朱家浜水闸设计——内外河水位(6)

2019-03-04 12:28

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机电设备均布置于地面以下。管理区建筑自成体系,枢纽电气设备及主体机电设备的运行操作全部集中在管理区内。该方案属于与河道治理及周边地块开发相配合的景观式布置,枢纽主体在地面以上没有明显的标志,除达到满足枢纽防洪排涝及通航的功能需要外,使得水工建筑物的外观形态脱离传统的钢筋混凝土外表,构建起与周围水环境相匹配的亲水建筑。节制闸工程的主要任务是防汛、除涝和水资源调度、改善生态环境等,要求闸门能够双向挡水、动水启闭。闸门门型的选择除考虑功能要求外,还应满足城市景观的需要。本阶段初步选择了升卧式钢闸门、横拉门、下卧式钢闸门及平面直升门等多种门型进行比选,现将几种门型的特点简述如下。

(1)升卧式钢闸门

升卧式钢闸门采用双头P形止水橡皮,可以实现双向挡水。具有结构简单,布置容易,便于维护的特点。闸门一般采用悬臂轮作为支承,在开启时,闸门沿弧形轨道翻转,至完全开启时,闸门平卧在孔口上方。在门槽上方的侧墙上开有检修孔,用于拆卸悬臂轮或对悬臂轮进行检修、加油等工作。闸门开启到位后,设在侧墙上的旋转式自动锁锭装置卡住闸门下滚轮,实现闸门锁锭。

优点:安全可靠、运行维修方便,闸门开启时处于平卧状态,启门高度低,通视性好,对景观影响较小。

缺点:水封橡皮磨损较大,需经常更换;日常检修维护不方便;需设置启闭机房,两侧圆弧砼导轨安装精度要求较高,施工难度较大,工程造价高于平面直升门。

另外,卷扬机钢丝绳长期浸在水中易锈蚀问题,设计上可采取入水部分钢丝绳用钢拉杆取代、采用度锌钢丝绳的措施解决。

(2)横拉门

该门型的闸门结构较复杂,需设置一个专用门库,用于闸门开启后的存放,同时底板上需预留闸门行走槽。但地面无建筑物,与泵站布置及周边环境易于协调。此种门型作为节制闸的工作闸门,在局部开启位置,侧向过流水流紊乱,易引起闸门的振动以及对闸室造成冲刷。

横拉门的启闭机可采用液压式,也可采用固定卷扬式启闭机,相对于液压启闭机而言,固定卷扬式启闭机较为经济,但布置较为复杂。

(3)下卧式钢闸门

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下卧式钢闸门是在闸门底部安装一对支铰,铰座固定在闸底板上,闸门由固定在两侧闸墩上的一对液压缸操作,液压缸推拉闸门两侧的三角形支臂使闸门绕支铰转动,实现开启和关闭。闸门关闭时与水平面成70?角。闸门采用双P形止水橡皮,以满足双向挡水的要求。由于下卧门是门顶过水,在闸门顶部设破水器,以防止过水时门下形成真空。闸门支铰由于长期工作在水下,故采用免维护的自润滑轴承并采用不锈钢铰轴。支铰设计成全密封结构,防止因泥沙进入而降低轴承寿命。

下卧门具有结构简单,布置容易的特点,除河床底部较小的开挖外,地面无任何建筑物,不仅满足功能要求,而且易于与周边环境协调。随着城市建设对水利工程的景观要求越来越高,下卧门已经得到了越来越多的应用。

下卧式闸门的缺点是检修维护不便,由于支铰长期在水下工作,易受河水和泥沙侵蚀,且只有排干闸室内的水才能进行检修和更换,因此一般需在闸门上、下游设检修闸门。另外应避免门下淤积造成闸门不能完全开启,影响排涝。故需对河流的淤积情况进行调查分析,同时设置必要的冲淤设施,如在闸底板预埋冲淤管等。 (4)直升门方案

