水工闸门结构设计问题研讨

摘要：本文主要就水工闸门结构设计问题进行了详细的分析与研究，闸门是重要的水工建筑物之一，闸门的结构设计非常重要，它关系到闸门的承受能力以及水工建筑物功能的实现 ，本文以下进行了详细的阐述。

关键词： 水工设计； 闸门设计；

一、前言

水闸是用来调节、控制水流的水工建筑，是重要的水工建筑物之一，闸门的结构设计非常重要，它关系到闸门的承受能力以及水工建筑物功能的实现，本文以下进行了详细的阐述。

二、水工闸门的概述

1、水工闸门的组成

从广义上讲，闸门包括闸门与阀门。闸门一般主要由活动部分、埋设部分、启闭设备三大部分组成。活动部分：是封闭孔口而又能根据需要开启孔口的闸门主体，一般称为门叶。埋设部分：埋设在土建结构中的构件，主要是孔口的门楣、底槛和支承轨道等，通过这些构件将门叶承受的荷载包括自重等传递给土建结构。

2、闸门设计的主要工作程序

闸门设计一般程序是收集和分析资料、闸门的选型和布置、门体布置和结构及零部件的设计计算、施工图的绘制。下面就各个程序介绍闸门设计的主要工作内容和方法。

（一）、收集和分析资料。要进行一项闸门的设计工作，首先要收集和研究分析闸门设计的基本资料，包括枢纽的任务和水工建筑物的等级、形式与布置；闸门运用条件与相关尺寸；水文、泥沙、水质、漂浮物与气象方面的资料；有关闸门的材料、制造、运输和安装等方面的条件；地质、地震和其他特殊要求等。分析资料就是要分清闸门的各种工况及运行条件，确定闸门的荷载及具体的操作方式。

（二）、闸门的选型布置原则。闸门的选型布置合理，不仅会节约大量资金，而且还会取得安全可靠、操作灵活、维修方便等效果。闸门的选型与布置，应从全局出发、统筹兼顾，正确处理闸门设计与取水输水建筑物的关系，以满足工程的各种使用要求。大中型工程常需要做多种形式和布置的方案，与建筑物一起作技术经济比较，从而选定最优方案。

三、水工闸门的设计

1、水力设计

水力设计一般包括：过流能力验算、拟定闸门控制运行方式和消能防冲设计计算。病险水闸除险加固设计时，影响水闸过流能力的主要因素包括设计水位的变化、孔口断面尺寸和型式的变化、过水涵洞断面尺寸以及涵洞长度的变化、消能防冲设施变化等。设计时应根据复核后的特征水位和规模，对水闸的过流能力进行复核。当采取加厚底板尺寸、加固闸墩以及增加底坎等措施时，过流面积、水流流态以及下游的出流状态都可能发生变化，需要重新复核水闸的过流能力。尤其要注意流态的变化，需要根据实际情况而采取和原设计以及安全鉴定时不同的过流能力计算公式来进行验算。如果水闸为穿堤涵闸，闸室后紧邻的涵洞断面尺寸、长度变化都可能引起过流能力的变化。

2、水闸门防渗排水设计

水闸的防渗排水设计主要是根据闸基地质情况及上下游水位条件等进行设计计算，其内容包括：进行水闸的地下轮廓布置，设计防渗、排水设施的型式、布置、构造和尺寸；渗流压力计算；渗流坡降计算，验算地基抗渗稳定性；滤层设计；防渗帷幕及排水孔设计；永久缝止水设计。除险加固的水闸应根据水闸存在的问题，按水闸实际的防渗、排水设施型式、布置、构造和尺寸进行防渗排水设计验算。不同水闸存在问题不同，在除险加固设计时也应根据加固设计采取的措施，对改建后的排水设施进行复核计算。必须注意的是，一旦改变了原防渗措施，须对渗流压力进行计算，因为新增的防渗设施可能会改变渗流压力分布，影响到闸室稳定。

3、闸室结构布置及稳定性分析

三类闸除险加固时，首先需根据新的设计条件对原结构进行分析计算，然后结合安全鉴定中结构存在的问题，采取必要的工程措施进行加固，同时按加固后的结构尺寸重新进行结构分析和稳定验算。验算时应尽可能考虑工程措施中新老材料之间的差异性，以及这些差异将对工程安全运行带来的影响。

