升降式检修闸门的设计与研究

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000）

1 概况

淮北大堤涡河左右堤蒙城局段沿堤共有中、小型涵闸35 座，其中小型34 座、中型节制闸1 座，共60 孔、启闭机63 台。沿涡河小涵闸分部广、数量多，基层管理单位人员少，涵闸工程的日常管理和维修养护任务十分繁重。

蒙城局所管辖的涵闸大多建于20世纪60年代，2006年前后进行过一次除险加固，由于受管理体制和人员经费等因素的制约，之后只针对部分锈蚀和损毁严重的进行局部的维修养护。2018年开始，管理机构开始分批对涵闸进行专业的维修养护，但在项目的实施过程中发现，由于年代久远，前述涵闸均没有检修闸门，而该35 座涵闸大部分都是潜孔式，涵闸的维修养护甚至是常规检查等工作必须待水位较低或者提闸放水后才可正常开展，给大坝带来一定的安全隐患，也造成水资源的浪费，不利于沿岸百姓的生产生活。

2 方案研究

在该项目的实施过程中，检修闸门有的用在工作闸门前，有的用在工作闸门后，因而，就会出现检修闸门在动水中启闭的情况，为此，应重点考虑动水中检修闸门启闭受力的问题，同时，还应考虑后文提到的基础底座的重心与浮心位置的关系，可通过配装活动底座来降低重心，通过试算即可满足使用要求，操作起来也较为简单。

针对常见的检修闸门的结构进行了分析与研究，常见的有单节浮箱式、多节浮箱式、叠梁式以及简化的平板焊式接检修闸门等。首先，应使下述的基础底座重心保持在一个竖直平面内，在能保证基础底座稳定的前提下，还应考虑其与配重的活动底座的关系以及力的传递问题。通过对比并根据淮北大堤中小型涵闸的特征和现状，选定采用液压驱动可组合的升降式检修闸门，并将固定部分和挡水部分独立设计，能较好地满足实际需求。同时具有以下优点：（1）采用可拆卸式设计，适用范围广，能节省大量人力、物力和财力；（2）安装、调试、运行等均可实现在水上操作的安全、稳定、可靠；（3）整体结构简单，运输方便，机动性强；（4）在满足前述大多数中小型涵闸使用要求时，有较好的强度刚度和力学性能。

3 结构设计与研究

3.1 结构设计

图1 基础底座结构示意图

图2 基础底座1 和2 连接示意图

图3 检修闸门剖视示意图

检修闸门两侧的底座利用现有涵闸预留的检修门槽，分别设计基础底座1 和基础底座2，基础底座1 和2 的外侧靠近上端均焊接有驱动杆固定耳，基础底座1 和2 的中间对称开有矩形承载槽，该承载槽用来放置挡水板；在基础底座1 上设置卡槽，基础底座2 上设置卡块，基础底座1 和2 通过卡槽与卡块的过盈配合实现连接与密封；液压驱动杆底部设置有固定地脚，与基础底座连接后倾斜角度可以分别调节，具体结构如图1和图2所示。

基础底座1 和2 的侧面开有排水孔，顶部设有贯穿至排水孔的滑槽，根据滑槽和排水孔的尺寸对应设计升降式螺杆，螺杆上端装有手动转盘，下端装有碟板；根据前述矩形承载槽的尺寸设计挡水板，该挡水板的上部焊接有拉环，挡水板一方面可以实现挡水，另一方面在基础底座1 和2 通过卡槽和卡块连接的时候起到限位作用，如图3所示。

3.2 力学分析

按照前述的方案，根据经验公式，拟对检修闸门在水中工作时的受力情况进行分析与计算，其公式为：

式中： Fw为检修闸门闭门所需的总力；TN为水对检修闸门的总压力，将其解为垂直方向的支承分力Td和水平方向的水阻分力Tf，当闸门在静水中工作时，水对闸门的总压力TN为0，即两个方向上的分力Td、Tf均为0；nG为闸门自重的修正系数，在此可将其简化，取nG=1.0；G 为闸门总重量，即G=G1+nG2，其中G1为基础底座部分，G2位根据使用配装的活动底座部分；Pi、Wi分别为水对闸门上下表面的压力，其差值即可视为检修闸门的浮力。

根据前述分析，对检修闸门受力进行简化，可得以下公式：

式中：F1、F2分别为闸门底座和挡水板在水中的浮力。将其结构简化成规则形体即可通过浮力公式计算，则通过公式可得出：当Fw≥0，则需额外增加闸门底座和挡水板配重；当Fw≤0，则闸门可依靠自重实现闭门挡水。

3.3 实现过程

首先将基础底座1 和基础底座2 安装在水闸的检修门槽内，卡槽与卡块滑动卡接，再将挡水板放置在基础底座1 和2 之间的矩形承载槽内，并通过转盘，使螺杆下降带动蝶板堵住排水孔；之后安装四个液压驱动杆，并调整其角度使固定地脚抵住地面，对基础底座1 和2 的位置进行限定，再将其间的水抽去，由此即可实现临时挡水，可对水闸进行维修、养护、检查等。

工作完成后，转动转盘，使螺杆带动蝶板上升，基础底座1 和2 两侧的水通过排水孔流出，当两侧水位相同时，利用拉环取出挡水板，再将基础底座1 和2 取出即可。同时，为满足不同尺寸的水闸检修门槽，可根据一批检修门槽的尺寸，综合设计一组可拆卸式的底座，通过螺栓分别与基础底座1 和2 相连接。

4 防渗止水设计

现阶段，检修闸门防渗止水通常采用止水橡皮、水泥檀条裹棉胎、水泥檀条压不透水彩条布、刷粉煤灰以及下潜水用胶棉或焊接堵漏等方式，通过研究发现，以上方法均存在前期准备时间长、实施过程复杂、成本高、风险大等问题，并不适合中小型水闸的常规检查、维修养护、除险加固等实际需求。为此，拟采用多层不透水幕布组成的防渗止水帷幕来实现检修闸门的防渗止水，具有操作简单、造价低、效果好等优点，具有很好的推广应用前景。

5 结语

检修闸门因为平时使用较少，在水闸工程主体设计中常常被忽略，但在水工程的日常运行管理与维护，尤其是专业维修和除险加固等却是至关重要。上述结构形式的检修闸门构思新颖、独特，充分考虑了强度、刚度、主体结构布置、零部件选型、防渗止水等，但是，还仅仅停留在设计研究阶段，后期随着水利工程的进一步发展与应用，在工程实践中，尚有诸多细节问题有待探讨与解决■