闸门设计为双主梁焊接钢结构,主梁按等荷载布置,主支承为4只布置在两侧边梁上的悬臂滚轮,使闸门在启闭过程中灵活地上下移动。闭门可利用闸门自重关闭。为满足双向挡水要求,采用双头P形水封橡皮,采用手电两用卷扬式启闭机操作。

闸门开启后锁定在孔口上方,锁定装置采用旋转式自动搁门器,便于自动控制。 优点:平面直升门,是目前水利工程中运用最为广泛的一种闸门型式,结构简单,投资最省。闸门运行轨迹是直线,安全可靠;闸门开启后呈直立状态,便于刷油漆和更换水封等零部件,因此检修维护方便。

缺点:开启时,闸门垂直悬挂在孔口上方,启门高度高,通视性差,对景观有一定影响,在通航要求不高的水闸应用较多。

(5)人字门

人字门布置简单,无外露的设备,但仅适合单向挡水,并不适合本工程。 (6)双扉门

双扉门是将闸门分为上下两节,每节高度高于孔口的二分之一,起升闸门的底缘高程必须高于5.1m, 固定卷扬式启闭机机房地面的高程与升卧门方案相当,但闸门开启时门

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体在视觉上的面积远大于升卧门方案。

(7)门型选定

由于本工程所处的地理位置,且水闸对工程建成后的景观也有一定要求,故节制闸工作闸门采用下卧式钢闸门作为推荐方案。

(8)节制闸运行水位 外河:

设计高水位 4.79m 常水位 2.50~3.50m 设计低水位 1.50m 内河:设计高水位 4.20m 常水位 2.50m 设计低水位 2.00m (9)节制闸闸门布置

节制闸工作闸门为下卧式钢闸门,孔口尺寸10.8m(过水宽度8.0m)×5.1m,底槛高程为0.00m, 闸门双向挡水,动水启闭,可局部开启,闸门操作水位差为0.5m,选用2×160kN集成式液压启闭机。启闭机平台在3.25m高程上,见闸门启闭机布置图SHA30C-63-1。

下卧门通过铰轴安装在河床底部,闸门绕铰轴转动,铰轴轴承采用自润滑关节轴承以适应制造和安装产生的误差。闸门顶部设破水器。在闸门顶部设置液压锁锭装置,当闸门挡水时锁锭闸门。当闸门卧到时,闸门的最高部位(面板)与闸门段朱家浜侧河底高程齐平。门叶的底部设缓冲垫块并与闸底板留一定距离,预防淤积。闸门门槽向外河侧70度倾斜布置。在节制闸边墙设一台冲淤泵,当淤积较严重时,可由设在闸底板的高压水管强制冲淤。冲淤泵为推车式自吸泵.型号2.5G65WFB-C,流量25~30m/h,扬程50m。

节制闸工作闸门两侧各布置一孔检修门槽,本阶段不设检修闸门。外河检修门槽尺寸为10.80 m×7.9m,内河检修门槽尺寸为10.80m×5.5m。

3.2.4 胸墙

当水闸挡水高度较大时,可设置胸墙代替一部分闸门高度。胸墙顶部高程与边墩顶部高程相同,其底部高程应不影响闸孔过水。底部迎水面应做成圆弧形,以使水流平顺进入

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闸孔。对于受风浪冲击较大的水闸,胸墙上应留有足够的排气孔。

胸墙的位置取决于闸门形式及其位置,对于弧形闸门,胸墙设在闸门上游;对于平面闸门,胸墙可以设在闸门下游,也可设在上游。如胸墙设在平面闸门上游。则止水放在闸门前面,这种前这种前止水结构复杂,且易磨损。但钢丝绳或螺杆可以不浸泡在水中,不易锈蚀,这对闸门运行条件有利。如胸墙设在平面闸门下游,则止水放在闸门后面,这种后止水可以利用水压力把遮瞒压紧在胸墙上,止水效果较好。但由于钢丝绳或螺杆长期处在水中,易于锈蚀,因此在工程中使用不多。胸墙一般用钢筋混凝土做成板式或梁板式,板式胸墙适用于宽度小于6.0m的水闸,墙板可做成上薄下厚的楔形板。跨度大于6.0m的水闸可采用梁板式,由墙板、顶梁和底梁组成。当胸墙高度大于5.0m,且跨度较大时,可增设中梁及竖梁构成肋形结构,板式胸墙顶部厚度一般不小于20cm。凉拌式的板厚一般不小于12cm;顶梁梁高约为胸墙跨度的1/12~1/15,梁宽常取40~80cm;梁宽由于与闸门顶接触,要求有较大的刚度,梁高约为胸墙的1/8~1/9,梁宽为60~120cm。

