及环境易于协调。

悬挂式横拉门是一种将常规式横拉门门底的行走滚轮移至门顶并在门叶顶底梁上分别安装两组侧向挡轮(上滚轮和下滚轮)的门型。该门型在闸孔上方的横梁和闸底均设门槽，上下滚轮分别支承在上下门槽的侧向轨道上，在闸门挡水或动水中启闭时作水压力支承，以抵抗动水启闭时闸门受水压力作用所产生的倾覆力矩。

对开式横拉门为重力式结构，门体稳定完全依靠自身重量产生力矩，从而达到外界荷载产生的力矩平衡。为了解决闸门偏心问题，门体采用完全对称结构，闸门上下游侧均设面板、止水和顶、底侧导向装置。该门型呈对称布置，有利于土建布置。由于该门型采用重力式结构，故门体重量较大，所需材料较多，经济性较差，且中缝止水布置较复杂。

由于悬挂式横拉门受通航净空限制，不适用于本河道，故本工程设计不采取。对开式横拉门则投资较大，且中缝止水布置复杂，故本工程也不适用。因此，高粱泾节制闸的门型最终确定采用常规式横拉门。

4.2 钢闸门总体设计

本次设计的常规式横拉门采用桁架式双面板结构型式，梁系同层对称布置，主要材料采用Q235。为了保证横拉门抗倾稳定性，门叶应有足够厚度。常规式横拉门有矩形断面和梯形断面，由于矩形断面的门体较宽，显得较笨重，因此本次设计闸门截面采用梯形断面，门体采用桁架结构，闸门门顶宽度根据刚度和强度要求，取顶宽为0.80m。门底宽度根据闸门横向稳定要求确定，取底部宽度1.60m。为了方便侧止水布置，门体两端边梁采用矩形断面型式，其门体宽度为1.60m(具体断面型式如下图3所示)。

图3 门体结构

为了解决闸门偏心问题，门体采用完全对称结构，闸门上下游侧均设面板、止水和顶底侧导向装置。闸门止水选用P45橡皮止水，门体两侧对称布置。

闸门启闭机采用卧式集成液压启闭机，启闭力为150kN，工作行程为10.40m。

本工程闸门门叶结构防腐选用喷锌防锈措施，然后涂封闭油漆和面漆。

5 结 语

随着“景观水利”概念的提出，水利工程逐渐摆脱以往粗笨、灰暗的印象，对景观美化的需求与日俱增，对设计单位也提出了更高的要求。尤其在节制闸工程的设计中，首先应注重门型的选择，常规的闸门门型，如：直升门、升卧门等，虽然运行可靠、投资较为节省，但因其上部存在启闭机排架，在建筑造型处理上容易顾此失彼，且众口难调，而建设单位往往希望节制闸上部能够通透，更好地融入周围的景观环境，对上部存在排架的水工建筑物较为排斥，因此，横拉门是一种在平原河网地区十分适合的门型，这种门型不设上部排架，隐蔽性较好，但缺点就是门库往往占用了场地空间。

本文通过对松江高粱泾南泵闸工程中横拉门运用的实例，对景观水利的建设做了一些尝试。在本工程设计中，设计人员利用泵闸对称式的布置，巧妙地将门库布置在泵站的出水池位置处，省却了岸上的场地，且不影响底板的结构受力。本工程已顺利通过完工验收，自建成以来，运行情况良好，提升了周边的景观品质和人文环境，无论从提高防汛除涝能力，或是改善地区水环境质量方面，都达到了当初设计的效果。通过今后技术的不断进步，相信横拉门在对称式布置的泵闸工程中，会有很好的应用前景。希望此文能够开拓设计人员的思路，为景观水利工程的建设提供参考。