底軸驅動翻板閘門在水閘工程中的應用
                                                     
        摘要：本文介紹了底軸驅動翻板閘門的工作原理、結構特點、結構布置要求、使用條件和啟閉機控制操作運行的要求等，對城市景觀水閘工程門型比選設計有借鑒意義.
        關鍵詞：底軸驅動翻板閘門；底橫軸；止水；防腐；設計
                1·  概述
        在水利水電建設中，隨著城市用水、景觀建設及環境整治和灌溉、發電的需要，翻板閘、水閘和橡膠壩得到廣泛的運用。然而，橡膠壩制造比較復雜，運行時充水（充氣）升壩或放水（放氣）塌壩時間較長，影響快速截流或泄洪，再加上橡膠存在易老化、割裂等弊端，質量事故常有發生；老式鋼筋混凝土結構水力翻板閘門，運行時當閘門開啟后，由于每片門葉間易卡污物，閘門經常不能及時關閉而造成重大損失甚至危及工程安全。另外，傳統的鋼閘門或翻板閘門，無論是提升式或臥倒式，單孔閘都很難適用較寬的河道。因此，2005  年以來，以上海市蘇州河河口閘為代表的許多水閘采用了底軸驅動翻板閘門（鋼壩）［1］。
        底軸驅動翻板閘門是一種新型可調控溢流閘門，它主要由土建結構、圓柱形底軸、固定在底軸上的門葉、支承底軸的若干固定支鉸座、底側止水、閘墩側墻密封件及啟閉機驅動連接拐臂等組成。閘門的啟、閉操作由布置在兩側啟閉機室內的液壓啟閉機控制。目前，國內建成或正在建造的此類閘門工程有近百座（如黃山湖邊水利樞紐花山壩工程、泰州市水生態環境建設工程、蘇州工業園區金雞湖游艇碼頭工程、上海市蘇州河河口水閘工程等）。
        本文根據底軸驅動翻板閘門的工作原理、結構特點和結構布置的要求，以及啟閉機控制操作運行的要求，針對城市景觀水閘工程的閘門型式進行了比選設計。
        2  ·底軸驅動翻板閘門的原理及特點
   
                             
        水壓力通過懸臂式門葉結構傳遞到圓柱形底橫軸，底橫軸作用力可分解為水平力、垂直力和力矩。水平力、垂直力通過固定支鉸座傳遞給土建結構，力矩（扭矩）由底橫軸傳遞給液壓啟閉機或鎖定裝置。閘門啟閉運行時，  液壓啟閉機通過拐臂驅動底橫軸轉動，同時使門葉以底橫軸中心為圓心作扇形轉動實現閘門的開啟和關閉。閘門局部開度（或轉角）取決于鎖定裝置的鎖定位置或液壓啟閉機活塞桿持住位置，閘門的開度范圍為垂直與水平之間（0°～90°）的任意位置或角度。閘門全部關閉時門頂可溢流以達到景觀效果。
        2.2  使用條件及優缺點分析
        底軸驅動翻板閘門適合于閘孔較寬（10～100  m）而水位差比較小（1～7  m）的城市景觀工程，或山區河道洪水急漲，要求快速開閘泄洪的工程[2]。由于可以將孔口設計的比較寬，可以省去數孔中間閘墩，所以不僅結構簡單，而且可以節省土建投資。該閘門能夠實現雙向擋水及立門蓄水或防洪，臥門行洪排澇；閘門啟閉靈活快速、開度無級可調且調度方便；啟閉設備隱蔽，門頂過水形成人工瀑布，改善工程景觀效果；另外，該閘型泄洪能力大，臥門時無礙通航。該閘型的主要缺點：總造價相對較高；要求閘基不存在大的不均勻沉陷；不便設置檢修閘門，閘門檢修較困難。
        3·  基本布置要求     
        3.1  閘孔寬度的確定
        目前國內已建工程中，底橫軸旋轉鋼閘門最大閘孔寬度為100  m（蘇州河河口水閘）。閘孔寬度確定主要考慮泄量要求、閘基地質條件、經濟指標等因素（見圖2）。如果閘基地質條件較好不存在不均勻沉陷問題，泄量又有要求，閘孔寬度可適當偏大取值；如果閘基地質條件較差，需要選擇較大閘孔寬度時，應對閘基進行打樁、澆筑整體式鋼筋混凝土底板以避免閘基產生不均勻沉陷。但當閘孔寬度大于約45  m  時，由于扭矩使底橫軸產生扭角變形，跨中變形較大，通常將跨中門葉斷開設置柔性止水以便避免兩側啟閉機不同步而產生的巨大閘門內力。對于高度較小、閘孔寬度較大的閘門，底橫軸結構尺寸由剛度控制，因而經濟指標較差。

