浅谈钢铁复合闸门在水利工程中的应用——以闫谭防沙闸为例

王辉 刘路 水发规划设计有限公司

1.防沙闸概况

闫潭防沙闸始建于上世纪80年代，位于菏泽市西南部的东明县境内，坐落于黄河右岸，大堤桩号162+070处。本闸不但承担着防洪功能，还担负着向东明县、曹县、单县、成武县等县市的工、农业生产供水任务。经多年运行，防沙闸引水困难，闸后引水渠淤积，过水湿周大幅减少，沿线建筑物破损，存在着一定的安全隐患，已经无法满足其所在灌区的生产生活需求，为消除该工程病险安全隐患，正常发挥水闸的防沙引水灌溉等效益，2020年对闫潭防沙闸实施了拆除重建。

设计重建后的闫潭防沙闸规模为大（2）型，工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别2级，次要建筑物级别3级。设计正常引水流量为50m3/s，加大引水流量为150m3/s，水闸设计共5孔，单孔宽度为4.0m；水闸结构型式采用胸墙式，自上游至下游主要包括：上游连接段、闸室段、下游连接段三个部分。

2.闸门设计指标及操作运行工况

水闸闸室底板高程63.40m，墩顶高程72.70m，闸门为单向挡水，用于防止黄河洪水倒灌，设计防洪水位72.22m，相应泥沙淤积高程为70.22m；校核防洪水位73.22m，相应泥沙淤积高程为71.22m。闸门运用条件为动水启闭，最高运用水位70.72m，最大提门泥沙高度5.32m。水闸单孔尺寸4.0×3.5m（宽×高，下同），共5孔，设工作闸门5扇。正常运行期，闸门关闭挡水；引水期，闸门开启引黄河水。最不利挡水工况为：设计防洪水位72.22m，挡泥沙高度70.22m，下游侧无水；最不利启门工况为：最高运用水位70.72m，挡泥沙高度68.72m，下游侧无水。

3.工作闸门

目前平原地区水闸常见的闸门型式多为铸铁闸门和钢闸门，铸铁闸门尺寸规格较小，闸门宽度通常在4m以内，主要在孔口尺寸较小，挡水水头及控制要求都较低的闸上有较多应用，其施工、管理较为方便，耐腐蚀性较强；钢闸门由于受力性能好，主要在孔口尺寸较大，水头、维护管理及控制要求都比较高的闸上有较多应用；除上述两种闸门之外，近年来还新兴一种钢铁复合闸门，兼具铸铁闸门和钢闸门的优点。

本次闫谭防沙闸的设计单孔尺寸为4m，相对较小，其最高挡水水头为8.82m，最大挡泥沙高度为6.82m，闸门受力较大，可以采用钢闸门或者钢铁复合闸门两种方案。选用钢闸门可以更好地承受上游水压力和泥沙压力，但橡皮止水易磨损，频繁更换止水较麻烦；钢铁复合闸门既具有钢闸门的结构强度高这一优势，又有铸铁闸门结构简单、安全、施工和维护管理方便的优势。经综合分析比选，工作闸门设计选取潜孔式PG钢铁复合闸门。

钢铁复合闸门的门叶采用Q235B材质的钢板焊接而成，闸框采用HT200铸铁材质，楔块及吊块螺母材质采用ZCuSn5Pb5Zn5铸造铜合金，止水面贴焊不锈钢止水板（焊接完毕后整体加工），门板止水面应精加工，其粗糙度不大于6.3μm，止水面间隙小于0.15mm，闸门连接件采用不锈钢材质的标准件。门叶和闸框止水面经刨床加工，可以满足水利工程闸门止水要求。

