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摘要：水力自控翻板门是一种“活动”的挡水建筑物，它不需要任何外加动力和人工伺候，完全由门前水位变化引起作用于门板上的水压力改变而实现闸门启闭。水力自控翻板门由厂家负责翻板门各部件的设计、制作与安装，因此作为翻板门坝工设计实际上是进行翻板门的合理选配，同时完成其底座—底堰或底板及坝上、下游护岸的结构设计。
关键词：水力；自控；翻板门坝；设计
引言：
水力自控翻板闸门是新时期节能闸坝，翻板坝主要有基础固定坝及翻板闸门两个主要部分，该翻板闸启闭原理采用杠杆平衡与转动原理。该新型闸门运用闸门水压力与闸门自重当做启闭闸门的动力，所以不需要其它外加能源，不需要其它启闭机械和闸房。如果上游水位不断升高，慢慢开启泄洪装置；如果上游水位下降，逐步回关蓄水，确保上游水位一直保持在规范的要求范围内。翻板闸具有施工短、造价合理、准确及时、无需人力操作等特点，作为新时期河道渠化、创建通航枢纽，广泛应用在灌溉工程中。
1.自控翻板闸的工作原理
水利自控翻板闸门的工作原理是杠杆平衡与转动，闸门利用水力和闸门重量相互制衡，增设阻尼反馈系统，达到随着上游水位升高逐渐开启泄流、上游水位下降逐渐回关蓄水的目的。使上游水位始终保持在要求的范围内，即上游正常水位。当作用在闸门门叶上的水压力与水流对闸门门叶的摩擦力，对转动中心力矩的和大于闸门门叶自重与运转机构的阻力。对转动中心的力矩之和时，闸门开启度自动加大，直至两组力矩和相等。闸门在新的开启度位置保持平衡，反之亦然。 庄河地区修建的翻板闸，均为双支点水利自控翻板闸，该翻板闸属于滚轮连杆型。闸门的门叶，是由面板及支腿组成，支承部分由支墩及固定在支墩上的滚轮、固定在支腿上的轨道以及连接闸门与墩的连杆等部件组成。闸门承受水压力是依靠面板、支腿、轨道支承于滚轮上，滚轮靠支座固定于混凝土支墩上，连杆控制着闸门的运动轨迹以增加对外力的阻抗，而滚轮与轨道及滚轮与转轴，连杆与连杆支座轴，在动转中非常灵活。
2.翻板门的选择
2.1翻板门总长度的选择
翻板门价格几乎与门高的平方成正比，而且门高大于3.5米时增幅尤为明显，因此长坝配矮门往往较短坝配高门方案经济。于是，在地质等条件变化不大的情况下，可将坝址选在河面较宽的地段，以增加翻板门的总长度，若配建河床式电站尤需如此，因其厂房已占据了一定的河床宽。
2.2翻板门高度的选择
翻板门的高度要通过水力计算来确定。水力自控翻板门有其独特的运行特性；当河水位高于门顶高程0.1m～0.3m时，翻板门开始翻启泄流；在翻板门达到全开前，门顶和门底同时泄流，且二者势均力敌，不可偏废；翻板门全开后已成为近乎平悬在河中的一楔块（与水平夹角仅为10°），由于翻板门的厚度仅为0.2m～0.3m，对闸坝泄流阻碍不大，过闸水流的形态已完全变成堰流。因此，翻板门全开前后要分别按不同的流量公式计算其下泄流量。
翻板门全开前，因门顶为薄壁堰溢流、门底为闸孔出流，故总的下泄流量为两者之和，可表示为
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3.底堰设计
3.1底堰的结构及其构造
由于翻板门底堰一般采用梯形截面，且具有满足安门要求的宽堰顶，坝体抗滑稳定和坝面泄流顺畅等又要求底堰有一定的下游边坡（1：0.6～1：1.0）和反弧鼻坎（若选择面流或挑流消能方式），因此底堰截面比较大。若作成混凝土或圬工实心坝会因内应力极小（翻板门底堰坝高一般较小），坝体材料强度得不到充分发挥，无疑是不合理和不经济的。
