鋼結構翻板閘門

 

鋼結構閘門介紹

   鋼結構閘門是裝于溢流壩、岸邊溢洪道、泄水孔、水工隧洞和水閘等建築物的空口上，用以調節流量，控制上、下游水位、宣洩洪水、排除泥沙或漂浮物等，是水工建築物的重要組成部分。在水閘工程中，閘門是主體部分，常占擋水面積的大部。閘門又分為平板閘門和弧形閘門。

鋼結構閘門主要由三部分組成：

   ①主體活動部分，用以封閉或開放孔口，通稱閘門，亦稱門葉；

   ②埋固部分；

   ③起閉設備。

 

鋼結構閘門分類方法較多，主要有：

   ①按閘門的工作性質可分為工作閘門、檢修閘門和事故閘門。工作閘門也稱主要閘門，能在動水中啟閉。檢修閘門設于工作閘門前。用於建築物或工作閘門等檢修時短期擋水，一般在靜水中啟閉。事故閘門多設于深孔工作閘門前，用於建築物或設備出現事故時，能在動水中關閉而在靜水中開啟；兼作檢修閘門時，也稱事故檢修閘門；需要在限定時間內緊急關閉的事故閘門，稱為快速閘門。

   ②按閘門關閉時門頂與水面的相對位置分為露頂式閘門和潛孔式閘門。

   ③按門葉的外觀形狀分為平面閘門、弧形閘門、人字閘門、拱形閘門、球形閘門和圓筒閘門等。

   ④按製造門葉的材料分為鋼閘門、鑄鐵鑲銅閘門、木閘門、鋼觔混凝土閘門和組合材料閘門。

   另外，有些閘門如翻板閘門可借助水力自動啟閉，稱為水力自動閘門。聚財選擇閘門形式需要考慮其在水工建築物中的位置、尺寸、設計水頭、運用條件、製造能力和安裝技術水平等因素，要求做到泄流時水流條件好、止水嚴密、啟閉力小、操作簡便靈活、檢修維護方便等。平面閘門和弧形閘門是水利工程中常用的門型。在工作閘門中，大型露頂式閘門和高水頭潛孔式閘門多用弧形閘門，聚財船閘上多用人字閘門和橫拉閘門，檢修閘門和事故閘門一般都用平面閘門。製造門葉的材料近代多用鋼材，而鋼觔混凝土多用做需要借自重關閉施工導流底孔的封堵閘門。此外，在壓力管道中使用的將門葉、外殼和啟閉機械組成一體的控制設施，通稱閥門。

 

我們在水利機械工程鋼結構翻板閘門設計規範中的優勢是什麼？

    1.內部採用壓力自緊式密封，閥體支管兩端為焊接連接。

    2.鋼閘門封面採用鈷基硬質合金等離子噴焊而成，耐磨、抗擦傷性能好。

    3.表面經抗腐蝕性氮化處理，有良好的抗腐蝕性和抗擦傷性，這是鋼閘門最大的優勢。

    水利機械鋼結構潛孔式焊接平面鋼閘門設計要求，鋼閘門有啟閉靈活、啟門力小、擋水面積大等優點,已被廣氾應用到較大的進、泄水工程中。

 

鋼壩閘門防鏽與檢修工作：

   鋼壩（底橫軸旋轉鋼閘門）跨度較大，上、下游不便設置檢修閘門。通常閘門檢修時需要做上、下游圍堰，代價較大，因此閘門的防腐十分重要。

目前主要防腐措施有3種：

   一是噴鋅加塗料防腐，噴鋅厚度不小於0.2mm，應採用耐磨性能較好塗料，如氯化橡膠防鏽漆等，厚度不小於0.4mm；

   二是泥砂較多，流速較高的河流閘門，面板採用復合不鏽鋼板材料製造，不鏽鋼層不小於3mm。如黃山湖邊樞紐地處於新安江水庫上游新安江上，泥砂較多，閘門面板採用了復合不鏽鋼板材料；