4、地基处理及设计

当水闸发生不均匀沉降或者地基总体沉降量较大时，需根据地质情况重新复核地基承载力。闸室加固、防渗措施改变时都需要重新验算地基承载力。

由于闸基处于混凝土底板之下，且闸底板钢筋混凝土厚度一般均在0.8m以上，钢筋间距较小，因此，直接对地基加固有一定困难。当地基已发生较大不均匀沉降时，需根据已有地质资料认真复核地基承载力，确定合理的加固措施。必要时增加地质勘探工作，取得更为合理的地基土的物理力学指标，确保采取的措施合理、经济且施工可行。

5、慎重对待闸底板高程的调整

当因稳定问题以及挡水等需要闸底板加固时，设计中一般会对加固后的闸室问题、底板结构进行必要的分析验算。而在这种情况下，易于忽视因闸底板高程变化而对河流河床变形和水力参数变化的考虑。以拦河水闸闸底板高程抬高为例。因此，当需要对闸底板高程进行改变时，须对未来的河床演变和水面线影响作出合理的预测。

四、加强对闸门养护措施

水工闸门在管理中的重要环节是观测检查和养护维修。观测检查工作的主要任务是掌握闸门的工作状态，及时发现不正常现象，分析其原因，采取安全可靠的养护方法，保证安全运行。要加强对钢闸门的养护，必须要做到以下几点：

1、领导重视，严格管理制度

制定和执行严格的管理和操作制度是钢闸门正常运行的基本条件，而闸门管理工作的重要保证是水利部门的领导重视管理和维护工作，经常听取现场管理人员的建议和帮助解决具体问题，在养护经费上给予适当的倾斜。同时要建立一支责任心强，有一定专业技术知识的管理队伍。

2、坚持经常检查，防止事故发生

只有经常性地检查，才能及时发现问题和处理问题，防止事故的发生。钢闸门日常检查的内容有：观测有无歪扭，支承行走部分的滚轮和滑道等的磨损和锈蚀；止水设备的完好性及有无漏水；螺杆是否与闸门板的横轴垂直；闸门的焊缝有无脱焊，埋件有无变形，表面油漆或喷锌层的剥落和腐蚀等情况。启闭设备则应观察运转是否灵活，有无振动和碰撞；传动机械和承重构件的损坏磨损；地脚螺栓是否松动；制动器是否有限；润滑油是否充足；钢丝绳受力是否均衡，有无腐蚀及断丝；安全保护设备是否完好等等。

3、做好防腐工作，提高钢闸门使用寿命

为了延长钢闸门的使用寿命，必须使用先进的防腐蚀技术和方法，确保防腐蚀的质量。钢闸门常用的防腐蚀方法有：涂料防护法、喷锌保护法和电化学保护法。对于我们广东等沿海和近海的地区，最佳的防腐方法是喷铝金属加涂料保护法。

4、加强养护和维修，保证运行效果

采取先进、经济的养护方法，可提高钢闸门的正常运行效果。对行走机构、活动部分及启闭机械要做到经常擦洗，定期更好润滑油，发现局部锈蚀应及时处理。电机受潮要进行通风或烘烤。长期使用中磨损严重，影响正常运行的机构部件要及时维修和更换。钢丝绳传统的养护方法是涂黄油，但只能起表面润滑，难侵入油棉线内，容易腐蚀生锈。通过管理人员的实践经验，如黄油和机油混合使用，按1：4配制，养护效果较好。

五、结束语

总之，闸门的设计非常重要，它关系到闸门的承受能力以及水工建筑物功能的实现，对整个水工建筑物的正常运行乃至国民经济的发展将产生直接的影响。我们应该加强对闸门的设计的认识，不断吸取和总结经验，提高员工的自身素质，从而才能提高水工闸门的安全性和可靠性。

参考文献

[1]武汉大学编写，水工钢结构，中国水利电力出版社，2011

[2]李冬祥，王仲发，水工钢结构防腐蚀技术措施综述，2011