鋼壩閘與橡膠壩在陷泥河治理中的應(yīng)用比較

郭 瑋 解秀麗

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 泰安 271018） （臨沂市羅莊區(qū)水利局 276000）

潘士勇

（山東省臨沂市水利勘測(cè)設(shè)計(jì) 276000）

1 概述

攔河閘壩是河道蓄水、水位抬高所必需的水工建筑物。長(zhǎng)期以來橡膠壩因其諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于河道治理工程中。隨著社會(huì)發(fā)展以及城市河道治理中對(duì)攔河建筑物的景觀和安全性能要求的不斷提高，許多新型式的攔河閘壩也得到廣泛應(yīng)用，如鋼壩閘（又稱底橫軸翻轉(zhuǎn)閘門）等鋼結(jié)構(gòu)的擋水建筑物也逐漸應(yīng)用在城市河道治理中。

2 鋼壩閘簡(jiǎn)介

鋼壩閘又稱底橫軸翻轉(zhuǎn)門，是鋼結(jié)構(gòu)擋水建筑物的一種閘門型式。

常用的鋼結(jié)構(gòu)擋水建筑物閘門型式有一字門、無支臂臥倒門、可調(diào)節(jié)臥倒門、截污臥倒門、橫拉門、景觀臥倒門、無支臂下翻門、上翻門、深孔弧形門、直升倒掛門、橫拉下臥景觀組合門、表孔弧門、有支臂臥倒門、人字門及底橫軸翻轉(zhuǎn)門。

2.1 鋼壩閘的工作原理

鋼壩閘（也稱底橫軸翻轉(zhuǎn)門）是應(yīng)用在水利工程中的翻轉(zhuǎn)式閘門，由門葉、底橫軸、底鉸座、自潤(rùn)滑軸承、底水封、側(cè)水封、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)以及液壓鎖定裝置等組成。

啟門時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)雙向油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)吸油過濾器、吸油閥吸油，從油泵的另一側(cè)油口排出高壓油，然后經(jīng)出油過濾器過濾后進(jìn)入集成控制閥塊。在集成控制閥塊內(nèi)，高壓油由溢流閥進(jìn)行壓力調(diào)定后進(jìn)入啟閉機(jī)油缸的無桿腔，推動(dòng)活塞伸出帶動(dòng)閘門啟門，而油缸有桿腔回油經(jīng)控制閥組內(nèi)液壓鎖、節(jié)流閥回油箱。調(diào)整溢流閥閥桿可調(diào)整啟門力大小，調(diào)整節(jié)流閥桿則可調(diào)整啟門的速度。閉門時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，活塞桿縮回帶動(dòng)閘門進(jìn)行閉門，工作原理同前。該啟閉機(jī)帶雙向液壓鎖，因此在任何位置均可鎖定。

底橫軸的兩端穿過閘墻外伸，其外伸端與電液一體式啟閉機(jī)連接，啟閉機(jī)庫(kù)位于閘墩內(nèi)，底軸與閘墻之間有水封裝置，從而保持啟閉機(jī)庫(kù)的干燥狀態(tài)。

通過控制閘墩兩側(cè)的電液一體式啟閉機(jī)的正反轉(zhuǎn)，就能實(shí)現(xiàn)底橫軸翻轉(zhuǎn)門的啟閉及開度的控制，從而實(shí)現(xiàn)蓄水、泄洪、溢流、行船等功能。

電液一體式同步啟閉機(jī)由基準(zhǔn)電機(jī)M1和變頻電機(jī)M2各帶動(dòng)兩臺(tái)油泵控制兩臺(tái)啟閉機(jī)的運(yùn)行，使兩臺(tái)啟閉機(jī)同步運(yùn)行誤差在20mm內(nèi)。當(dāng)誤差值大于20～50mm時(shí)（此值可人工任意設(shè)定），則自動(dòng)報(bào)警并停止運(yùn)行等待處理，原理見框圖。

2.2 鋼壩閘的特點(diǎn)

由于底橫軸的翻轉(zhuǎn)門是一種新型經(jīng)液壓驅(qū)動(dòng)式閘門，故操作方便、啟閉靈活、閘門開度無級(jí)可調(diào)、方便調(diào)度、工作較隱蔽、無礙防汛和通航，不會(huì)對(duì)原有河道的景觀造成影響，且啟閉閘門時(shí)間較短。

鋼壩閘自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)工作原理圖

底橫軸翻轉(zhuǎn)門的門葉相對(duì)來說較輕，土建及施工工程量比較少，且工程相對(duì)隱蔽。底橫軸翻轉(zhuǎn)門適用于較寬（20～100m）河道的擋水或水位調(diào)節(jié)，一般用于水位不大于7m的情況。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝和維護(hù)、景觀效果佳、使用壽命長(zhǎng)，造價(jià)相對(duì)較高的特點(diǎn)。