   三是採用防腐塗料加陰極保護，如泰州市生態景觀工程和上海市蘇州河河口水閘均安裝了陰極保護裝置。

   由於單閘孔寬度大，通常不設置檢修閘門。因此，對於無條件檢修的閘門，應按照免維修、少維護的要求設計底橫軸，適當增加底橫軸軸壁厚度及水下部分使用年限，如蘇州河口閘，水下部分按30年設計。這樣雖增加了投資，但大大減輕了運行管理的工作量。對於通過採取措施形成檢修條件的閘門，可適當簡化底橫軸等結構構件及防腐設計。

 

鋼結構翻板閘門與混凝土結構翻板閘門的優劣比較：

    1.鋼結構翻板閘門整個擋水部分是一個整體，沒有連接縫，而混凝土結構翻板閘門是透過多塊預制板構件拼接而成的，拼接縫隙容易發生漏水，特別是在寒冷結冰地區，縫隙因冰凍逐漸擴大，導致大量漏水；

    2.寒冷地區的河道上部分結冰膨脹，使翻板閘門受力不均，引起混凝土閘門拼接縫隙發生變化，導致大量漏水；

    3.河道化冰時，冰塊衝擊到閘門的擋水部分，甚至有可能破坏到混凝土翻板閘門的傳動部分，造成閘門不能正常運行，而鋼結構翻板閘門結構簡單，沒有突出的傳動部位，冰塊撞擊幾乎沒有影響。

    4.河道化冰時冰塊衝擊閘門的擋水部分，混凝土翻板閘門門板容易斷裂，斷後無法修復，只能更換，而鋼結構翻板閘門的門葉是鋼板框架結構，抗衝擊力強，並且修復程序簡單快捷。

    5.鋼結構翻板閘門在使用過程中不會像混凝土翻板閘門那樣發生側向移動，整體結構設計已經保証了鋼閘門不會發生門與門之間的側面漏水現象。

6.鋼結構翻板閘門雖然造價比混凝土翻板閘稍高，但是其檢修和維護費用卻大大降低。

 

 鋼壩與橡膠壩優劣比較

   （一）使用壽命

   鋼壩的設計使用壽命可達50～60年，當前國際上最長壽命的鋼性閘門為近百年。國內最早的福建小溪電站為1958年建成至今仍在使用，同樣的鋼結構在解放前就開始使用一直運用至今的案例到處都有。而權威部門根據室內測試資料和工程實踐初步判定橡膠壩的使用壽命10～15年就必須更換一次壩袋。至今國內第一條橡膠壩的壽命未超過15年，上世紀我國東北地區建的許多橡膠壩已拆除，2005年位於廣西東筍電站建的橡膠壩也已拆除改建鋼性閘門。一次鋼壩的投資等於四次橡膠壩的投資（中間壩袋要換需要大量建設輔助工作不算）。

   （二）損坏及維修

   1、壩的損坏

   （1）人為破坏造成的損坏

   橡膠壩容易受到尖利和有尖角物體的損坏，在容易受到人為破坏或河道內有尖角物較多的地方不宜安裝橡膠壩。

   （2）洪水過後的殘骸造成的損坏，景觀的影響

   由於洪水過後遺留的各種殘骸，諸如民用設施與建築材料這類尖利的物體很可能對壩體的上游面造成損傷。微小處的漏氣易於修復，如果漏氣面積較大，修復起來比較困難。每次升壩或塌壩后各種殘骸遺留在壩袋上給景觀帶來極大影響，運行單位每次都派員進行擦洗，工作量較大。

   （3）放氣孔（水）造成的損坏

   放氣（水）期間，橡膠壩體可能會由於緊靠壩下游面的尖利物體所刺破。

   （4）火造成的損坏

   1、火也許是對橡膠壩最為不利的潛在危害因素。火可引起大範圍的壩體損坏，而修復大麵積的壩體有時是不可能的。對於很重要的壩，可行的辦法是提供備用橡膠壩，以便在出現嚴重損坏時，能迅速替換。運行成本大大增加。