胸墙的支撑形式为简支式和固接式两种。简支胸墙与闸墩分开浇筑,缝间涂沥青,并设置油毛毡;也可将预制墙体插入闸墩预留槽内,做成活动胸墙。简支胸墙可避免在闸墩附近迎水面出现裂缝,但截面尺寸较大。固接式胸墙与闸墩同期浇筑,胸墙钢筋升入闸墩内,形成刚性连接,截面尺寸较小,可以增强闸室的整体性,但受温度变化和闸墩变位影响,容易在胸墙支点附近的迎水面产生裂缝。整体式底板可用固接式,分离式底板多用简支式。

3.2.5分缝方式及止水设备

(1)分缝方式

多孔水闸沿轴线每隔一定距离应设置永久性的温度沉降缝,以防止由于地基不均匀沉降、温度变化和混凝土干缩引起的地板裂缝。建在土基上的永久缝距不宜大于35m;建在岩基上的永久缝距不宜大于20m;缝宽一般为2~3cm。

整体式底板的温度沉降缝每隔一孔、两孔或三孔设在闸墩中间,成为一个独立单位。靠近岸边外,为了减轻岸墙(或边墩)及墙后填土对闸室的不利影响,特别是当地质条件较差时,最好采用单孔,而后再接二孔或三孔闸室。若地基条件较好,也可将缝设在底板中间或在单孔底板上设双缝。闸墩上不设缝,不仅可以减少工程量,而且还可以减少底板

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的跨中弯矩,但必须确保闸室能正常运行。此外,凡是相邻结构荷重相差悬殊或结构尺寸较长,面积较大的地方,也要设缝分开,如铺盖与底板、消力池与底板以及铺盖、消力池与底板以及铺盖、消力池与翼墙等连接处都要分别设缝;翼墙较长时需要设缝;混凝土铺盖及消力池的护坦面积较大时也需设缝分段、分块。

(2)止水设备

水闸设缝后,凡是具有防渗要求的缝都须设止水设备。止水分铅直止水及水平止水两种。前者设在闸墩中间,边墩与翼墙间及以上游翼墙本身;后者设在铺盖、消力池与底板和翼墙、底板与闸墩件以及混凝土铺盖及消力池本身的温度沉降缝内。为适应地基不均匀沉降和伸缩变形,水下各构件间和构件本身均留有接缝。凡是不允许透水的缝中均必须设置止水设备。按照止水设备的走向,缝有垂直缝和水平缝之分,属于垂缝的有:设于闸墩中的、边墩与岸墙间的、岸墙与翼墙间的以及翼墙与翼墙间的接缝等。属于水平缝的有:护坦与底板之间、护坦与两翼侧墙之间、护坦与海漫之间、闸后护坦与底板之间等。

止不设备不允许透水主要是防止水从上游的缝中流入地基或两岸填土中,以形成完整的防渗系统。闸后护坦的分块缝中的简易止水设备,主要是防止急流冲刷滤层;下游翼墙分段缝的止水设备则是为了防止墙后填土的流失。缝墩的止水设备主要是避免上游的水从缝中流走。

接缝止水的方法是尽可能做到平面形状,其宽度和间距应根据相对沉降量、伸缩变形的水闸总体布置等要求拟定。缝宽一般取2cm。

止水片的材料采用紫铜片,其柔性较好适应变形能力强,但属于贵重金属,常用于重要结构部位。

设计相关垂直止水与水平止水构造图如下图3—1所示。


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