闸门主要设计参数如下所述。

孔口尺寸：4.0m×3.5m

闸底板顶高程：63.40m

墩顶高程：72.70m

机架桥顶高程：78.70m

设计最高挡水头/挡泥沙高度：8.82m/ 6.82m

设计最高运用水头/提门泥沙高度：7.32m/ 5.32m

孔数：5孔

4.工作闸门启闭设备

根据《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL 74—2019），启门力计算公式采用：

闭门力计算公式采用：

经计算得，启门力FQ=642.96kN，闭门力FW=51.84kN。

由计算结果可以看出，钢铁复合闸门闭门时的摩阻力较滚轮式钢闸门的摩阻力大，需要加配重或者提供下压力，所以启闭设备选用双吊点固定螺杆式启闭机，启闭容量为2400kN。运行时，靠螺杆的下压力可以使闸门顺利闭门。闸门平时关闭挡水，当需要引黄河水时启门引水。启闭机配有限位装置及负荷检测及限制装置，带有防水启动柜，具备现地控制及远方控制两种功能。水闸胸墙中部及顶部位置配有螺杆支撑座，以保证启闭机运行中螺杆的稳定性，支撑座由厂家配套生产、安装，中间支撑座高度不能阻碍闸门平时正常启闭。为了保证启闭机运行安全，建议每次启闭闸门前，水闸管理机构组织专业人员用高压冲水泵冲开淤泥，，高压冲水泵可采用200QJ40－40。

启闭机主要参数如下：

启闭机型式：QL-2×400-SD

操作运行条件：动水启闭

启门容量：800kN

螺杆直径：135mm

吊点距：3.0m

启门速度：0.088m/min

电动机型号：Y180L-8

电动机功率：11kW

5.检修闸门及其启闭设备

防沙闸设有检修闸门及启闭设备，当正常运行水位65.06m，闸下水位64.95m时，可放下检修闸门，对工作闸门进行检修及清淤。检修闸门位于工作闸门上游侧，采用1套叠梁式平面华东钢闸门。检修门分2节构成，每节的高度为1.0m。检修闸门主要参数为4.0×1.0×2-1.5m。

平时工作闸门不检修时，2节检修门分别锁定在防沙闸的闸墩上。当工作闸门需要检修或清淤时，检修闸门启闭设备将2节检修闸门逐节吊运到所要检修的闸孔中，使2节门体叠加成为一体，静水闭门，进入检修状态；检修完毕后，工作门关闭，上节闸门先小开度提起，待节间逐渐充水平压后再启门，下节闸门静水启门，将各节检修闸门放回到原来位置。

检修闸门启闭设备选用1 台2×30 kN 双吊点电动葫芦和1台2×30kN机械式自动挂脱梁。启闭设备的运行轨道设置在排架柱上游侧，采用吊轨I45a。吊轨一头配有防护罩，当检修闸门启闭设备不工作时，应停放在防护罩内，以防日晒雨淋。启闭设备的自动挂脱梁用于实现检修闸门启闭过程中的自动挂、脱。

6.防腐蚀设计

工作闸门门体表面预处理清洁度为：Sa 2.5 级，电弧热喷锌涂层≥120 um，环氧云铁封闭涂层≥80um，氯化橡胶面漆≥100um，总涂层不小于300um。工作闸门闸框与混凝土结合部位涂刷改性水泥浆，厚度≥200um，外露面涂刷环氧云铁封闭涂层≥80um，环氧云铁中间漆≥80um，氯化橡胶面漆≥100um，总涂层不小于280um。

检修闸门、启闭机的防腐蚀处理执行《水工金属结构防腐蚀规范》（SL105-2007），涂装前应进行表面预处理，处理后其表面清洁度等级不宜低于《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923-2011）中规定的Sa2.5级，表面粗糙度Rz值应在60～100μm范围内；预埋件与混凝土接触表面清洁度等级应达到Sa2级，后刷涂改性水泥胶浆1道。检修闸门及闸门预埋件外露部分（不锈钢止水座板除外）底层喷锌厚度为160μm，中层涂厚浆型环氧云铁防锈漆一道，涂漆干膜厚度70μm；外层再涂氯化橡胶面漆二道，漆膜干膜厚度80μm。

防腐蚀验收及检测方法：防腐蚀工程的交工验收，需提交原材料的出厂合格证或复检报告、防腐涂料的配合比及其主要技术性能的验收报告等；防腐检测需按照《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013）执行。整体防腐工程完工后，会同甲方和监理单位共同检查和验收。

7.结语

目前平原地区的水闸常用的闸门主要是钢闸门和铸铁闸门，钢铁复合闸门作为一种新兴的闸门形式，其结合了钢闸门和铸铁闸门的优点，门框采用铸铁浇筑，门体采用碳素结构钢焊接而成，具有强度高、安装方便、易于维护、止水效果好、价格适中、经济实用等优点，日后在水利工程中必将得到日益广泛的应用。