   2、鋼性閘門它本身屬性決定上述情況都不會發生。在此我們對鋼性閘門進行了細緻的分析，現在閘門的運轉件採用特殊復合材料，該種材料在水下運行若干年無需加潤滑油，也不會鏽蝕。

   3、最近有資料報導山東某工程攔河橡膠壩運行五六年，就壩體已維修了三次，費用高達600萬元（其它未計算），而鋼性閘門約三十年左右進行一次防腐即可。

   （三）、運行情況

   1、運行時間

   橡膠壩是通過充氣或充水達到升壩的目的，正常需要2～3小時才能完全升或塌壩，時間較長。而鋼性閘門採用啟閉機啟閉，運行速度可達1～2m/分鐘，一般工程不超過2分鐘即可完成升壩和塌壩。這樣可有效的保証突發洪水時能及時洩洪。橡膠壩會隨着使用次數和年份的增加而且使用充氣（水）、排氣（水）時間增長，因為壩內和管道內會結垢的原因。

   2、運行可靠性

   由於橡膠壩存在洩漏，原因是橡膠臘交聯、刺傷、管道聯結缺陷以及緊固系統和施工質量，故要不斷經常性的充氣，否則會出現過了一段時間壩洩氣（水）自動塌下來的現象，有時河道內水流干都不知道，造成一定損失，而鋼壩採用機械鎖定，當塌壩、升壩和調節水位時任意角度都可鎖定，不會發生移動。

   3、壩頂溢流

   橡膠壩設計規範中明確規定溢流不能超過50cm，否則將易出現跨壩事件，而鋼壩可有效的克服這一缺陷，可以長時間大流量的從壩頂溢流形成瀑布效果。

   4、自動化程度高

   橡膠壩一般難實現集中網絡控制，而鋼壩可以實現先進的自動化控制和網絡控制，可以在全球任一互聯網控制。

   （四）、安全可靠性分析

   橡膠壩一般須建一座供氣站或水泵房，管路多且複雜，而鋼壩僅僅配套二台驅動裝置，該種型式驅動裝置是一種新型驅動型式，它結構簡單，操作方便，無須油管、泵站等附屬設施，另該種驅動裝置配備了手動裝置，若由於停電或其他故障可以手動操作，操作力只需5kg。這樣可以有效的保証塌壩時能塌壩，立壩時能立壩，安全性極高。

   （五）、冬季冰凍問題

   橡膠壩根據《設計規範》和實際使用情況，冬季一旦結冰就必須做好刨冰工作，否則將對橡膠壩的使用造成致命的損坏，而刨冰工作完全依靠人工完成，既耗時又耗力，且給管理帶來極大的不便。到春天解凍時，冰凌不能在橡膠壩上溢流，結實而鋒利的冰塊很可能把橡膠壩划破。

   到了冬季，將鋼壩傾斜一定角度，此時若結冰，冰層可以沿着斜角向上延伸，從而有效的釋放水結冰的膨脹力，這樣鋼壩不會受到任何破坏，另由於鋼材本身的堅硬特性，每年春天的凌汛可以安全在壩頂洩洪，鋼壩可以輕鬆安全的度過冬季。

   （六）、防腐問題

   鋼壩表面是按照《水利水電鋼閘門製造標準規範》進行熱噴鋅，附着力極強，權威機構研究結果表明，沙的流速8≤m/s，不會對鋅層構成破坏，一般河流的流速不可能達到這個速度。

   （七）、淤積問題

   鋼壩是一種特殊結構的壩閘形式，它沒有底門槽和側門槽，是門葉圍繞底軸心旋轉的結構。上游止水壓在圓軸上，當壩豎起或倒下時，止水不離圓軸的表面，始終保持密封止水狀態；側面止水同樣的原理，止水面始終不離開側胸牆（不鏽鋼埋件或大理石），故淤沙（泥）不會影響鋼壩的升壩和塌壩。