        3.2  啟閉機室主要尺寸及布置要求
        底橫軸旋轉鋼閘門啟閉設備一般布置在啟閉機室內，啟閉機室尺寸應滿足啟閉、控制及沖淤等設備的布置、操縱和檢修等要求(見圖3)。如果為了增加過流斷面，要求閘頂過流，閘頂高度還應滿足泄流要求，通常可取閘頂與閘門頂高程一致（如黃山湖邊樞紐花山壩工程閘頂可過流）。
                             
        啟閉機室為水下結構，機室側墻的防滲，機室的通風、采光（照明）、防雨不可忽視，其直接影響工程的運行管理。當閘頂需要過流時，應進行密封處理（如黃山湖邊樞紐花山壩工程），并應在閘底板下部布置維護、管理交通廊道。另外，啟閉機室底板應布置集水井，設置自動排水泵。
        3.3  閘底板布置
        當采用閘底坎低于底橫軸布置時，閘底坎上游通常設置沉砂池，當河流泥砂較多，還應設置攔砂坎，攔砂坎和閘底坎可分別、也可結合起來布置（如泰州市水生態環境建設工程攔砂坎和閘底坎結合布置，坎高2.0  m）。底坎下游閘底板高程的確定，應考慮閘門平臥后下部緩沖墊、沖淤管道設置空間及泄流消能等要求，一般下游閘底板高程也低于閘底坎。
        3.4  沖淤
        對于泥砂較多的河流，除在閘底坎上游布置沉砂池、攔沙坎外，還應在底坎下游布置高壓沖淤管道（利用高壓水泵沖淤）、在適當位置布置攔砂閘。如黃山湖邊樞紐花山壩工程針對于泥砂多的情況，在閘門前設有攔沙坎，攔沙坎與閘底坎相結合，底橫軸底高程以下坎高1.7  m；在5  孔底橫軸旋轉鋼閘門右側設有一孔排砂閘，防止閘前泥砂堆積對閘門啟閉的影響。又如泰州市水生態環境建設工程底橫軸旋轉鋼閘門閘坎下游均布置了沖淤管道及高壓噴嘴。
        3.5  側墻二期澆注密封
        閘門底橫軸需要穿過閘孔兩側墻套管進入啟閉機室，側墻套管與側墻采用二期混凝土固定，二期混凝土可用膨脹水泥澆筑，確保澆筑質量，防止滲水。底橫軸與側墻套管之間采用橡皮（或石棉盤根）止水和鋼壓板壓緊固定。
        閘門側止水接觸的側墻鋼埋件采用二期澆筑。鋼埋件有局部和整體之分：整體鋼埋件范圍為在啟閉過程中閘門側止水與接觸的四分之一圓面積（扇形）；局部鋼埋件為條狀扇形布置，設置在閘門幾個固定開度所對應的位置。另外，側墻也有不設置鋼埋件的工程實例，如在側墻涂刷一定厚度的環氧地平涂料或表面平滑的石板。總之，比較而言設置鋼埋件更可靠。
        4·  基本結構要求
        4.1  底橫軸
        底橫軸作為門葉懸臂梁的縱向固端和閘門啟閉驅動軸是閘門最重要結構之一，主