为既保障水力自控翻板门的构造要求，又充分节省工程量，其底堰可采用混凝土硬壳或圬工硬壳。因为，每扇翻板门宽度一般为6m～9m，而且每扇门有两个支墩，为了支承和锚固支墩，应按每扇门支墩的位置修筑隔墙，故隔墙间距一般不大。因此，底堰还可做成空腹式，即壳内不填料。这种硬壳底堰由于外荷、内应力极小一般可不配受力筋。但为适应残存温度应力，防止硬壳开裂，可沿硬壳外表面选配φ8～φ12@250*250mm的钢筋网，同时也有利于提高底堰表面的防冲性能。另外，翻板门支墩预留槽下游侧硬壳混凝土中应布置数根φ20～25mm的弯起钢筋，以增强预留槽后混凝土硬壳的抗剪强度和抗冲出能力。由于水力自控翻板门硬壳底堰渗径短，若建在软基上需设置铺盖或其它防渗设施；若建在岩基上，不仅可不设上游铺盖，还可不设底板。但上游面坝踵齿墙应伸入基岩，深度应使水流渗过齿墙的水力梯度不大于所在基岩的允许渗透坡降，一般不小于1.0m；下游坝址也应嵌入岩基至少0.5m。这样，建于岩基上不设底板的翻板门硬壳底堰有如下优点：（1）底堰扬压力很小（因排水顺畅），抗滑稳定性好；（2）因其纵向抗滑稳定无需巨大的自重，同时还可根据受力状况调整其结构形状（如做成微拱内缘等），因此可充分利用和发挥堰体材料的强度；（3）硬壳堰原本就是一空间超静定结构，外加隔墙的间距较小，所以其侧向稳定性好。
3.2 底堰结构简化计算方法
水力自控翻板门坝的底堰结构计算可包括结构强度计算和整体稳定分析2个方面。因翻板门坝的硬壳底堰是空间结构，严格地讲要进行有限元分析，但这很繁复。考虑到翻板门坝的硬壳底堰一般不高，所以可以根据理论力学、水工钢筋混凝土和钢筋混凝土结构学的基本原理作些假设，用简易的计算方法即可满足工程设计的需要。
3.3整体稳定分析
有底板硬壳底堰的整体稳定分析与实体堰无异，只是在具体的计算中因空腹排水顺畅，基底的扬压力取值将大为降低。对于建在基岩上无底板的硬壳堰，在稳定分析时要考察沿隔墙和堰趾的底面并切割堰踵齿墙滑动的组合面。这时腹中填料对堰体抗滑稳定的作用主要是它们对上、下游硬壳内缘面的主动压力差，另外空腹很好做排水，使堰体扬压力很小。具体扬压力可视排水孔设置的多寡及填料渗水性优劣等因素参考宽缝重力坝扬压力分布图取值。堰体的抗滑稳定分析还要考察沿硬壳堰趾踵和隔墙的底面并切割它们所包围岩体的滑动组合面或其它更可能发生的滑动面。
3.4结构强度简化计（验）算
水力自控翻板门坝的硬壳底堰为一箱形结构，为简化计算，可将硬壳近似地看作是梯形的上底和两腰 3组平面，而且可认为该3组硬壳板段和横隔墙在其自身平面内的刚度极大，在其自身平面内不发生变形和位移，因而连结在横隔墙上的 3组硬壳平面自然不会在其自身平面内发生变形与位移。这也就是说，仅需考虑硬壳在内外水压力、泥砂或内填料的侧压力等荷载直接作用下的局部弯曲即可。
对硬壳板的结构强度计算方法，就如同工民建中的楼盖相似。因硬壳板段的左右端都支承在横隔墙上，所以除边跨第一支座要作为简支梁处理外其余均可按固定端处理；前后（上下）支座在坝基上或硬壳板段互为支座，故也可按固定端考虑。若底堰设有底板的，则底堰就如倒过来的楼盖一样承受基底反力的作用。
经结构计算得出内力数值后，再按混凝土或少筋混凝土结构验算其安全度或配筋，受力筋可与前述的温度筋一并配置。由于按整体稳定和前述构造要求确定的硬壳厚度一般较大，因此硬壳均能满足斜截面抗剪强度的要求，设计时可不进行抗剪强度的验算事实上，经精确计算不难发现，底堰硬壳板的内应力均往往小于材料的允许应力，而且大多都偏小将近一个数量级。因此，按上述方法计算硬壳的内力并进行配筋是安全合理的，同时也很简便。
结束语：
如今水力自控翻板门已由多铰式升级换代为滚轮连杆式，技术成熟、质量可靠。而且由于其结构简单、造价低廉、使用方便、运行费少，被广泛运用于中小型引水工程中，尤其适合在供电、交通条件不便且易涨、易落的山溪性河道上建造。
参考文献：
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