   針對淤積較嚴重的地區，一般在壩前設擋沙（泥）檻和喇叭口。一是為了有效的擋住大的石塊，二是當塌壩洩洪時，提高壩口位置的流速，可有效的讓泥沙、水混合物直接隨洪水沖至下游。

   北方地區立壩蓄水是該壩的主要功能。立壩時間較長易淤積，但是鋼壩是圍繞底軸向下游傾倒，故塌壩時淤積的泥沙被水流沖向下游，不可能形成阻塞。另，行洪后我們會根據當地的泥沙含量分析出有多少量的淤沙（泥）沉澱在門體上，並通過淤沙（泥）量計算出升壩時需要的升壩力，充分考慮到升壩時克服淤沙（泥）的力量。

   （八）、能耗的對比

   100m橡膠壩的用電負荷量最少需要功率100kw/小時左右，每次升壩時間約為2～3個小時。

   鋼壩閘比橡膠壩每年節省了相當大的用電量。

   （九）、影響洩洪斷面

   橡膠壩設計規範要求壩的底坎高20cm，另，塌壩時橡膠壩內的水不能完全放盡，形成不低於20cm的高度，兩者相加塌壩時在河流斷面形成不低於40cm的阻水斷面，嚴重影響洩洪流量。而鋼壩無此影響。

 

鋼壩閘具有怎樣的發展前景

   鋼壩閘在水中景觀建設中的作用是擋水，是一種先進的新型技術。早在20世紀80年代，美國的設計師就設計出了總長為91．4米，高為14米的鋼壩閘，它在設計中將鋼材很好的應用其中，具有良好的柔性、強度陛，從整體來看美觀並且更加適應水體變化的需求，在我國，針對鋼壩閘的研究資料也是非常少的，到目前為止，鋼壩設計計算方法的資料也很少。在我國水利工程中，與鋼壩相類似的是鋼閘門，這種建築物的使用壽命很長，可達50年之久，甚至更長，並且通過多年的實踐總結經驗將繼承液壓應用到鋼閘門中，造價更低，施工工期縮短、運行安全可靠，並且佔地較少，符合景觀設計要求，具有很好的發展前景，也提升了景觀的效果。

   1、自動化控制鋼壩閘相比像膠壩更容易實現自動化控制，因為鋼壩閘門只需要有兩台啟閉機，而橡膠壩需要建設供氣站或供水等設施，設計管路複雜繁亂，鋼壩閘不需要設計管路、泵站等設施，並且可以進行手動操作和自動化控制，當停電時，可以進行進行手動控制，供電時可以進行手動控制或自動化控制，安全陛能高。鋼閘門由於設計簡單，可以很好的實現網絡控制，只要具備網絡條件，就可以進行遠程自動化操作，同時配備高清攝像頭，監控鋼閘門的啟閉及防盜功能，來滿足鋼閘門的安全運行。營造更好的景色。

   2、運行安全可靠鋼壩閘門採用的是機械鎖定，並且可以調節閘門啟閉開關進行多角度協調，營造出更美觀的效果，以橡膠壩相比，不會因為橡膠壩交聯、管道連接或者是橡膠壩帶被刺傷而蓄不滿水，這就避免了橡膠壩突然坍塌下來的f青況，提高安全運行管理，提高人民的生活質量。

   鋼壩閘是一種新型的擋水結構，相比橡膠壩不容易發生老化、刺破和行洪不利的情況。鋼壩閘可以進行立門蓄水、臥門排澇，是一種可以進行調控的溢流閘門，並且在進行啟動時非常簡單，通過啟閉閘門隱藏的液壓設備，將水位進行調節，達到規定的要求，並且進行閘門門頂過水的方式，形成瀑布的效果，除了美觀的作用還可以進行淤沙功能，適應陸較廣。

   至今為止，鋼壩閘在我國還沒有一個統一的設計規範，生產廠家相對較少，並且各個生產廠家設計的參數不一。但是考慮到鋼壩閘比橡膠壩有着很多的優點，相信我國一定會加大對鋼壩閘的研究，技術也會逐步提高，不久的將來我國鋼壩閘應用會相當廣氾。

 

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