3 橡膠壩簡(jiǎn)介

橡膠壩是20世紀(jì)50年代末，隨著高分子合成纖維和橡膠工業(yè)科學(xué)發(fā)展而出現(xiàn)的新型低水頭水工建筑物。它以高強(qiáng)度合成纖維為骨架，內(nèi)外涂敷橡膠保護(hù)層，形成壩袋，按設(shè)計(jì)尺寸錨固于基礎(chǔ)底板上做成“封閉”壩袋袋形，旱季橡膠壩袋內(nèi)充水或氣成壩擋水，以滿足工農(nóng)業(yè)及生活用水需要，雨季泄出壩袋內(nèi)的水或氣塌壩，不影響河道瀉洪。

3.1 橡膠壩的工作原理

橡膠壩依靠充脹的袋體擋水并承擔(dān)各種荷載，這些荷載通過壩袋膠布傳遞給設(shè)置在基礎(chǔ)底板上的錨固系統(tǒng)。在汛期或需坍壩時(shí)，通過現(xiàn)地手動(dòng)或激活自控裝置，打開控制閥門，放空壩袋內(nèi)的水或氣，將壩袋坍落在底板上，即可復(fù)原河道的行洪斷面。

3.2 橡膠壩的特點(diǎn)

橡膠壩之所以被廣泛應(yīng)用，主要基于橡膠壩的以下幾個(gè)特點(diǎn)：

a.管理方便，運(yùn)行費(fèi)用低。

b.抗震性能好。它具有以柔克剛的性能，不僅能抵抗海水、特大洪水的波浪沖擊，還能抵抗強(qiáng)大的地震波。

c.跨度大，地形適應(yīng)性強(qiáng)；不阻水，止水效果好。

d.堅(jiān)固性較差，易老化，壩高受限制。

基于以上特點(diǎn)，橡膠壩有著廣泛的應(yīng)用范圍。如用作河道上的低水頭溢流壩或活動(dòng)溢流壩，用作水庫(kù)溢洪道上的閘門或活動(dòng)溢流堰，用作海岸防潮堤，用于地下水回灌，用作施工圍堰或活動(dòng)圍堰，用于城區(qū)園林美化工程等。

4 鋼壩閘與橡膠壩的比較

鋼閘門與橡膠壩的比較見下表。

鋼壩閘與橡膠壩性能比較表

5 工程實(shí)例

臨沂市陷泥河是臨沂西城區(qū)的一條主要河道，多年來河道淤積嚴(yán)重、行洪能力差，制約兩岸經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響城市景觀，故臨沂市政府決定于2009年開始對(duì)該河進(jìn)行綜合治理。

在攔河閘壩的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)橡膠壩與鋼壩閘的方案進(jìn)行了比較。

橡膠壩容易受到尖利物體的損壞，泄洪時(shí)如民用設(shè)施、建筑材料等尖利物體都會(huì)對(duì)橡膠壩袋造成損傷，壩體的振動(dòng)、壩與河床及兩岸的摩擦都會(huì)磨損壩袋。鋼壩閘是由鋼板焊接并進(jìn)行防腐處理而成，且閘門底支鉸中采用了特殊的自潤(rùn)滑材料MGA、MGB，它能在水下運(yùn)行若干年無需加注潤(rùn)滑油，且不會(huì)銹蝕。

鋼壩閘采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)控制，啟閉速度快，只需2～3min即可完成閘門的啟閉；而橡膠壩則通過充水升壩，一般需要2～3h才能完成升、坍壩。

另外，橡膠壩需進(jìn)行日常維護(hù)，要經(jīng)常性地充水，否則會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)塌壩的現(xiàn)象；而底橫軸翻轉(zhuǎn)門配備了鎖定裝置，當(dāng)閘門開啟、關(guān)閉或調(diào)節(jié)水位時(shí)不會(huì)發(fā)生自動(dòng)塌壩的現(xiàn)象。

橡膠壩須建一座泵房，管路多且復(fù)雜；而底橫軸翻轉(zhuǎn)門只需配備兩臺(tái)電液一體式啟閉機(jī)，無外露油管及泵站等附屬設(shè)施。并且配備手動(dòng)應(yīng)急裝置，在斷電時(shí)可手動(dòng)啟閉閘門，因而既提高了安全性，又增強(qiáng)可靠性。

冬季，橡膠壩必須做好刨冰工作。春天解凍時(shí)，冰凌不能在橡膠壩上溢流。底橫軸翻轉(zhuǎn)門可以輕松地度過春、冬季節(jié)，冬季只需將底橫軸翻轉(zhuǎn)門傾斜一定角度，結(jié)冰時(shí)冰層就會(huì)沿著斜角向上延伸，從而有效地釋放水結(jié)冰時(shí)膨脹力，閘門不會(huì)受到任何破壞。且鋼壩閘是圍繞底軸向下游傾倒的，啟門時(shí)淤積的泥沙被水流沖向下游，不會(huì)形成阻塞。

6 結(jié)語

綜上所述，由于城市河道對(duì)安全性及景觀要求較高，且陷溺河河寬較窄，鋼壩閘造價(jià)相對(duì)較低，經(jīng)過方案比較，決定采用6座跨度在15～34m之間的鋼壩閘，使之成為臨沂市的又一亮麗名片。